一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法与流程

1.本发明涉及矿浆粒度分析领域，具体涉及一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法。


背景技术：

2.煤泥水超声波在线粒度仪通过样品调理单元产生真空吸入流量相对稳定并具有代表性的样品流，对其进行除气处理。除气后的样品经过以超声波换能器为核心部件的超声衰减测量单元进行检测，最终样品返回原工艺管路。在测量周期内，探头以多种频率发射超声能量脉冲透过样品，从接收的超声脉冲获得多个衰减参数。这些参数直接与样品的粒度分布密度有关。在每个粒级的标定模型中这些参数用作变量以计算出所测样品浓度、粒度值。该方式通常用于选煤厂矿浆的粒度分析。
3.超声波矿浆粒度检测方式是通过多通道超声波进行矿浆内粒度的分析，该方式通过不同波段的超声波对矿浆的透射后分析，获取不同粒度的组成比例。该方式由复杂的取样、超声波发生和接收装置，清洗系统等组成，存在成本较高，故障率较高，检测结果准确度较低等问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法，通过对待分析矿浆物料图像的多步处理，得到选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果，提升了识别准备率。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法，包括：采集待分析矿浆物料图像进行初始处理得到待分析矿浆物料初始图像；利用所述待分析矿浆物料初始图像进行区域提取处理得到待分析矿浆物料特征图像；利用所述待分析矿浆物料特征图像得到矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果。
6.优选的，所述采集待分析矿浆物料图像进行初始处理得到待分析矿浆物料初始图像包括：利用电控阀门获取选煤厂矿浆管道中待分析矿浆物料样品至缓冲桶；当待分析矿浆物料样品在缓冲桶中静置沉淀若干分钟后，将缓冲桶中的待分析矿浆物料样品自流至分析平板上；利用所述分析平板将待分析矿浆物料样品进行固液分离处理得到待分析矿浆物料固体样品；采集所述待分析矿浆物料固体样品的图像作为待分析矿浆物料图像；利用所述待分析矿浆物料图像进行图像处理得到待分析矿浆物料初始图像。
7.进一步的，利用所述待分析矿浆物料图像进行图像处理得到待分析矿浆物料初始
图像包括：利用所述待分析矿浆物料图像进行比例缩小得到待分析矿浆物料小比例图像；利用所述待分析矿浆物料小比例图像进行灰度化处理得到待分析矿浆物料初始图像。
8.优选的，利用所述待分析矿浆物料初始图像进行区域提取处理得到待分析矿浆物料特征图像包括：利用所述待分析矿浆物料初始图像获取待分析矿浆物料初始roi图像；利用所述待分析矿浆物料初始roi图像作为待分析矿浆物料特征图像；其中，待分析矿浆物料初始roi图像小于待分析矿浆物料初始图像，待分析矿浆物料初始roi图像为矩形。
9.优选的，利用所述待分析矿浆物料特征图像得到矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果包括：利用所述待分析矿浆物料特征图像进行轮廓分析处理得到待分析矿浆物料特征轮廓图像；利用所述待分析矿浆物料特征轮廓图像得到矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果。
10.进一步的，利用所述待分析矿浆物料特征图像进行轮廓分析处理得到待分析矿浆物料特征轮廓图像包括：利用所述待分析矿浆物料特征图像的roi区域计算roi区域检测阈值；利用所述roi区域检测阈值对所述待分析矿浆物料特征图像进行二值化处理得到待分析矿浆物料二值化特征图像；利用所述待分析矿浆物料二值化特征图像进行闭运算处理得到待分析矿浆物料闭运算特征图像；利用所述待分析矿浆物料闭运算特征图像作为待分析矿浆物料特征轮廓图像。
11.进一步的，利用所述待分析矿浆物料特征图像的roi区域计算roi区域检测阈值的计算式如下：其中，t为roi区域检测阈值，k为待分析矿浆物料特征图像的roi区域的像素值总和，n为待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素数量。
12.进一步的，利用所述roi区域检测阈值对所述待分析矿浆物料特征图像进行二值化处理得到待分析矿浆物料二值化特征图像包括：当待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值大于roi区域检测阈值时，将待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值设置为255，当待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值小于roi区域检测阈值时，将待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值设置为0，得到待分析矿浆物料二值化特征图像。
13.进一步的，利用所述待分析矿浆物料二值化特征图像进行闭运算处理得到待分析矿浆物料闭运算特征图像包括：利用所述待分析矿浆物料二值化特征图像的白色区域进行区域轮廓扩张n个像素点得到待分析矿浆物料二值化第一特征图像；
利用所述待分析矿浆物料二值化第一特征图像进行腐蚀n个像素点处理得到待分析矿浆物料闭运算特征图像；其中，n为3或5。
14.进一步的，利用所述待分析矿浆物料特征轮廓图像得到矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果包括：判断所述待分析矿浆物料特征轮廓图像是否存在黑色区域，若是，则矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果为存在固体颗粒物体，否则，矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果为不存在固体颗粒物体。
15.与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：基于计算机图像分析技术的矿物颗粒尺寸测量技术，提高了图像采集的质量，排除了干扰因素，既完成了粗颗粒的集中检测，提高了检出率，又利用采集的样品自身完成了分析平板的清洗，简化了检测过程中的外部运行条件，降低了误差率。
附图说明
16.图1是本发明提供的一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法的流程图；图2是本发明提供的一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析系统的示意图；图3是本发明提供的一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析系统的图像比例缩小示意图；附图标记：1、取样阀门；2、缓冲桶；3、控制单元；4、相机；5、分析平板；6、排弃口。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1：本发明提供了一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法，如图1所示，包括：s1、采集待分析矿浆物料图像进行初始处理得到待分析矿浆物料初始图像；s2、利用所述待分析矿浆物料初始图像进行区域提取处理得到待分析矿浆物料特征图像；s3、利用所述待分析矿浆物料特征图像得到矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果。
20.s1具体包括：s1-1、利用电控阀门获取选煤厂矿浆管道中待分析矿浆物料样品至缓冲桶；s1-2、当待分析矿浆物料样品在缓冲桶中静置沉淀若干分钟后，将缓冲桶中的待
分析矿浆物料样品自流至分析平板上；s1-3、利用所述分析平板将待分析矿浆物料样品进行固液分离处理得到待分析矿浆物料固体样品；s1-4、采集所述待分析矿浆物料固体样品的图像作为待分析矿浆物料图像；s1-5、利用所述待分析矿浆物料图像进行图像处理得到待分析矿浆物料初始图像。
21.本实施例中，一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法，当待分析矿浆物料样品在缓冲桶中静置沉淀3分钟后，将缓冲桶中的待分析矿浆物料样品自流至分析平板上。
22.s1-5具体包括：s1-5-1、利用所述待分析矿浆物料图像进行比例缩小得到待分析矿浆物料小比例图像；s1-5-2、利用所述待分析矿浆物料小比例图像进行灰度化处理得到待分析矿浆物料初始图像。
23.s2具体包括：s2-1、利用所述待分析矿浆物料初始图像获取待分析矿浆物料初始roi图像；s2-2、利用所述待分析矿浆物料初始roi图像作为待分析矿浆物料特征图像；其中，待分析矿浆物料初始roi图像小于待分析矿浆物料初始图像，待分析矿浆物料初始roi图像为矩形。
24.本实施例中，一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法，所述区域提取处理的过程为利用所述待分析矿浆物料初始图像获取待分析矿浆物料初始roi图像与利用所述待分析矿浆物料初始roi图像作为待分析矿浆物料特征图像。
25.s3具体包括：s3-1、利用所述待分析矿浆物料特征图像进行轮廓分析处理得到待分析矿浆物料特征轮廓图像；s3-2、利用所述待分析矿浆物料特征轮廓图像得到矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果。
26.s3-1具体包括：s3-1-1、利用所述待分析矿浆物料特征图像的roi区域计算roi区域检测阈值；s3-1-2、利用所述roi区域检测阈值对所述待分析矿浆物料特征图像进行二值化处理得到待分析矿浆物料二值化特征图像；s3-1-3、利用所述待分析矿浆物料二值化特征图像进行闭运算处理得到待分析矿浆物料闭运算特征图像；s3-1-4、利用所述待分析矿浆物料闭运算特征图像作为待分析矿浆物料特征轮廓图像。
27.s3-1-1的计算式如下：其中，t为roi区域检测阈值，k为待分析矿浆物料特征图像的roi区域的像素值总
和，n为待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素数量。
28.s3-1-2具体包括：s3-1-2-1、当待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值大于roi区域检测阈值时，将待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值设置为255，当待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值小于roi区域检测阈值时，将待分析矿浆物料特征图像的roi区域内像素点值设置为0，得到待分析矿浆物料二值化特征图像。
29.本实施例中，一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析方法，在实际应用情况中由于检测对象的不同，不会出现等于检测阈值的情况，因此只存在大于或小于检测阈值进行像素点值设置的处理过程。
30.s3-1-3具体包括：s3-1-3-1、利用所述待分析矿浆物料二值化特征图像的白色区域进行区域轮廓扩张n个像素点得到待分析矿浆物料二值化第一特征图像；s3-1-3-2、利用所述待分析矿浆物料二值化第一特征图像进行腐蚀n个像素点处理得到待分析矿浆物料闭运算特征图像；其中，n为3或5。
31.s3-2具体包括：s3-2-1、判断所述待分析矿浆物料特征轮廓图像是否存在黑色区域，若是，则矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果为存在固体颗粒物体，否则，矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析结果为不存在固体颗粒物体。
32.实施例2：本发明提供了一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析实际应用方法，包括：选煤厂生产过程中，往往需要对矿石的粒度组成进行分析，比如对于离心机离心液中是否有大颗粒物料，以判断离心机筛篮是否破损；对浓缩机的入料进行粒度分析，判断其中是否有粗颗粒物（+0.5mm），以避免造成浓缩机压耙事故。
33.传统的分析方式是采用人工采样，然后用机械过滤、筛分设备对物料进行过滤、筛分、称重，统计不同粒度级的物料的重量，形成筛分实验报告。这种方式需用大量人工操作，费时费力。
34.为了能快速、自动的进行矿石粒度分析，本技术提出了一种用于选煤厂矿浆跑粗监测的矿浆粒度分析系统，如图2所示，包括：取样阀门1、缓冲桶2、控制单元3、相机4、分析平板5、排弃口6，所述取样阀门1的数量为两个，分别设置于缓冲桶2与被分析管道的连接处和缓冲桶2与分析平板5之间，所述相机4设置于分析平板5的上方，所述排弃口6设置于分析平板5的正下方，所述控制单元3分别与取样阀门1、相机4电连接。
35.工作流程如下：利用靠近被分析管道的取样阀门1在被分析管道里面进行取样，取出的物料进入缓冲桶2中，静止3分钟，使潜在的粗颗粒物料沉淀至缓冲桶2底部，然后打开缓冲桶2下部的取样阀门1，让部分物料从缓冲桶2中自流到一个倾斜的具备过滤功能的分析平板5上，固体物料将被留在板上，而液体将被过滤后排弃；控制单元3对分析平板5上的物料进行拍照和图像分析，以分析其中的粒度组成，
根据使用要求，生成粒度组成数据表或者根据粒度组成数据判断是否发出报警信息；图像分析完成后，缓冲桶2下部的取样阀门1被再次打开，利用缓冲桶2中的剩余液体对分析平板5进行冲洗，为后续的分析做准备。
36.以上的分析过程中较粗的颗粒是我们需要检测的目标，由于其存在沉降速度快的特点，所以在采样后设计了一个预先沉降的过程使这部分物料先沉降于缓冲桶的底部。预先沉降结束后缓冲桶下部的阀门开启，使这部分物料首先被排放至分析平板上，而其他大部分不含粗颗粒物料的矿浆仍然留在缓冲桶中，作为系统的冲洗用水。待图像采集完毕后，将剩余的矿浆排放出来，对分析平板完成冲洗过程。该过程不需要外部的水源，使系统运行条件大大简化。
37.软件的工作流程分为图像预处理、roi区域提取、轮廓分析、结果输出四部分。
38.a、图像预处理：图像预处理包括等比例缩小图像尺寸、rgb彩色图像转gray灰度图两个步骤，如图3所示。监控摄像机提供的图像是1920*1080分辨率的图像，为了便于软件处理，需要将图像等比例缩小到原始的1/4大小，也就是960*540分辨率。此时的图像还是彩色格式，由r（红色），g（绿色），b（蓝色）三原色按比例混合而成，一个像素需要由r，g，b三个数值组成。软件是基于灰度分析，也就是像素点利用 0-255的数字表示“灰色”程度，每个像素点只需要一个灰度值。灰度图的计算可以利用公式进行快速转换：gray = 0.299*r + 0.587*g + 0.114*bb、roi区域提取：roi(region of interest)是指图像中的一个矩形区域，代表程序需要单独处理的关键部分。监控摄像机图像中的分析平板靠上部分会有未渗透下去的液体，影响分析判断，因此只需要选取gray灰度图靠下侧的部分矩形区域，同时还能进一步减少程序计算工作量。roi区域用三个参数表示：矩形左上角在原图中的坐标p，矩形宽度width、矩形高度height,这样得到最终待检测的关键图像：roi=(原始图像, 矩形[p,width,height])c、轮廓分析：缓冲桶中沉淀后的液体流过分析平板后，如果没有超过平板过滤孔径的固体颗粒物，分析平板上面只存留较清澈的液体痕迹。如果存留了固体颗粒物，从图像分析的角度，会有突出的块状物体，而且块状物体在灰度图中偏黑色。为了检测图像中是否有这种偏黑色的块状物体，先要通过固定阈值t对roi图像二值化，如果roi上的像素点的值大于t就设置成255，小于t就设置成0。这个t值可以由roi区域所有像素点的平均值计算得到。二值化后，代表过滤平板的像素点数值变成255，代表固体颗粒物的像素点数值变成0，代表残存的液体痕迹的像素点也变成0。
[0039]
程序还要去掉残存液体痕迹的影响，根据其物理特征，液体痕迹都是细条状的黑色纹理，通过形态学处理中的闭运算，就可以进一步消除这些黑色区域。闭运算就是二值化后的图像中，白色部分先沿着其轮廓膨胀n个像素点，再腐蚀n个像素点。它的常见作用有两个：连接两个距离较近的白色区域；消除较小的黑色区域；
n值可以根据待检测的粗颗粒在图像中所占像素个数确定，一般选择3或者5。去掉残留液体痕迹后，最终的图像中黑色的部分就是残留的粗固体颗粒物。
[0040]
d、结果输出：如果最终图像内还有黑色区域，软件就认为检测到了预定的粗固体颗粒物体，可以通过opc ua协议，向选煤厂集中控制系统发出报警指令，调度值班人员可以通过上位机看到报警，下位机也可以根据报警指令进行下一步的闭锁操作。
[0041]
本技术将主要应用于选煤厂的以下部位，用于工艺跑粗监测：离心机离心液管路；浓缩机入料管路；脱泥筛下水管路；脱介筛下水管路；生产管理中需要对以上环节的矿浆中的粒度组成进行分析，如果粒度组成出现异常就可以分析出上游设备的某些故障，并对后续工艺进行预警。
[0042]
举例来讲：对浓缩机的入料一般情况下粒度都在0.5mm以下，此时浓缩机内部的沉淀过程可控，运行稳定。当浓缩机的入料中出现较多的+0.5mm的粗颗粒物料时，由于其沉淀速度较快，沉淀速度不可控，则很容易出现煤泥的快速沉降，大量的沉降将使浓缩机内的煤泥耙架阻力快速上升，甚至使耙架无法运转，俗称“压耙事故”。将本专利所设计的矿浆粒度分析设备安装到浓缩机入料管上，就可以对其粒度组成进行实时分析，判断其中是否有粗颗粒物（+0.5mm），当出现异常时，发出报警，使工作人员检查前序的设备，排查故障，并加快浓缩机底流泵的排放，避免造成浓缩机压耙事故。
[0043]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。