СПОСОБ И СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНОМАЛЬНОГО ИСТОЧНИКА СОСРЕДОТОЧЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЫ ПО ТЕМПЕРАТУРНОМУ РАСПРЕДЕЛЕНИЮ Российский патент 2025 года по МПК B65G43/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[1] Настоящее техническое решение относится к области компьютерных технологий, в частности, к способу и системе автоматизированного мониторинга состояния конвейерной ленты в части выявления аномальных источников сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты с помощью анализа данных температурного распределения на термограммах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Во многих отраслях промышленности, например, таких как горнодобывающая, перерабатывающая, энергетическая, химическая, в сфере перевалки грузов и др. используется конвейерный транспорт для транспортировки сыпучих грузов. Сыпучий груз, будь то отвальная порода, руда, уголь, кокс, шихта, концентрат, агломерат, окатыш, химические вещества или иное транспортируется непосредственно на конвейерной (транспортерной) ленте от места загрузки, как правило в районе хвостового барабана, до места разгрузки, как правило в районе головного/приводного барабана. В ходе эксплуатации конвейера могут возникать аварийные ситуации, связанные с повреждением конвейерной ленты и, в том числе, с наиболее тяжелым повреждением - продольный порыв (порез) ленты, который ведет к частичной или полной потере ленты и незапланированным простоям конвейерного транспорта в связи с ремонтом или заменой конвейерной ленты.

[3] Продольные порывы конвейерной ленты могут быть вызваны рядом причин:

- Попаданием в транспортируемый материал инородных рудозасоряющих материалов, например зуб экскаватора, лом, арматура, стальной лист и т.д. Такие предметы в месте загрузки могут пробить конвейерную ленту, заклинить и стать причиной ее продольного порыва;

- Тяжелые, крупные и остроконечные куски руды, которые также могут пробить ленту, заклинить и продольно ее порвать;

- Острые элементы, вышедших из строя роликов, очистительных скребков, става или иных частей конвейера, могут пробить и продольно порезать ленту.

[4] Так как вышеуказанные причины возникновения продольного порыва конвейерной ленты тормозят ее движение, то они являются аномальными, т.е. не соответствующими безаварийной работе конвейера, источниками сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, эффективная регистрация которых позволяет фиксировать повреждение ленты.

[5] Чем быстрее будет осуществлена локализация и обнаружение аварийной ситуации на конвейере для его остановки, тем меньшее количество транспортерной ленты будет потеряно в результате ее повреждения.

[6] Наибольшее распространение получили системы защиты конвейерной ленты от продольного порыва, которые работают на принципе повреждения элементов, ввулканизированных в ленту (индуктивные петли, вставки, антенны и т.п.). Примером такого решения является система CONTI RipProtect производимая компанией Continental® (https://www.continental-industry.com/en/solutions/conveyor-belt-systems/conveyor-services/belt-monitoring/products/conti-protect/conti-ripprotect). Индуктивные петли ввулканизируются в ленту с определенным шагом по усмотрению заказчика (обычно 50-150 пог.м.), так что при повреждении какой-либо из индуктивных петель при порыве ленты конвейер останавливается, в этом случае количество поврежденной ленты ограничивается шагом установки индуктивных петель в конвейерной ленте.

[7] Недостатки такого рода решения заключаются в том, что такие системы не могут быть использованы на любых лента, поскольку необходима лента со индуктивными петлями, при этом индуктивные петли часто выходят из строя, давая ложные сигналы.

[8] Известны лазерные системы, например, CONTI SurfaceProtect (https://www.continental-industry.com/en/solutions/conveyor-belt-systems/conveyor-services/belt-monitoring/products/conti-protect/conti-surfaceprotect), которые используют лазерное сканирование поверхности ленты на предмет наличия ее повреждений и, в том числе, продольного порыва ленты.

[9] Основные недостатки таких систем заключаются в том, что они очень чувствительны к условиям окружающей среды, позиционирования и состоянию поверхности ленты (проблемы возникают, когда поверхность ленты влажная или имеет место налипание транспортируемого материала, который заполняет поврежденные области), что приводит к очень жестким требованиям условий эксплуатации данных систем и большому количеству ложных срабатываний.

[10] Известны системы, контролирующие ширину ленты (http://www.beltscan.com/products/belt-guard-5k-fabric-belt-rip-detector.html) или определяющие ее целостность по передаче вибрации поперек ленты (http://www.beltscan.com/products/belt-guard-10k-rip-detector-for-steel-cord-belts.html). Принцип работы систем, основанных на контроле ширины ленты, состоит в том, что в результате продольного пореза лента может разойтись или наоборот сузится из-за наползания порезанных частей друг на друга, в результате чего меняется ее ширина. Для определения ширины ленты устанавливаются ультразвуковые или радарные датчики контроля расположения бортов ленты. Принцип работы систем, основанных на передаче вибрации поперек ленты, состоит в том, что при продольном порезе ленты нарушается ее целостности и вибрация не передается поперек ленты.

[11] Основные недостатки систем, контролирующих ширину ленты, заключаются в том, что если в случае пореза не происходит расхождение или сужение ленты, то порез не обнаруживается, так как ширина ленты не меняется. Вибрационные же системы очень чувствительны к типу каркаса ленты и резинового компаунда и не применимы для всех типов лент, кроме того, при продольном порезе сигнал может эффективно распространяться в обход конвейерной ленты через транспортируемый материал, тем самым, не фиксируя продольный порыв.

[12] Для решения вышеуказанных недостатков ранее было предложено решение в части анализа состояния конвейерной ленты на основании данных, получаемых с помощью ИК-камеры (патент RU 2766476 C1). В данном решении фиксация повреждения ленты определяется при возникновении на получаемых термограммах температурного следа, который анализируется на предмет его температуры и отклонения от заданной дельты в выбранном временном диапазоне, что позволяет установить наличие продольного пореза ленты.

[13] Заявленное решение является усовершенствованной технологией по анализу состояния конвейерной ленты с помощью ее анализа в ИК диапазоне, анализируя при этом температурное распределение, которые позволяет эффективно оценивать состояние конвейерной ленты и фиксировать ее повреждение, прежде всего, в части образования порывов, посредством регистрации аномального источника сопротивления движению конвейерной ленты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[14] Заявленное решение направлено на преодоление недостатков, присущих известным подходам из уровня техники, и обеспечивает реализацию нового способа и системы для эффективного автоматизированного мониторинга состояния конвейерной ленты.

[15] Технический результат заключается в определении наличия аномального источника сопротивления движению конвейерной ленты по анализу температурного распределения на термограмме.

[16] Дополнительный технический результат заключается в обеспечении возможности определения повреждения конвейерной ленты на основании фиксации возникновения аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты.

[17] Эффективность работы заявленной системы в рамках определения повреждений конвейерной ленты обеспечивается тем, что механическое повреждение ленточного полотна, включая продольный порыв, неизбежно сопровождается выделением тепловой энергии и повышением температуры на поверхности ленты, что отображается на кадрах теплового изображения. Важным подходом в анализе такого рода данных является построение и анализ температурного распределения на термограммах, что позволяет более точно установить факт повреждения ленты, исключая ложные всплески тепловых выделений в процессе движения ленты, не связанных с ее повреждением.

[18] Технический результат достигается за счет реализации способа автоматизированного определения аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, выполняемый с помощью вычислительного устройства, подключенного к по меньшей мере одной инфракрасной камере, и содержащий этапы, на которых:

a) получают последовательность кадров с по меньшей мере одной инфракрасной камеры, размещенной таким образом, чтобы получать тепловые изображения поверхности конвейерной ленты;

b) получают температурное распределение для термограмм, полученных кадров теплового изображения поверхности конвейерной ленты;

c) выполняют обработку получаемых кадров теплового изображения, в ходе которой осуществляют сравнение температурного распределения для термограммы полученного кадра теплового изображения поверхности конвейерной ленты, с по меньшей мере одним эталонным температурным распределением или заданным эталонным значением по меньше мере одного параметра температурного распределения;

d) определяют наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если значение одного или более параметров температурного распределения отлично от заданного эталонного значения для одного или более параметров температурного распределения и/или температурное распределение на термограмме отлично от одного или более эталонных температурных распределений, соответствующих работе конвейерной ленты в нормальном режиме, или соответствует по меньшей мере одному эталонному температурному распределению, свидетельствующему о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты;

e) фиксируют в памяти вычислительного устройства данные о выявленных аномальных источниках сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты и/или передают их на внешнее устройство.

[19] В одном из частных примеров реализации на этапе b) получают температурное распределение на термограмме для разницы температур.

[20] В другом частном примере реализации разница температур получается вычитанием значения опорной температуры Т_опор из измеряемых значений температуры на термограмме.

[21] В другом частном примере реализации опорная температура Т_опор является заданной, или равна температуре окружающей среды, или равна минимальной температуре на термограмме, или определяется, исходя из измеренных температур на термограмме.

[22] В другом частном примере реализации этапы а) - d) выполняются в заданном временном окне.

[23] В другом частном примере реализации временное окно определяется как последовательность заданного количества N кадров теплового изображения, где N≥1.

[24] В другом частном примере реализации заданное количество кадров теплового изображения являются последовательными.

[25] В другом частном примере реализации временное окно отсчитывается от первого или К-го кадра, содержащего тепловое изображение, для которого установлено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, где К≥1.

[26] В другом частном примере реализации после завершения временного окна новое временное окно начинает отсчитываться от следующего первого или К-го выявленного кадра теплового изображения, для которого установлено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, где К≥1.

[27] В другом частном примере реализации на этапе d) определяют степень непрерывности R, как определенное количество кадров или доля кадров теплового изображения, фиксируемых в течение временного окна, для которых определено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты.

[28] В другом частном примере реализации на этапе d) определяют наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если степень непрерывности R превышает заданное значение.

[29] В другом частном примере реализации на этапе d) отличием значения параметра температурного распределения от заданного эталонного значения является его отклонение от эталонного значения более, чем на заданную величину или отклонение более, чем на заданную процентную долю от эталонного значения.

[30] В другом частном примере реализации участок конвейера, где расположена инфракрасная камера, содержит защитные стенки.

[31] В другом частном примере реализации внешняя поверхность стенок содержит свето- или теплоотражающее покрытие.

[32] В другом частном примере реализации инфракрасная камера установлена в корпусе с функцией подогрева и/или охлаждения.

[33] В другом частном примере реализации вычислительное устройство выполнено с возможностью распознавания по меньшей мере одного характерного паттерна температурного распределения, соответствующего аномальному источнику сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, при анализе кадров теплового изображения поверхности конвейерной ленты, полученных с инфракрасной камеры с помощью аналитических методов или технологии искусственного интеллекта (ИИ).

[34] В другом частном примере реализации внешнее устройство подключено к вычислительному устройству посредством проводного или беспроводного канала передачи данных.

[35] В другом частном примере реализации внешнее устройство представляет собой: монитор, или интерактивный экран, или компьютер, или ноутбук, или планшет, или смартфон, или умное носимое устройство, или съемный носитель данных или контроллер управления ленточным конвейером, или систему управления ленточным конвейером.

[36] В другом частном примере реализации вычислительное устройство подключено к системе управления ленточным конвейером по меньшей мере одним из следующих способов: через релейные выходы, по протоколу Modbus или сетям Profibus или Profinet.

[37] В другом частном примере реализации на этапе e) вычислительное устройство формирует сигнал для остановки ленточного конвейера, передаваемый в систему управления ленточным конвейером, при определении наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты.

[38] В другом частном примере реализации GUI реализован на внешнем устройстве и/или в вычислительном устройстве.

[39] В другом частном примере реализации вычислительное устройство дополнительно выполнено с возможностью его настройки и/или отслеживания результата его работы, с помощью внешнего устройства.

[40] В другом частном примере реализации в GUI реализована возможность выставлять по меньшей мере одну ROI (Region Of Interest - Область интереса), которая характеризует область интереса на термограмме, в которой происходит анализ данных.

[41] В другом частном примере реализации дополнительно формируется видеопоток с изображением поверхности конвейерной ленты, получаемый с видеокамеры.

[42] В другом частном примере реализации вычислительное устройство дополнительно формирует аварийный сигнал для уведомления оператора ленточного конвейера о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, передаваемый на внешнее устройство и/или устройство звукового и/или светового оповещения.

[43] Заявленный технический результат достигается также за счет реализации системы автоматизированного определения аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, содержащей вычислительное устройство, подключенное к по меньшей мере одной инфракрасной камере, размещенной таким образом, чтобы получать тепловое изображение поверхности конвейерной ленты, при этом

вычислительное устройство обеспечивает:

получение последовательности кадров с по меньшей мере одной инфракрасной камеры, размещенной таким образом, чтобы получать тепловые изображения поверхности конвейерной ленты;

получение температурного распределения для термограмм, полученных кадров теплового изображения поверхности конвейерной ленты;

обработку получаемых кадров теплового изображения, в ходе которой проводят сравнение температурного распределения для термограммы, полученного кадра теплового изображения поверхности конвейерной ленты с по меньшей мере одним эталонным температурным распределением или заданным эталонным значением по меньшей мере одного параметра температурного распределения;

определение наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если значение одного или более параметров температурного распределения отлично от эталонного значения для одного или более параметров температурного распределения и/или температурное распределение на термограмме отлично от одного или более эталонных температурных распределений, соответствующих работе конвейерной ленты в нормальном режиме, или соответствует по меньшей мере одному эталонному температурному распределению, свидетельствующему о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты;

фиксацию в памяти вычислительного устройства данных о выявленных аномальных источниках сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты и/или их передачу на внешнее устройство.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[44] Фиг. 1 иллюстрирует общий вид заявленной системы.

[45] Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему выполнения способа определения повреждений конвейерной ленты.

[46] Фиг. 3А-3В иллюстрируют примеры температурного распределения.

[47] Фиг. 4А - 4Б иллюстрируют пример получаемых термограмм при мониторинге конвейерной ленты.

[48] Фиг. 4В иллюстрирует пример генерирования данных о повреждении ленты с помощью технологии дополненной реальности.

[49] Фиг. 5 иллюстрирует общий вид вычислительного устройства.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[50] Как представлено на Фиг. 1, решение заключается в создании автоматизированного метода мониторинга состояния конвейерной ленты (101) при транспортировке материала (105), в частности, руды, пород и иного типа материала, подаваемого на ленту (101) через загрузочный бункер (104). Движение конвейерной ленты (101) осуществляется при вращении головного (приводного) (102) и хвостового (103) барабанов, приводных барабанов может быть несколько, они приводится в движение электродвигателями, которые в свою очередь запускаются с помощью управляющего контроллера (не показан).

[51] Анализ состояния конвейерной ленты (101) осуществляется с помощью одной или нескольких инфракрасных камер (ИК-камеры) (106) и дополнительно может применяться одна или несколько видеокамер (110). Камеры (106, 110) размещаются таким образом, чтобы получать изображения с поверхности ленты (101). Предпочтительно устанавливать камеры (106, 110) таким образом, чтобы области их контроля были синхронизированными (т.е. чтобы зоны видимости камер 106, 110 были одинаковыми). При этом, камеры (106, 110) могут устанавливаться в любом месте конвейера для захвата рабочей или нерабочей поверхности конвейерной ленты (101), например, под или над возвратной ветвью ленты (101), под несущей ветвью ленты (101), или до загрузочного бункера (104) и т.п

[52] Принцип размещения ИК-камеры (106) и видеокамеры (110) обусловлен конкретным конструктивным исполнением конвейера и допустимыми возможными установками камер (106, 110) в том или ином месте конвейера таким образом, чтобы обеспечивался захват поверхности ленты (101) для получения объективных данных для последующего анализа. Необходимо отметить, что приведенные примеры размещения камер (106, 110) не ограничивают иные варианты их размещения на конвейере, равно как и применение нескольких камер одного или другого типа.

[53] Видеокамера (110) обеспечивает получение дублирующего видеопотока, наряду с тепловым изображением с ИК-камеры (106). Полученные видеоизображения ленты (101) позволяют дополнительно фиксировать и идентифицировать участки повреждения ленты (101).

[54] ИК-камера (106) и видеокамера (110) подключаются к вычислительному устройству (107), например, стационарному ПК, серверу, вычислительному блоку (модулю), например на базе ЦПУ (одного или нескольких процессоров), микроконтроллера и т.п. Вычислительное устройство (107) может устанавливаться непосредственно на конвейере, или быть связано с ним посредством канала передачи данных. Вычислительное устройство (107) может также выполняться в едином корпусе с одной из камер (106, 110) или одновременно с двумя типами камер. Устройство (107) обеспечивает необходимые вычислительные процессы при анализе поступающих с ИК-камеры (106) и видеокамеры (110) кадров теплового изображения и видеопотока, выполняя их последующую обработку для определения возникновения повреждений конвейерной ленты (101). Подключение ИК-камеры (106) и видеокамеры (110) к вычислительному устройству (107) может осуществляться с помощью общеизвестных принципов связи, в частности, посредством проводного или беспроводного типа подключения, например, USB, Wi-Fi, TCP/IP и т.п. Камеры (106, 110) могут выполняться в виде PTZ типа камер, с обеспечением их удаленного управления. Вычислительное устройство (107) может архивировать в памяти видеозапись с видеокамеры (110) и запись термограмм с инфракрасной камеры (106) и результаты обработки.

[55] На Фиг. 2 представлено пошаговое выполнение способа (200) автоматизированного мониторинга состояния конвейерной ленты. На этапе (201) вычислительное устройство (107) получает поток кадров теплового изображения с ИК-камеры (106). Дополнительно могут также получаться видеокадры с камеры (110), отражающие изображения поверхности ленты (101). Данные от камер (106, 110) передаются посредством канала передачи данных. Кадр теплового изображения с ИК-камеры (106) представляет собой термограмму, фиксирующую температуру объектов, захватываемых областью обзора ИК-камеры (106).

[56] Далее на этапе (202) с помощью вычислительного устройства (107) происходит покадровая обработка поступающих термограмм, в ходе которой выполняется построение температурного распределения на кадрах термограмм и дальнейшее сравнение температурного распределения для термограммы полученного кадра теплового изображения поверхности конвейерной ленты (101), с эталонным температурным распределением или заданным эталонным значением параметром температурного распределения.

[57] Температурное распределение может быть построено в виде гистограммы или непрерывного температурного спектра плотности вероятности температуры на термограмме, как это представлено на Фиг. 3А - 3В. В качестве параметров температурного распределения могут быть взяты, например, следующие: дисперсия распределения, ширина распределения по максимальной и минимальной температурам, иной статистический параметр, определяющий вариабельность распределения, максимальна температура распределения, температура на определенную процентную долю меньше максимальной температуры в распределении или выше/ниже средней температуры распределения, температура, иным образом вычисленная исходя из температурного распределения, заданная температура на распределении, площадь под кривой распределения от заданной или вычисленной по распределению температуры и выше, факт попадания заданной температуры в область температурного распределения и т.п.

[58] На Фиг. 3А - 3В показаны варианты температурного распределения, где Т - это температура, а P - плотность вероятности распределения температуры, также температурное распределение может быть построено в виде гистограммы, где по оси ординат откладывается количество пикселей или их доля от общего количества в анализируемой области термограммы с температурой в диапазоне от T_i до T_i+ΔT, а ось абсцисс разбита на дискретные температурные интервалы ΔT. Изначально, нормальной (безаварийной) работе конвейерной ленты, например, может соответствовать распределение (301), показанное на Фиг. 3А. Под нормальной работой конвейерной ленты понимается ее работа в обычном безаварийном режиме, при этом при нормальной работе конвейерной ленты могут возникать не критические температурные аномалии, не влияющие на ее работоспособность.

[59] При повреждении конвейерной ленты, например, в случае ее продольного порыва, в зоне порыва ленты возникает аномальный источник сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, который вызывает ее порыв и торможение, например, застрявший/заклинивший кусок руды, инородный рудозасоряющий материал и т.п., в итоге механическое повреждение ленточного полотна сопровождается появлением аномального источника тепловыделения, при этом, температурное распределение расширяется и к участку распределения (301), характеризующему исходное нормальное (безаварийное) распределение температуры, может добавляется по меньшей мере один участок распределения (302), свидетельствующий о наличии аномального источника тепловыделения, как показано на Фиг. 3Б-3В, который и является свидетельством возникновения аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты.

[60] Как показано на Фиг. 3Б-3В, возникновение аномального источника тепловыделения, как минимум, дает уширение температурного распределения в сторону более высоких температур и возможное возникновение, как минимум, одного температурного максимума (302) правее участка безаварийного температурного распределения (301), т.е. в области более высоких температур. Если данное изменение температурного спектра (распределения) наблюдается на одной или более термограммах, то это говорит о возникновении аномального источника тепловыделения на поверхности конвейерной ленты и, соответственно, о наличии аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты.

[61] На этапе (203) выполняется определение наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты. Определение данного источника происходит, если значение одного или более параметров температурного распределения отлично от заданного эталонного значения для одного или более параметров температурного распределения и/или температурное распределение на термограмме отлично от одного или более эталонных температурных распределений, соответствующих работе конвейерной ленты в нормальном режиме (Фиг. 3А) или комбинации таких эталонных температурных распределений, которые будут формировать также эталонное температурное распределение. Также, определяется наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если данные на этапе (202) соответствуют по меньшей мере одному эталонному температурному распределению, свидетельствующему о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты или комбинации таких эталонных температурных распределений, формирующих также эталонное температурное распределение.

[62] Аномальное сосредоточенное сопротивление движению конвейерной ленты (101) и как следствие, аномальное тепловыделение на ее поверхности может быть вызвано, например, такими аварийными ситуациями и повреждениями конвейерной ленты (101), как продольный порез (порыв), пробой или аномальное трение ленты, как о подвижные, так и о неподвижные или заклинившие элементы конвейера, или заклинившие куски руды или инородные рудозасоряющие предметы.

[63] Если происходит определение (204) наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, то на этапе (205) выполняется фиксация его наличия и выполняется запись в памяти устройства (107) сведений о данном источнике, и/или выполняется отправка соответствующих сведений на внешнее устройство (108). Если такой источник не выявлен, то продолжается обработка получаемых термограмм.

[64] Также, на этапе (202) температурное распределение на термограмме может строиться для разницы температур, которая может получаться вычитанием значения опорной температуры Т_опор из измеряемых значений температуры на термограмме. При этом опорная температура Т_опор может являться заданной, или равна температуре окружающей среды, равна минимальной температуре на термограмме или определяться, исходя из измеренных температур на термограмме (например, среднее арифметическое или медианное значение).

[65] В одном из частных примеров реализации на этапе (202) анализ кадров теплового изображения может обрабатываться в рамках заданного временного окна. Временное окно может задаваться как последовательность заданного количества N кадров теплового изображения, где N≥1. Также, указанное заданное количество кадров теплового изображения может быть как последовательным, так и выбираться с помощью программной логики или с помощью применения технологий искусственного интеллекта (ИИ) при распознавании на них соответствующих данных.

[66] Временное окно может отсчитываться, например, от первого или К-го кадра, содержащего тепловое изображение, для которого установлено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты (101), где К≥1. Последующее временное окно после завершения предыдущего может начать отсчитываться от следующего первого или К-го выявленного кадра теплового излучения, для которого установлено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты (101), где К≥1.

[67] Дополнительно, при выполнении этапа (203) может определяться степень непрерывности R, как определенное количество кадров или доля кадров теплового изображения, фиксируемых в течение временного окна, для которых определено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты (101). В этом случае факт наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты (101) устанавливается, если степень непрерывности R превышает заданное пороговое значение.

[68] Пороговое значение степени непрерывности R может иметь задаваемое значение, например, в долях единицы 0,10, 0,18, 0,67, 0,73, 0,80 и т.п. или в процентах 10%, 18%, 67%, 73%, 80% и т.п. или в количестве кадров 1, 3, 5, 10, 30 и т.п. и устанавливаться в зависимости от скорости движения конвейерной ленты, специфики условий эксплуатации конвейера, требуемой чувствительности определения повреждений и типа повреждений, количества устанавливаемых ИК-камер, посредством установки параметров в устройстве (107) и т.п.

[69] Дополнительно видеокамера (110) может формировать изображения поверхности ленты (101), что позволяет впоследствии синхронизировать видеоданные и термограмму для более детального анализа, например, для определения фактического местоположения наличия аномального источника тепловыделения.

[70] На Фиг. 4А - 4Б представлены примеры отображения областей на поверхности конвейерной ленты (101) в связи с повышением температур, свидетельствующих о ее повреждении, в частности, области на кадрах (401, 402) отображают инфракрасный след от пореза ленты. При порезе ленты (101) инородным материалом или остроконечным куском руды выделяется тепловая энергия. Например, при порезе (порыве) конвейерной ленты, энергия приводной станции конвейера тратится на деформирование, разрушение и трение в области пореза, при этом, бóльшая часть энергии, требуемая для пореза (порыва) ленты (101) выделяется в виде тепла и приводит к нагреву конвейерной ленты в области ее пореза. В данном случае область возникновения пореза конвейерной ленты является примером аномального источника тепловыделения, что позволяет анализировать пиксели на термограмме посредством построения температурного распределения и выявления аномальной ситуации.

[71] Выделение тепла приводит к росту температуры в области пореза, что позволяет осуществить его эффективную фиксацию в инфракрасном спектре.

[72] На Фиг. 4В показан пример формирования изображения дополненной реальности (405) в графическом интерфейсе пользователя (GUI), которое формируется с помощью вычислительного устройства (107) с помощью наложения изображений термограммы (403), получаемых с ИК-камеры (106), на видеоизображение (404), фиксируемое видеокамерой (110). Также, вместо всей термограммы (403) на видеоизображение может происходить наложение областей, температура которых выше пороговой температуры, при этом данные области могут выделяться, например, заливкой цветом.

[73] На основании собираемых данных о характерных повреждениях конвейерной ленты (101), а также о соответствующих паттернах температурного распределения, с помощью вычислительного устройства (107) может также реализоваться возможность формирования базы паттернов для их последующего распознавания с помощью аналитических методов или искусственной нейронной сети, которые будут обучаться на упомянутых паттернах для их оперативного автоматизированного выявления.

[74] Внешнее устройство (108) может представлять собой отдельное стационарное устройство или устройство, управляемое пользователем (109), например, оператором конвейера, и предназначено для получения оперативной информации о состоянии конвейерной ленты (101). Устройство (108) в общем случае может представлять собой ПК, планшет, ноутбук, смартфон, умное носимое устройство, или съемный носитель данных или контроллер управления ленточным конвейером, или удаленную систему управления ленточным конвейером. При этом вычислительное устройство (107) может выполняться с функцией программирования и настройки его параметров работы удаленно с внешнего устройства (108), например, через web-интерфейс (веб-браузер) или программное приложение.

[75] Дополнительно, вычислительное устройство (107) может быть подключено к системе управления ленточным конвейером одним из следующих способов: через релейные выходы, по протоколу Modbus или сетям Profibus или Profinet. В этом случае вычислительное устройство (107) при определении факта наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты может формировать сигнал для остановки ленточного конвейера, который передается от устройства (107) в систему управления ленточным конвейером и/или иное внешнее устройство.

[76] Внешнее устройство (108), равно как и устройство (107), могут обеспечивать взаимодействие с пользователем посредством GUI, который может иметь функцию определения областей для анализа. Анализ может осуществляться за счет выставления (указания) ROI (Region Of Interest - Область интереса), характеризующих область интереса на видеоизображении и/или термограмме, в которой происходит анализ данных.

[77] Также, в одном из частных вариантов реализации решения, устройство (107) может формировать дополнительный сигнал оповещения о наличии аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты (101), направляемый на сигнализирующее устройство (световое, звуковое), пульт оператора конвейера или на иное внешнее устройство (108), например, в виде уведомления (SMS, PUSH, e-mail), через релейное соединение или иной управляющий сигнал по сети Ethernet или Wi-Fi и отображаемого в графическом интерфейсе устройства (108).

[78] Заявленное решение может применяться в условиях эксплуатации конвейера при жарком и холодном климате. Для целей снижения влияния температуры окружающей среды на точность получаемых кадров теплового изображения с ИК-камеры (106), участок конвейера, где размещается ИК-камера (106), оборудуется защитными стенками. Стенки могут покрываться свето- или теплоотражающим покрытием, что исключает влияние внешних погодных и температурных факторов на точность работы ИК-камеры (106). В условиях эксплуатации решения в холодном климате, с целью исключения выхода ИК-камеры (106) и видеокамеры (110) из строя, каждая из камер (106, 110) может устанавливаться в специальный корпус, выполненный с функцией подогрева, а в условиях эксплуатации при повышенной температуре окружающей среды в специальном корпусе с функцией охлаждения.

[79] На Фиг. 5 представлен общий пример вычислительного устройства (500), например, вычислительный блок (вычислительный модуль), компьютер, сервер, ноутбук, смартфон, SoC (System-on-a-Chip/Система на кристалле) и т.п., которое может применяться для полной или частичной реализации заявленного решения, в частности, для реализации устройств (107, 108). В общем случае устройство (500) содержит такие компоненты, как: один или более процессоров (501), по меньшей мере одну оперативную память (502), средство постоянного хранения данных (503), интерфейсы ввода/вывода (504) включая релейные выходы для соединения с контроллерами управления движения ленточного конвейера, средство В/В (505), средства сетевого взаимодействия (506).

[80] Процессор (501) устройства выполняет основные вычислительные операции, необходимые для функционирования устройства (500) или функционала одного или более его компонентов. Процессор (501) исполняет необходимые машиночитаемые команды, содержащиеся в оперативной памяти (502).

[81] Память (502), как правило, выполнена в виде ОЗУ и содержит необходимую программную логику, обеспечивающую требуемый функционал. Средство хранения данных (503) может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти, оптических накопителей информации (CD, DVD, MD, Blue-Ray дисков) и т.п. Средство (503) позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации, например, истории обработки запросов (логов), идентификаторов пользователей, данные камер, изображения и т.п.

[82] Интерфейсы (504) представляют собой стандартные средства для подключения и работы с вычислительными устройствами. Интерфейсы (504) могут представлять, например, релейные соединения, USB, RS232/422/485 или другие, RJ45, LPT, UART, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire и т.п. для работы, в том числе, по протоколам Modbus и сетям Probfibus. Выбор интерфейсов (504) зависит от конкретного исполнения устройства (500), которое может представлять собой, вычислительный блок (вычислительный модулю), например на базе ЦПУ (одного или нескольких процессоров), микроконтроллера и т.п., персональный компьютер, мейнфрейм, серверный кластер, тонкий клиент, смартфон, ноутбук и т.п., а также подключаемых сторонних устройств.

[83] В качестве средств В/В данных (505) может использоваться: клавиатура, джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п.

[84] Средства сетевого взаимодействия (506) выбираются из устройства, обеспечивающего сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п. С помощью средства (506) обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM, квантовый канал передачи данных, спутниковая связь и т.п. Компоненты устройства (500), как правило, сопряжены посредством общей шины передачи данных.

[85] В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Изобретение относится к области компьютерных технологий, в частности к способу и системе автоматизированного мониторинга состояния конвейерной ленты в части выявления аномальных источников сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты с помощью анализа данных температурного распределения на термограммах. Способ содержит этапы, на которых: получают последовательность кадров с инфракрасной камеры, размещенной таким образом, чтобы получать тепловые изображения поверхности конвейерной ленты; получают температурное распределение для термограмм полученных кадров теплового изображения поверхности конвейерной ленты; выполняют обработку получаемых кадров теплового изображения, в ходе которой осуществляют сравнение температурного распределения для термограммы полученного кадра теплового изображения поверхности конвейерной ленты с эталонным температурным распределением или заданным эталонным значением параметра температурного распределения, при этом температурное распределение поступает в виде гистограммы, построенной на основании распределения температуры T_i до T_i + ΔT, где T - температура ленты, а ΔT - дискретные температурные интервалы; определяют наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если значение одного или более параметров температурного распределения отлично от заданного эталонного значения для одного или более параметров температурного распределения и/или температурное распределение на термограмме отлично от одного или более эталонных температурных распределений, соответствующих работе конвейерной ленты в нормальном режиме, или соответствует эталонному температурному распределению, свидетельствующему о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты; фиксируют в памяти вычислительного устройства данные о выявленных аномальных источниках сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты и/или передают их на внешнее устройство. Обеспечивается определение наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты по анализу температурного распределения на термограмме. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ автоматизированного определения аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, выполняемый с помощью вычислительного устройства, подключенного к по меньшей мере одной инфракрасной камере, и содержащий этапы, на которых:

a) получают последовательность кадров с по меньшей мере одной инфракрасной камеры, размещенной таким образом, чтобы получать тепловые изображения поверхности конвейерной ленты;

b) получают температурное распределение для термограмм полученных кадров теплового изображения поверхности конвейерной ленты;

c) выполняют обработку получаемых кадров теплового изображения, в ходе которой осуществляют сравнение температурного распределения для термограммы полученного кадра теплового изображения поверхности конвейерной ленты с по меньшей мере одним эталонным температурным распределением или заданным эталонным значением по меньшей мере одного параметра температурного распределения, при этом температурное распределение поступает в виде гистограммы, построенной на основании распределения температуры T_i до T_i + ΔT, где T – температура ленты, а ΔT - дискретные температурные интервалы;

d) определяют наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если значение одного или более параметров температурного распределения отлично от заданного эталонного значения для одного или более параметров температурного распределения и/или температурное распределение на термограмме отлично от одного или более эталонных температурных распределений, соответствующих работе конвейерной ленты в нормальном режиме, или соответствует по меньшей мере одному эталонному температурному распределению, свидетельствующему о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты;

e) фиксируют в памяти вычислительного устройства данные о выявленных аномальных источниках сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты и/или передают их на внешнее устройство.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что на этапе b) получают температурное распределение на термограмме для разницы температур.

3. Способ по п. 2, характеризующийся тем, что разница температур получается вычитанием значения опорной температуры Т_опор из измеряемых значений температуры на термограмме.

4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что опорная температура Т_опор является заданной, или равна температуре окружающей среды, или равна минимальной температуре на термограмме, или определяется исходя из измеренных температур на термограмме.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что этапы а) - d) выполняются в заданном временном окне.

6. Способ по п. 5, характеризующийся тем, что временное окно определяется как последовательность заданного количества N кадров теплового изображения, где N ≥ 1.

7. Способ по п. 6, характеризующийся тем, что заданное количество кадров теплового изображения являются последовательными.

8. Способ по п. 5, характеризующийся тем, что временное окно отсчитывается от первого или К-го кадра, содержащего тепловое изображение, для которого установлено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, где К ≥ 1.

9. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что после завершения временного окна новое временное окно начинает отсчитываться от следующего первого или К-го выявленного кадра теплового изображения, для которого установлено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, где К ≥ 1.

10. Способ по п. 5, характеризующийся тем, что на этапе d) определяют степень непрерывности R как определенное количество кадров или доля кадров теплового изображения, фиксируемых в течение временного окна, для которых определено наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты.

11. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что на этапе d) определяют наличие аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если степень непрерывности R превышает заданное значение.

12. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что участок конвейера, где расположена инфракрасная камера, содержит защитные стенки.

13. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что внешняя поверхность стенок содержит свето- или теплоотражающее покрытие.

14. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что инфракрасная камера установлена в корпусе с функцией подогрева и/или охлаждения.

15. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что вычислительное устройство выполнено с возможностью распознавания по меньшей мере одного характерного паттерна температурного распределения, соответствующего аномальному источнику сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, при анализе кадров теплового изображения поверхности конвейерной ленты, полученных с инфракрасной камеры с помощью аналитических методов или технологии искусственного интеллекта (ИИ).

16. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что внешнее устройство подключено к вычислительному устройству посредством проводного или беспроводного канала передачи данных.

17. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что внешнее устройство представляет собой монитор, или интерактивный экран, или компьютер, или ноутбук, или планшет, или смартфон, или умное носимое устройство, или съемный носитель данных, или контроллер управления ленточным конвейером, или систему управления ленточным конвейером.

18. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что вычислительное устройство подключено к системе управления ленточным конвейером по меньшей мере одним из следующих способов: через релейные выходы, по протоколу Modbus или сетям Profibus или Profinet.

19. Способ по п. 18, характеризующийся тем, что на этапе e) вычислительное устройство формирует сигнал для остановки ленточного конвейера, передаваемый в систему управления ленточным конвейером, при определении наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты.

20. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что GUI реализован на внешнем устройстве и/или в вычислительном устройстве.

21. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что вычислительное устройство дополнительно выполнено с возможностью его настройки и/или отслеживания результата его работы с помощью внешнего устройства.

22. Способ по п. 20, характеризующийся тем, что в GUI реализована возможность выставлять по меньшей мере одну ROI (Region Of Interest – Область интереса), которая характеризует область интереса на термограмме, в которой происходит анализ данных.

23. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что дополнительно формируется видеопоток с изображением поверхности конвейерной ленты, получаемый с видеокамеры.

24. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что вычислительное устройство дополнительно формирует аварийный сигнал для уведомления оператора ленточного конвейера о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, передаваемый на внешнее устройство и/или устройство звукового и/или светового оповещения.

25. Система автоматизированного определения аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, содержащая вычислительное устройство, подключенное к по меньшей мере одной инфракрасной камере, размещенной таким образом, чтобы получать тепловое изображение поверхности конвейерной ленты, при этом

вычислительное устройство обеспечивает:

получение последовательности кадров с по меньшей мере одной инфракрасной камеры, размещенной таким образом, чтобы получать тепловые изображения поверхности конвейерной ленты;

получение температурного распределения для термограмм полученных кадров теплового изображения поверхности конвейерной ленты;

обработку получаемых кадров теплового изображения, в ходе которой проводят сравнение температурного распределения для термограммы полученного кадра теплового изображения поверхности конвейерной ленты с по меньшей мере одним эталонным температурным распределением или заданным эталонным значением по меньшей мере одного параметра температурного распределения, при этом температурное распределение поступает в виде гистограммы, построенной на основании распределения температуры T_i до T_i + ΔT, где T – температура ленты, а ΔT - дискретные температурные интервалы;

определение наличия аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты, если значение одного или более параметров температурного распределения отлично от эталонного значения для одного или более параметров температурного распределения и/или температурное распределение на термограмме отлично от одного или более эталонных температурных распределений, соответствующих работе конвейерной ленты в нормальном режиме, или соответствует по меньшей мере одному эталонному температурному распределению, свидетельствующему о возникновении аномального источника сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты;

фиксацию в памяти вычислительного устройства данных о выявленных аномальных источниках сосредоточенного сопротивления движению конвейерной ленты и/или их передачу на внешнее устройство.