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無損檢測技術對傳送帶狀態(tài)的評估 摘要 皮帶機是許多國家用于挖掘材料的主要交通運輸技術，特別是波蘭的采礦業(yè)。其中一個關鍵并且具有挑戰(zhàn)性的問題是傳送帶的維護方案，這個方案可能是輸送機最重要的部分。波蘭采礦業(yè)輸送帶總長度超過2200公里。考慮到安全、經(jīng)濟、可靠性和其他方面的因素，傳送帶的維護成為一項嚴肅的任務。如何檢測皮帶上的損傷？如何檢測損傷與狀態(tài)評估？何時一個皮帶段（拼接或者整個傳送帶循環(huán)）應當更換？何時皮帶的實際抗拉強度符合操作要求？為露天開采褐煤而開展的無損檢測技術解釋了這些問題。這些技術和視覺系統(tǒng)、磁系統(tǒng)還有紅外熱成像相關。有一些技術是在實驗室條件下進行測試，而其他已經(jīng)在部署階段，并且同在這些技術上最先進的國家分享經(jīng)驗似乎是有效果的。在本文，我們對每個應用方法的簡要想法進行了解釋，對一些實驗室以及工業(yè)調(diào)查的例子進行了討論。 關鍵詞 皮帶機；無損檢測；狀態(tài)檢測與診斷；維修 1引言 連續(xù)（皮帶機）運輸系統(tǒng)是許多工業(yè)部門非常流行的物料運輸方式。礦業(yè)公司是皮帶運輸機的最大用戶之一。如今在波蘭有四個安裝了500公里的輸送帶用于露天開采褐煤，分別是Belchatow、Turow、Konin、Adamow。更多的輸送機安裝在地下礦山（例如只在波蘭KGHM銅業(yè)還有260多公里的傳送帶）。一個普遍的問題就是所有的皮帶機用戶是如何維護皮帶的，即如何檢測皮帶的損傷，如何估計被測皮帶的真實情況，如何估計應更換的皮帶段，而不是現(xiàn)場修復，應采用什么標準進行皮帶修復程序的分類等。在計量學、信息技術、數(shù)據(jù)分析、無損檢測、結構健康檢測等領域所取得的成就，使之有機會使用檢測和診斷系統(tǒng)進行皮帶維修管理。然而，皮帶性能的狀態(tài)檢測是一個復雜的問題。沒有通用的解決方案。根據(jù)皮帶類型、操作條件和材料類型（表面褐煤礦、地下硬煤或銅礦石），最常見的降解過程等形式，可用的解決方案可能是簡單廉價的或者復雜昂貴的。 在本文中，帶有鋼簾線的傳送帶常用于露天褐煤礦的開采。在這種情況下，兩個重要的問題已經(jīng)確定：皮帶芯—鋼絲繩和皮帶頂面的條件—一個承載蓋。對于鋼簾線以磁為基礎而監(jiān)測的診斷系統(tǒng)已經(jīng)研制成功，還介紹了一些和紅外熱成像相關的新的想法，并且創(chuàng)建了分析帶頂蓋條件的專業(yè)視覺系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是在LABVIEW環(huán)境下發(fā)展起來的，可以將他們作為傳送帶狀態(tài)檢測系統(tǒng)綜合的子系統(tǒng)并且以不同來源的信息為基礎。對來自不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成問題是文獻數(shù)據(jù)信息的融合。在所提出的方法中使用幾個技術組成一個平臺。根據(jù)定義的任務，技術和財務問題可以通過選擇所需組件組裝從而定制特定的皮帶狀態(tài)檢測系統(tǒng)。本文中提到的子系統(tǒng)（即構成平臺的組成部分）簡要介紹了一些已經(jīng)完成工業(yè)實現(xiàn)的例子。 2 試驗臺和真正的機器測量 正如它所提到的，本文中的結果是來自實驗室試驗臺和工作在露天開采褐煤礦的皮帶機輸送工作。在這個實驗中使用的試驗臺已經(jīng)開發(fā)用于調(diào)查皮帶狀態(tài)檢測的測量技術。它由驅(qū)動單元、滑輪、閑散零件和17米的傳動帶組成（圖1-1）。傳送帶分為三段，段與段之間通過硫化接頭連接（圖5-1）。它提供了一個很好的模型，真正的輸送帶用于采礦輸送機。安全帶和鋼絲繩的幾種損壞都是因為安全帶的運動。對不同尺寸和形狀的覆蓋損傷進行了視覺系統(tǒng)的測試，在這些試驗中，一些鋼絲繩芯的額外損傷被無損檢測系統(tǒng)和紅外熱成像檢測到。這些損壞的位置和皮帶環(huán)結構見圖5-1。損傷案例如圖5-2所示（左）。 圖3-1-1 試驗中使用的試驗臺 3 磁檢測系統(tǒng) 皮帶磁檢測為人熟知已經(jīng)超過30年。不幸的是，他們不能接受如此高成本的傳送帶。在這里，一個波蘭采礦公司提出了一個先進的解決方案。它是24通道（見圖3-2）無損檢測系統(tǒng)，用國家儀器元件來數(shù)據(jù)采集和在LABVIEW環(huán)境下編寫獨特的軟件。該系統(tǒng)由兩部分組成：為便攜式數(shù)據(jù)采集模塊、原位分析等，是對更先進的安裝在桌面上的軟件進行深入分析、可視化和數(shù)據(jù)管理等。圖3-1提出了一個關于對上覆巖層輸送機進行系統(tǒng)測試的例子。 圖3-1 鋼絲繩條件測量與安裝在輸送機上使用的系統(tǒng) 圖3-2 修改后的系統(tǒng)中24個通道的前10個通道 24通道的收購提供了大量數(shù)據(jù)。提供自動數(shù)據(jù)分析工具是合理的，并且可能會檢測并定位損傷部分，最終以一種明確的方式呈現(xiàn)結果。圖3-3給出了兩個通道在二維圖方面的檢測結果（傳送帶寬度小于傳感器陣列尺寸），即檢測損傷的空間分布圖。進一步的數(shù)據(jù)的直方圖如圖3-3（右）所示，即完整的皮帶環(huán)（另一個給定的長度的皮帶段）損傷的數(shù)目相對于通道數(shù)（沿皮帶寬度）。從這樣一個簡單的描述沿皮帶寬度損傷分布的直方圖，可以清楚看出，大部分的損失位于中間的皮帶，是因為主要的材料流在那里。對稱性傳送帶跟蹤會帶來的后果是損傷對稱分布在傳送帶中央線周圍。盡管輸送機的建設是對稱分布的，在操作過程中傳送帶沒有很大的角誤差，但還是缺乏對稱性。配套帶式輸送機結構失調(diào)（多余定位）和傳送帶跟蹤會導致?lián)p失的不對稱分布。 圖3-3 全環(huán)傳送帶檢測到的損傷空間分布和損傷次數(shù)與通道數(shù)（沿皮帶寬度）的直方圖 4 機器視覺診斷系統(tǒng) 另一個重要的問題是評估的情況下，皮帶蓋，特別是頂蓋，經(jīng)常暴露于運輸材料的腫塊鋒利的邊緣。傳送帶相關的典型損傷有：縱向切割，磨損，通過削減，槽。建議應用視覺系統(tǒng)來管理上述問題。實驗中提到的試驗臺的概念如圖4-1所示。 該系統(tǒng)的想法很簡單：使用專門的線性攝像機所得的圖像是一行接一行的（圖4-2左）。使用專門的軟件開發(fā)來形成和初步提高圖像。 圖4-1 機器視覺系統(tǒng)的想法 本文提出的損傷檢測程序能夠找到對IMA的地區(qū)，EP可以解釋為受損的表面（圖4-2右）。該系統(tǒng)能夠檢測到一個單一的損傷，并估計其面積和類型（縱向或橫向）。每個檢測到的損壞存儲在數(shù)據(jù)庫中。當檢測程序完成后，軟件支持通過適當?shù)慕y(tǒng)計分析（損傷密度，帶長度，損壞類型等）來編制流程。 圖4-2 機器視覺硬件和檢查皮帶損傷圖像檢測 5紅外熱像儀的皮帶狀況檢測 在本節(jié)中，將介紹皮帶條件評估與紅外熱成像的初步結果和一個由紅外圖像采集和處理組成的新的程序。為了檢測頂蓋和鋼絲繩的損傷，假定條件的變化會改變與內(nèi)部摩擦、彎曲阻力等相關的分散能的分布，能量轉(zhuǎn)化為熱，因此可以通過紅外熱成像來檢測。 獲得的圖像往往很難解釋原因（圖5-2右圖），圖像理解和決策自動化需要處理這些圖像的先進的程序。眾所周知，圖像可以由數(shù)組的數(shù)值來表示。在本文中，我們決定使用圖像陣列分解成向量和將圖像處理成“一行一行”的時間序列的方法。 圖5-1 用于測試帶的模型 圖5-2 照片損壞的皮帶（5鋼線交叉）和其原始紅外熱像圖 圖5-3給出了幾種情況，顯示了原始圖像的基本特征。圖5-3左介紹：在溫度分布均勻（無損傷，頂部的插入）的情況下，在X＝200和X＝450開頭和結尾段和刪除帶頂蓋相關的兩個奇點（中間的插入）和溫度分布，引入損傷相關的突然變化，X＝300（底部的插入）。圖5-3右圖所顯示的分段圖像對應的時間序列如圖5-3左圖中所示?？梢钥闯?，溫度分布均勻，提取的時間序列是平坦的，其變異性相對較低。在損傷的存在的情況下，可以看到信號振幅的嚴重變化（奇異性）。 圖5-3 熱圖像分析結果——5根鋼絲繩斷裂 圖5-4 單次序列的奇異性檢測（A-C：皮帶頂蓋的皮帶段邊界，B：損傷變化） 圖5-4顯示了在熱像圖中，從時間序列中提取線與線的奇異性的清晰的畫面。奇異性是指與鋼絲繩斷裂有關的信號幅值突然“急劇變化”。其中橢圓A和C都是開始和結束時與去除頂蓋段相關（一般不會存在）。橢圓B明確指出損傷部位。 6結論 本文簡要介紹了無損檢測在輸送帶狀態(tài)監(jiān)測中的應用。根據(jù)檢測到的損壞類型，應使用適當?shù)姆椒?，檢測鋼絲繩損傷的最佳方法是磁粉探傷。在本文中，工業(yè)合作伙伴的調(diào)查顯示這樣的分析系統(tǒng)用于對褐煤礦的開發(fā)和實施。然而，它也被建議使用紅外熱成像。事實上，這種技術仍處于開發(fā)階段，從實驗室試驗臺調(diào)查的初步結果已提交。并且對第二個重要問題——如何解決頂蓋損傷進行了討論。這個問題應該強調(diào)，因為事實上這是首要問題。頂蓋的損傷會導致鋼絲繩（直接切割或慢速降解腐蝕）的降解。皮帶條件的整體（最終）決策應結合有部分決定性作用的鋼絲繩條件和頂蓋條件。我們對這些信息綜合的想法進行了討論。