一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统，包括物料传送模块、图像收集模块、计算机处理模块、分选控制模块；原煤经过预处理后输送至物料传送模块；在物料传输模块的传输下矿石经过图像收集模块，获得煤和矸石的红外热图；计算机处理模块根据红外热图对煤和矸石进行识别，同时实时检测与定位并将信息传输给分选控制模块，分选控制模块顺利将煤和矸石进行分选，从而完成煤矸分选流程。本发明专利技术能实现煤和矸石高效分选，同时解决了成像模糊，成像设备伤害人体健康的缺点，改善了工作环境，降低投资与运行成本。降低投资与运行成本。降低投资与运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤矸分选领域，特别涉及一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统

技术介绍

[0002]煤碳是我国的“工业原石”，是我国能源的主要来源，但是在煤的开采过程中会产生矸石杂质。矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。具有低发热值，有些含腐殖酸，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。矸石含量高的原煤降低了煤的燃烧效率率，并且对环境不友好。
[0003]传统的选煤技术是通过人工选煤的方式对煤矿石除杂，这种方法效率低，并且人工强度大，不适合大批量分选。为了提高分选效率与减少人工作业，干法选煤和湿法选煤作为机械选煤方式的代表替代了人工，但是这两种方法依旧没有达到选煤方式高效环保的预期。
[0004]随着光电技术与图像处理技术的崛起，基于视觉与光机电一体化结合的煤矸分选研究迅速发展。其中热门的方法是利用工业CCD相机与X射线对煤矸石成像，通过图像处理技术与机器学习对煤矸石进行识别，最后利用机械装置对其进行分选。但是矿井空气中灰尘密度较大，CCD相机成像容易模糊，干扰煤矸石的识别，同时，X射线的强辐射严重伤害了操作人员的身体健康。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统，用于解决现有技术中煤矸分选效率低，分选废料污染环境及分选设备危害人体健康的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术一个实施例提供了一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统，该系统包括：
[0008]物料传送模块:用于排队并传输物料箱中的煤和矸石，并使煤和矸石逐一有序地进行后续分选工作
[0009]图像收集模块:用于获取被红外碳纤维加热灯加热的煤和矸石的表面热图，同时实时拍摄被检测的煤和矸石在传送带上的位置，并将数据传输至计算机。
[0010]计算机处理模块:用于对煤和矸石进行识别同时实时检测，并将矿石的类别信息与位置信息传输至控制电路。
[0011]分选控制模块:用于控制机械手分选煤和矸石，控制电路接收到计算机处理模块的信息后，驱动机械手对矿石进行分选。
[0012]一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统对煤和矸石进行识别的过程包括
如下步骤：
[0013](1)预处理：将煤和矸石破碎至预定的粒度并储存在物料斗中；
[0014](2)排队与传送：将步骤(1)所破碎得到的煤和矸石经过物料传送模块进行排队并输送至分选传送带，使得步骤(1)中的煤和矸石逐一有序地进行后续分选作业；
[0015](3)加热：将步骤(2)的煤和矸石在分选传送带的输送下经过矿石加热单元，得到具有一定表面温度的煤和矸石；
[0016](4)图像获取：将步骤(3)所得到的加热后的矿石利用红外热成像机对进行成像，得到煤和矸石的表面热图；
[0017](5)图像处理与实时检测：将步骤(4)所得的煤和矸石的热图利用深度学习算法进行特征提取并识别，随后对识别出的煤矸石进行定位并将定位信息传递至控制电路单元。
[0018](6)分选：将步骤(5)中的定位信息发送至机械手，机械手基于定位信息实现煤和矸石的准确分选。
[0019]作为优选，步骤(1)中，煤和矸石的粒度为70
‑
100mm
[0020]煤和矸石的粒度太小，排队装置无法对煤和矸石进行有效地排队，使得多个煤或者矸石同时出现在机械手的分选区域，导致分选效果不佳；矿石粒度太大会超过红外碳纤维加热灯的安装高度，导致系统故障。
[0021]作为优选，步骤(1)中，采用颚式破碎机
‑
对锟破碎机
‑
振动筛对煤矸石进行处理。
[0022]进一步，利用颚式破碎机将煤和矸石破碎至15mm，随后使用对锟破碎机将其破碎，随后利用振动筛进行粒度筛选，将煤和矸石的粒度控制在7mm
‑
10mm之间。
[0023]作为优选，步骤(3)中，对煤和矸石进行加热，加热单元的水平长度控制在60cm～80cm，分选传送带速度控制在0.04m/s～0.06m/s，使煤和矸石的表面获得均匀而有效地加热。
[0024]进一步，步骤(3)中，为了对煤和矸石的表面充分加热，设热源的高度距离传送带的竖直距离为15cm。
[0025]作为优选，步骤(4)中红外热成像机与加热区域之间的水平距离为80cm。
[0026]作为优选，步骤(5)中，煤和矸石的识别与定位是利用基于Tensorflow的SSD模型，该模型具有识别检测、识别定位物体的效果。
[0027]进一步，步骤(5)中，图像的特征提取使用预先训练的VGG16分类模型，以任意大小的图像作为输入，通过卷积层逐步提取特征。
[0028]进一步，根据置信度对GT框进行筛选，去掉重叠面积大于一定阈值的框以及相同目标被多次检测出的框。
[0029]更进一步，设置重叠面积阈值为0.5～0.6
[0030]所述物料传送模块包括钢支架、物料斗、物料传送带、分选传送带、链轮、链条、物料输送带伺服电机、分选传送带伺服电机、电机支架：
[0031]所述钢支架设置于分选台右侧，作为机架放置元件，所述物料斗底端设有料槽，料槽出口与物料传送带连通，所述传送带首末端安置在对应钢支架首末端，且传送带上有若干隔层，所述链轮一个装配在传送带的转动轴上，另一个装配在物料输送带伺服电机转轴上，链轮之间通过链轮连接，所述伺服电机设置在钢支架上，利用螺栓连接进行固定。
[0032]所述分选传送带水平面平行于地面，分选传送带伺服电机通过电机支架固定在分
选传送带一侧，分选传送带伺服电机轴与分选传送带转轴之间通过链传动传递动力。
[0033]所述钢支架的末端距离与分选传送带水平面之间的竖直距离为3～5cm，所述物料斗安装固定在钢支架首端，所钢支架的首端指靠近物料斗端，钢支架的末端指靠近分选传送带端。
[0034]所述图像收集模块包括矿石加热单元与热成像单元，使用龙门支架固于分选传送带上方。
[0035]所述矿石加热单元包括两台红外碳纤维加热灯、固定板以及龙门支架，固定板通过钢角码固定在龙门支架上，固定板水平面与分选传送带水平面平行，红外碳纤维加热灯利用螺纹连接并排固定在固定板上。
[0036]所述的热成像单元由红外热成像机与支架组成，红外热成像机通过螺纹连接安装在支架上，红外热成像机通过外接USB数据线与计算机系统相连。
[0037]更进一步优选的，用于安装固定板的龙门支架的高度为50cm，用于固定红外热成像机的龙门支架高度为80cm，固定板水平面与分选传送带工作平面的竖直距离为20cm。
[0038]更进一步优选的，所述加热单元的水平长度控制在60cm～80cm，加热温度恒定在150摄氏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用红外热成像的煤矸石分选方法及系统，包括物料斗(1)、钢支架(2)、电机支架(3)、分选传送带(4)、固定板(5)、红外热成像机(6)、机械臂(7)、滑槽(8)、红外碳纤维加热灯(9)、分选传送带伺服电机(10)、链轮(11)、链条(12)、物料输送带伺服电机(13)、物料传送带(14)、龙门支架(15)、法兰盘(16)、螺纹轴(17)、滚动轴承(18)、联轴器(19)、机械手电机(20)；其特征在于：所述物料斗(1)是一个两段开口且口径由上往下逐渐减小的结构，用于储存经过预处理之后的矿石；进料斗(1)通过螺纹连接固定在钢支架(2)上，所述钢支架(2)安装物料传送带(14)的工作平面与地面夹角呈45
°
角，进料斗(1)底部开槽，槽孔与物料传送带(14)贴合，所述物料传送带(14)上分有被若干隔层分为多个矩形空间，每个矩形空间仅能容纳一块煤或矸石，矿石落料落入物料传送带(14)的矩形空间中进行传输；物料输送带伺服电机(13)采用螺栓连接固定在钢支架(2)上，所述物料输送带伺服电机(13)通过链轮(11)与链条(12)与物料传送带(14)的带轮轴相连接，所述物料传送带(14)末端与分选传送带(4)水平面之间的竖直距离为3～5cm，物料输送带伺服电机(13)运转可将煤和矸石输送至分选传送带(4)上，所述分选传送带(4)与分选传送带伺服电(10)之间采用链传动连接，分选传送带伺服电(10)通过电机支架(...

【专利技术属性】
技术研发人员：程刚，魏溢凡，潘择烨，刘宝祥，陈杰，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：