CN101793845A - 一种煤矿皮带x射线透视检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿皮带X线透射检测系统和方法，系统包括：进行数据接收处理并指令的主控系统；射线源模块；探测和采集模块，对X射线探测并采集信号，与数据传输模块通信；数据传输模块，将探测和采集模块的输出数据传送到主控系统；远程控制模块，和主控系统通讯并对射线源的启闭及探测和采集模块控制；环境采集模块，收集射线源和探测装置中的环境信息及皮带穿过探测装置时的速度，并把信息传递到主控系统。所述方法是：获取多次皮带X射线扫描数据；自动分析扫描数据中起始点位置，接头区域位置和异常区域位置；对接头进行编号对比；判断接头是否异常；并能自动定位任意位置的图像。实现皮带的不停机检测，消除探测设备对人员的伤害。

Description

一种煤矿皮带X射线透视检测系统和方法

技术领域

本发明涉及X射线透视技术应用领域，尤其涉及到X射线透视技术在煤矿皮带安全检测领域中的系统和方法。

背景技术

目前X射线技术在煤矿皮带安全检测中有着比较广泛的应用，通过X射线透视图像能够清楚地看到皮带内部钢丝的结构和状态，发现钢丝是否存在断裂和锈蚀，进而对于比较严重的断裂区域，能够及时采取相应的修补措施，降低皮带发生断裂的可能性。

传统的煤矿皮带X射线检测设备多为手持式X光机，需要在皮带停转的情况下，由专门的测试人员手持这种设备，在皮带的不同位置进行局部透射成像，发现钢丝中是否存在异常，这种检测方法往往需要耗费大量的时间，因为煤矿皮带一般长度为3-10多公里，完整的检测一次需要几天的时间，在长时间的检测过程中，常常存在由于检测人员的疏忽，漏掉皮带部分异常区域。并且在此工况下，虽然检测人员穿着防护服，但是长时间的X射线照射，对检测人员的身体也会产生影响。另外传统的X射线检测只是通过局部扫描的方式进行，如果用户需要了解某一个区域前后两次扫描的变化情况，对比同一个区域的两次成像差异等，传统的检测方法是很难做到的。

传统X射线透视检测方法存在下面的几个问题：

1、检测时需要皮带设备处于不运转状态，这对煤矿的生产一定会造成影响；

2、只能对皮带局部位置进行检测，而煤矿皮带常常有几公里，甚至十几公里长，光凭手动检测的方法很难进行完整的测试，很难全面的发现皮带可能出现的问题；

3、现有测试方法只能测试皮带是否出现了问题，而不能对皮带内部的状态变化进行跟踪，不能对比皮带同一个区域多次检测的差异；

4、现有X射线需要测试人员手动去测试，长时间的X射线会对测试人员的身体造成影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有煤矿皮带透视检测方法中不能实现完全自动的皮带检测，提供了一种能够对煤矿皮带自动进行完整X射线扫描的装置，并且根据扫描数据，自动分析、定位皮带接头区域和所有异常区域，同时可以分析、对比多次扫描结果，对皮带部分区域的变化进行分析，发现可能出现问题的区域。

为了解决上面的技术问题，本发明提供了一种煤矿皮带X射线透视检测系统，该系统的主要包括：

主控系统；所述主控系统用来进行数据接收和处理并发出相关指令；

射线源模块；所述射线源模块具有可对皮带发射X射线的射线源；所述射线源模块能够产生一定能量的连续能级的X射线，该模块的启动和关闭由远程控制模块控制，在每次采集前，打开X射线，采集模块开始采集数据，等到采集完一圈皮带数据以后，关闭X射线，停止采集；打开和关闭射线的时间取决于皮带长度和皮带运行速度；

探测和采集模块；所述探测和采集模块包括对穿透皮带后的X射线进行探测的探测装置并通过其中的采集模块将所探测到的X射线进行采集以得到一定射线源强度的数字信号；在将穿透皮带后的X射线转化为数字信号后，该模块的输出数据通过数据传输模块组帧后传递到主控系统中；

数据传输模块；所述数据传输模块将探测和采集模块的输出数据组成数据帧，通过光纤方式把数据帧传送到主控系统中；

远程控制模块；所述远程控制模块负责和上层的远程主控系统进行通讯，并根据主控系统的命令对射线源模块以及探测和采集模块进行控制；控制射线源的打开和关闭，启动和停止采集设备，并把现场环境信息传递到远程主控系统；

环境采集模块；所述环境采集模块负责收集所述射线源和探测装置中的温度、湿度等主要环境数据指标以及皮带穿过探测装置时的速度大小，并把所收集信息通过远程控制模块传递到主控系统中。

作为本技术方案的进一步改进，所述主控系统包括：

运行控制模块；所述运行控制模块对数据采集和分析实现自动控制，通过提供定时运行功能，实现无人值守的皮带扫描和分析；使得本检测系统不需要皮带停机即可检测，通过定时运行功能，实现工作时间对皮带进行扫描和分析；

数据存储模块；所述数据存储模块实时存储由探测和采集模块所采集并经由数据传输模块所传送的图像扫描数据；把探测器(前述探测装置的一种)采集模块获取的数据通过网络方式传送到远程机房，然后通过数据传输模块对接收到的数据进行组帧，再通过高速通讯的方式传递到电脑中去；

扫描数据库；所述扫描数据库负责存储皮带每一次扫描的完整数据以及数据分析模块所提供的分析结果信息；

数据分析模块；所述数据分析模块对所述扫描数据库中的图像数据文件等采样数据进行分析，自动定位扫描数据中接头和异常区域，能够对多次扫描结果进行对比，发现多次检查的变化区域；

数据显示模块；所述数据显示模块将X射线扫描结果转化为灰度图像进行显示；并根据数据分析模块所作出的接头和异常区域结果的判断，自动显示皮带对应位置的图像数据。

作为本技术方案的更进一步改进，所述主控系统还包括：

告警模块；所述告警模块根据数据分析模块的输出结果，如果有异常危险区域，通知检测人员，对于严重异常区域，发出告警。

也作为本技术方案的进一步改进，所述环境采集模块包括一霍尔传感器。

其中，所述环境采集模块，主要用来实时采集射线源所在防暴箱和探测器所在防暴箱中的温度和湿度信息，另外环境采集模块还实时获取皮带的运转速度，分析模块根据皮带运转速度和采样频率，能够计算得到图像像素分辨率，用于长度计算。

另外，所述数据存储模块，实时存储采集到的图像数据。而由于采样速度太快，系统来不及实时分析扫描数据，只是实时把数据存储下来，等扫描结束后，再启动分析流程。

基于上述的皮带透视检测系统，本发明还提供了一种基于X射线透射扫描的煤矿皮带检测方法，该方法包括如下步骤：

1)、对于皮带进行完整扫描，等待所有皮带区域的X射线扫描数据；

2)、对扫描数据进行自动分析，确定皮带中起始点位置，接头位置和异常区域位置；

3)、对定位出来的接头进行编号，根据接头与起始点的位置关系进行编号，保证多次测试同一个接头的编号相同；如果本次扫描是第一次扫描，则把本次数据作为标准数据，用于和后面的检测结果进行对比；

4)、根据2)中分析的接头位置和异常区域位置，计算距离每一个异常区域最近的接头编号和对应的距离；

5)、根据接头编号，对两次扫描数据进行位置匹配，实现数据对齐，便于用户观察同一区域在不同扫描时间的图像；

6)、计算本次接头长度，并把该长度分别与第一次和上一次扫描时的接头进行对比，根据接头长度变化量判断该接头是否发生异常；

7)、根据6)的分析结果，自动判断是否存在严重异常区域或者异常接头，如果有，则通过告警模块给检测任意发送消息，进行皮带停机检查；

8)、根据6)的分析结果，构建接头和异常区域显示列表，用户单击任意接头或异常区域，即可定位到该区域的图像数据。实现多次扫描的同步显示，便于用户发现不同时间扫描的图像差异。

作为本煤矿皮带X射线透视检测方法的进一步改进，步骤1)包括下列操作：

a、根据整个皮带长度和平均行进速度，自动估算整体采集时间；

b、采用多文件方式对扫描数据进行实时存储；

c、根据采样频率和皮带运行的实时速度，自动计算检测距离；

d、分离数据采集系统和分析系统，并通过传输光纤将采集系统所采集的数据传递给分析系统。

也作为本煤矿皮带X射线透视检测方法的进一步改进，可以采用下述方法对皮带进行编号：

a、在皮带内预埋起始点标记；

b、根据各接头与起始点标记的相对位置关系，对各接头进行编号。

同样也作为本皮带X射线透视检测方法的进一步改进，还可以采用下述方法对接头间非等距的皮带进行编号：

以第一次扫描结果为基准，各皮带接头依次编号为T₁，T₂….T_N，各皮带接头之间的距离为T₁到T₂＝D₁

T₂到T₃＝D2

……….，

T_N到T₁＝D_N

以后面另一次扫描结果为依据，将各皮带接头依次编号为A₁，A₂…..A_N，各皮带接头之间的距离为A₁到A₂＝M₁

A₂到A₃＝M₂

…………

A_N-1到A_N＝M_N-1

假设K(1＜＝K＜＝N)，求下面表达式最小时所对应的K数值；

F＝|D_k-M₁|+|D_k+1-M₂|+….+|D_k+n-2-M_n-1|

根据所求的K值，确定A1对应的编号T_k，A2所对应的编号T_K+1的数值…..。

另外，该煤矿皮带X射线透视检测方法中步骤5)可以包括下列操作：

a、计算本次数据中任意位置到接头或者起始点的距离；

b、在其它扫描数据中，根据接头编号和距离值，计算相应的图像数据位置；

c、根据图像数据位置，自动显示该位置图像。

同样，该煤矿皮带X射线透视检测方法中步骤8)还可以包括下列操作：

根据接头位置或异常区域位置，计算该位置在其它任意一次扫描数据中的位置。

作为本煤矿皮带X射线透视检测方法的更进一步改进，在数据采集时的采样速度可以控制在500us左右。

采用本发明所述方法和系统，与现有技术相比，可以实现对煤矿皮带的不停机检测，通过对皮带的完整扫描和自动分析，精确定位皮带中接头位置和异常区域位置，提高对皮带异常区域的检测效率，并消除传统X射线探测设备对检测人员的伤害。

附图说明

图1是本发明的系统模块框图；

图2为图1的另一种表达形式；

图3是本发明的系统流程图；

图4是采集模块控制流程图；

图5是数据分析和处理流程图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明所述技术方案的实施作进一步的详细描述：

图1和图2是本发明的系统结构和原理示意图。

如图1和图2所示，本发明系统包括主要设备模块有：X射线源设备，如X光机；探测和采集设备，探测板获取X射线穿透皮带后的模拟信号，采集模块把探测板输出的信号通过A/D转换，得到数字信号。由图1可知，皮带处于探测板和射线源之间，根据皮带宽度、皮带到射线源的距离，皮带到探测板的距离，能够计算得到探测板的宽度；数据传输设备，是指把远程采集系统中采集到的数据，封装到高速通讯协议中，通过光纤方式传到主控系统中，由主控系统进行数据存储和分析；环境采集模块中的环境监控设备主要是一些传感器设备，能实时获取射线源装置和探测器装置中的温度、速度等信息，便于主控系统了解采集系统的工作状态，对于皮带速度，通过安装霍尔传感器的方式可以计算得到，皮带速度对于后面数据的分析有着重要的作用。主控系统指放置在远程控制室中的电脑系统，它包括多个子模块：存储模块实现数据的实时存储；分析模块对采集数据进行分析，得到皮带接头区域和异常区域的在扫描数据中的位置；控制模块主要是控制什么时候启动采集系统；显示模块则提供给用户观察任意位置的皮带内部图像。

图3是本发明的系统流程图。

如图3所示，一次完整的数据分析包括下面几个步骤：

步骤一：数据采集。图4是本发明数据采集流程。

首先根据用户配置的皮带长度和皮带运行平均速度，可以估算出皮带运转一周需要的时间，由运行控制模块控制采集开始和结束。煤矿皮带运转速度一般为4m/s，为了得到较高分辨率的图像，我们采用500us的采样速度，这样一线数据的分辨率为2mm。由于采样速度快，数据量非常大，系统来不及实时处理，采集模块只是实时存储扫描数据。采集模块通过线程或者多媒体定时器方式读取数据传输模块送上了的采样数据，并把数据放到缓存队列，根据缓冲队列中数据大小确定需不需要存储，如果缓冲队列中数据超过指定大小，则把前面的数据存为一个数据文件，采用时间或者计数方式对数据文件进行编号，并在索引文件中记录每一个文件名称和采样该数据时对应的皮带速度。

步骤二：数据分析。数据扫描结束以后，系统启动分析线程，对扫描数据进行自动分析。分析模块通过图像处理算法，定位皮带接头区域在扫描数据中的位置，得到皮带接头列表文件。通过异常区域分析模块，自动定位皮带中钢丝断裂、锈斑、修补、磨损等区域的位置。

步骤三：分析结果处理和比较。步骤二得到的分析结果，需要进行进一步的处理，由于每一次扫描起始点位置都不一样，需要对分析出来的接头编号进行分析，根据起始点位置和接头位置的相对关系，重新对接头进行编号处理，对于任意一个接头，在不同次扫描中这个编号是一致的。对于异常区域，为了便于用户实际定位，需要查找距离这个异常区域最近的一个接头和到这个接头的距离。对于接头区域，需要分析接头长度是否发生变化，采用本次测试得到的接头长度与上一次测试和第一次测试的长度进行对比，如果变化值大于指定阈值，则该接头为异常接头。

步骤四：异常区域图像浏览。根据数据分析结果，构建显示接头显示列表和异常区域显示列表，用户可以双击列表中任意一项，自动显示该位置的图像信息，由用户对分析结果进行验证。

步骤五：报告和打印。根据测试结果，打印测试报告，完成分析。

图5是本发明的数据分析和处理流程。

如图5所示，数据分析模块采用图像处理算法对扫描数据进行图像分析，自动定位皮带中接头区域和异常区域的位置。

在接头定位模块，采用扫描数据水平投影的方式可找到接头区域所在的位置，因为接头区域钢丝数量和密度比其它区域要多一倍左右，通过该方法能够精确的定位区域。

对于异常区域，现对数据进行分割，得到钢丝的二值数据，在对该数据在扫描方向上进行分析，定位钢丝断裂区域和锈蚀区域。

为了实现多次扫描数据的自动匹配，本发明提出了两种方法：

一种方法是在皮带中埋入一个起始点标记，分析模块自动识别出起始点在数据中的位置，然后根据皮带接头与起始点标记的相对位置关系，对接头区域进行编号处理，多次扫描数据通过起始点实现他们之间的数据同步。

另外一种方法是根据接头之间距离的不同，自动对接头进行重排。可以选择第一次扫描数据的接头顺序为标准顺序，编号为T₁，T₂….T_N

接头之间的距离为T₁到T₂＝D₁

T₂到T₃＝D2

……….，

T_N到T₁＝D_N

对于后面扫描，假设接头的编号为A₁，A₂…..A_N，两个接头之间的距离为

A₁到A₂＝M₁

A₂到A₃＝M₂

……………

A_N-1到A_N＝M_N-1

只需要求出K(1＜＝K＜＝N)，使得下面表达式的和最小即可：

F＝|D_k-M₁|+|D_k+1-M₂|+….+|D_k+n-2-M_n-1|

根据K，我们可以知道A1对应的编号为T_k，A2为T_K+1…..；

通过对两次扫描数据的接头对齐，检测人员可以对比显示皮带任意区域在不同时刻的扫描图像，分析该区域的变化趋势，对可以发生异常的区域进行预警标记。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (10)

1.一种煤矿皮带X射线透视检测系统，其特征在于，该系统包括：

主控系统；所述主控系统用来进行数据接收和处理并发出相关指令；

射线源模块；所述射线源模块具有可对皮带发射X射线的射线源；

探测和采集模块；所述探测和采集模块包括对穿透皮带后的X射线进行探测的探测模块以及将所探测到的X射线进行采集以得到一定射线源强度的数字信号的采集模块；

数据传输模块；所述数据传输模块将所述探测和采集模块的输出数据组成数据帧，通过光纤方式把数据帧传送到主控系统中；

远程控制模块；所述远程控制模块负责和所述主控系统进行通讯，并根据所述主控系统的命令对所述射线源模块的启动和关闭以及所述探测和采集模块进行控制；

环境采集模块；所述环境采集模块负责收集所述射线源模块和所述探测模块中的环境信息以及皮带穿过探测模块时的速度大小，并把所收集信息通过所述远程控制模块传递到所述主控系统中。

2.根据权利要求1所述的煤矿皮带X射线透视检测系统，其特征在于，所述主控系统包括：

运行控制模块；所述运行控制模块负责数据采集和分析流程控制，并进行皮带定时扫描和分析的运行控制；

数据存储模块；所述数据存储模块实时存储由所述探测和采集模块所采集并经由所述数据传输模块所传送的图像数据；

扫描数据库；所述扫描数据库负责存储皮带每一次扫描的完整数据以及后述数据分析模块所提供的分析结果信息；

数据分析模块；所述数据分析模块对所述扫描数据库中的采样数据进行分析，并作出自动定位皮带接头和异常区域的判断；

数据显示模块；所述数据显示模块将X射线扫描结果转化为图像进行显示，并根据所述数据分析模块所作出的接头和异常区域结果的判断，自动显示皮带对应位置的图像数据。

3.根据权利要求2所述的煤矿皮带X射线透视检测系统，其特征在于，所述主控系统还包括：

告警模块；所述告警模块根据所述数据分析模块输出的异常区域判断结果，发出告警信号。

4.根据权利要求1所述的煤矿皮带X射线透视检测系统，其特征在于，所述环境采集模块包括一霍尔传感器。

5.一种采用权利要求1至4任一权利要求所述煤矿皮带X射线透视检测系统进行的皮带X射线透视检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对所检测皮带进行完整X射线扫描，获取皮带所有区域的X射线透视成像数据；

步骤二：对扫描数据进行自动分析，确定皮带中起始点位置，接头位置和异常区域位置；

步骤三：对定位好的各皮带接头进行编号处理，保证多次扫描数据中同一个皮带接头的编号相同；

步骤四：根据步骤二中确定的接头位置和异常区域位置，计算距离每一个异常区域最近的皮带接头编号和该编号皮带接头所对应的距离；

步骤五：对每一个编号的皮带接头进行两次扫描数据的位置匹配，进行同一区域的皮带在不同扫描时间的图像数据对齐；

步骤六：计算本次接头长度，并把该长度分别与第一次和上一次扫描时的接头长度进行对比，根据接头长度变化量判断该接头是否发生异常；

步骤七：根据步骤六的分析结果，自动判断是否存在严重异常区域或者异常接头，并作出是否给检测人员发送进行皮带停机检查的消息；

步骤八：根据步骤六的分析结果，构建接头和异常区域显示列表，进行多次扫描的同步显示，以对比不同时间扫描结果的图像差异；通过用户选取任意接头或异常区域的方式来定位显示所选择区域的图像数据。

6.根据权利要求5所述的皮带X射线透视检测方法，其特征在于，所述步骤一包括下列操作：

a、根据整个皮带长度和平均行进速度，自动估算整体采集时间；

b、采用多文件方式对扫描数据进行实时存储；

c、根据采样频率和皮带运行的实时速度，自动计算检测距离；

d、分离数据采集系统和分析系统，并通过传输光纤将采集系统所采集的数据传递给分析系统。

7.根据权利要求5所述的皮带X射线透视检测方法，其特征在于，采用下述方法对皮带进行编号：

a、在皮带内预埋起始点标记；

b、根据各接头与起始点标记的相对位置关系，对各接头进行编号。

8.根据权利要求5所述的皮带X射线透视检测方法，其特征在于，采用下述方法对皮带进行编号：

以第一次扫描结果为基准，各皮带接头依次编号为T₁，T₂....T_N，各皮带接头之间的距离为T₁到T₂＝D₁

T₂到T₃＝D2

..........，

T_N到T₁＝D_N

以后面另一次扫描结果为依据，将各皮带接头依次编号为A₁，A₂.....A_N，各皮带接头之间的距离为A₁到A₂＝M₁

A₂到A₃＝M₂

............

A_N-1到A_N＝M_N-1

假设K(1＜＝K＜＝N)，求下面表达式最小时所对应的K数值；

F＝|D_k-M₁|+|D_k+1-M₂|+....+|D_k+n-2-M_n-1|

根据所求的K值，确定A1对应的编号T_k，A2所对应的编号T_K+1的数值...。

9.根据权利要求5所述的皮带X射线透视检测方法，其特征在于，所述步骤五包括下列操作：

a、计算本次数据中任意位置到接头或者起始点的距离；

b、在其它扫描数据中，根据接头编号和距离值，计算相应的图像数据位置；

c、根据图像数据位置，自动显示该位置图像。

10.根据权利要求5所述的皮带X射线透视检测方法，其特征在于，所述步骤八还包括下列操作：

根据接头位置或异常区域位置，计算该位置在其它任意一次扫描数据中的位置。

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