CN115456979A - 采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机制砂技术领域，公开了一种采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法。该方法包括如下步骤：将机制砂生产线划分为多个子区域，分别在各个子区域设置图像采集仪；利用图像采集仪对子区域的物料进行图像采集，通过数字图像处理技术对所获取的每一个子区域的物料图像信息进行分析处理，获得机制砂中间生产过程中各个子区域的物料形貌参数；根据各个子区域物料的形貌参数，监测并调整对应子区域的生产控制系统。该方法具有实时、稳定、准确、方便等优点，可有效保证机制砂的质量。
Description
技术领域
本发明涉及机制砂技术领域，尤其是一种采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法。
背景技术
砂作为细骨料，是混凝土的主要组分，混凝土的配制用砂主要包括两类：机制砂和天然砂。天然砂在短时间内不可再生，而机制砂在山区较多，原材料丰富。目前大多数地区应用的砂是天然砂，天然砂资源是一种短时间内不可再生的资源，随着基础建设的日益发展，混凝土用砂供需矛盾尤为突出，砂的质量越来越无法保证。同时天然砂资源的大量、无序地开采已严重破坏了生态环境，甚至已严重威胁了防洪大堤、桥梁、和水下的管线设施的安全，已成公共安全的一大隐患。因此，迫切需要寻找一种材料以替代天然砂在混凝土中使用，机制砂作为一种人工砂正好满足了这个要求。如果能使机制砂在商品混凝土中大量的替代天然砂，不仅会带来巨大的经济效益，而且也会较好的保护生态环境机制砂原材料丰富，其生产应用将解决天然砂质量无法控制的弊病，解决天然砂资源枯竭、无序开采、破坏生态环境等问题，并为矿山尾矿找到了再利用的技术途径。既能充分利用资源，又符合国家可持续发展的理念。
机制砂的质量很大程度上取决于母岩的物理性能、加工工艺和机械设备，目前机制砂应用于混凝土中，会导致新拌混凝土的单位需水量高，和易性难以控制等问题。这些因素限制了机制砂的大规模利用。
近年来，随着计算机性能的不断提高以及有关数字处理方法的飞速发展，数字图像处理技术在科学研究、工业生产监控以及管理自动化等领域都获得了广泛的应用。采用数字图像处理技术对机制砂的生产过程进行监控，既能大大提高监控精度，也能降低操作工的劳动强度，提高效率。通过图像采集仪获取各生产过程的机制砂形貌图像，再将其进行数字图像处理，获取生产过程中的机制砂形貌参数，实时监控机制砂的生产，并对生产过程做出调整、指导，获得具有良好粒型、级配的机制砂，有效保证机制砂的质量。
公开号为CN112712519A的专利申请公开了一种非接触式机制砂石粉含量智能化实时检测方法及装置，该方法包括：获取目标机制砂图像数据；将所述目标机制砂图像数据输入训练好的石粉含量检测模型，并基于该石粉含量检测模型的输出确定所述目标机制砂图像数据对应的机制砂中的石粉含量检测结果数据。该申请主要通过图像处理技术实现对机制砂石粉含量的非接触式的实时检测。公开号为CN110969608A的专利申请公开了一种基于图像法的机制砂级配修正系统，包括图像预处理模块、颗粒轮廓提取模块、级配计算模块、粒形计算模块和级配修正模块；所述图像预处理模块将原始的机制砂图像转化二值图像；颗粒轮廓提取模块从二值图像中提取各个颗粒的轮廓形状；级配计算模块处理所有机制砂颗粒轮廓，得到机制砂的原始级配参数；粒形计算模块处理所有机制砂颗粒轮廓，得到机制砂的粒形参数；级配修正模块根据粒形参数对原始级配参数进行修正，得到最终级配测量结果。公开号为CN 110672478A的专利申请公开了基于图像处理技术分析机制砂颗粒形状的测试方法及装置，通过计算机图像处理技术，监测颗粒圆形度、长宽比、宽高比和球形度等指标。
上述三个专利申请均公开了采用数字图像处理技术监测机制砂生产质量的方法，主要是针对最终成品砂的监测，监测成品砂是否达标。监测机制砂的目的是通过监测发现砂是否符合标准，若不达标则可及时进行调整，但是，在制砂过程包含有多道工序，对最终成品砂进行监测，在发现成品砂不达标时，难以直接确定出是何种原因所导致的，因而难以及时进行相应的调整，影响生产效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，可以更为准确地发现制砂问题所在，及时对生产过程做出指导和调整。
本发明公开的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，包括如下步骤：
将机制砂生产线划分为多个子区域，分别在各个子区域设置图像采集仪；
利用图像采集仪对子区域的物料进行图像采集，通过数字图像处理技术对所获取的每一个子区域的物料图像信息进行分析处理，获得机制砂中间生产过程中各个子区域的物料形貌参数；
根据各个子区域物料的形貌参数，监测并调整对应子区域的生产控制系统。
优选地，根据成品机制砂所在子区域的物料形貌参数确定机制砂是否符合标准，若不符合标准，依次判断各个子区域的物料是否异常，确定出影响机制砂不符合标准的问题所在的子区域，并对应调整该子区域的生产过程。
优选地，记录各子区域的物料的形貌参数，在判断各个子区域的物料是否异常时，将当前物料的形貌参数与记录的历史物料的形貌参数进行对比，确定出是否产生变化，快速查找出是子区域是否出现异常。
优选地，实时监测子区域的物料的形貌参数，与记录的历史物料形貌参数或者标准物料参数进行对比，一旦出现异常立刻反馈并调整生产过程。
优选地，在对物料图像信息进行分析处理时，先对图像进行二值化处理；然后对图像进行滤波除噪，去除杂质信息，最后提取图像边界，得到边界清晰，数据连续且闭合的图像。
优选地，在对物料图像信息进行分析处理时，获取机制砂的粒径，具体过程如下：
通过图像处理软件对采集图像进行识别，将图像中机制砂颗粒图形分离出来，测量分离出来的机制砂的径向尺寸，得到机制砂最小径向尺寸dmin，将得到的机制砂的最小径向尺寸视为机制砂的粒径。
优选地，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂中的粉体含量，具体过程如下：
采用图像处理软件处理所采集图像，去除无关信息，仅保留图像中砂石以及粉体区域，对处理后的图像进行二值化处理，重新设定将砂石的灰度值，使砂石与粉体分离，用图像处理软件计算出粉体面积，表征粉体含量。
优选地，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的圆度系数，具体过程如下：通过图像处理软件对图像的分析处理，获取骨料颗粒投影面积A、投影面轮廓周长P，通过公式C＝4πA/P2计算圆度系数C。
优选地，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的球度系数，具体过程如下：
通过图像处理软件对图像的分析处理，得到机制砂最小径向尺寸dmin、中间径向尺寸dmed、最大径向尺寸dmax，通过公式
计算球度系数
优选地，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的轴向系数，具体过程如下：
通过图像处理软件对图像的分析处理，得到机制砂颗粒等效椭圆短轴尺寸W、长轴尺寸 L，L与W所在的短轴垂直，通过公式
计算轴向系数Ar。
优选地，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的分形维数，具体过程如下：通过图像处理软件获取机制砂颗粒投影面积A，投影面轮廓周长P，通过公式
(B为常数)计算分形维数D。
本发明的有益效果是：本申请在机制砂生产线划分多个子区域进行图像采集，获得机制砂各生产环节的图像信息，通过图像处理技术分析出各子区域的物料形貌参数，可以及时查找出问题所在的生产环节，并且针对性地调整生产控制系统。该方法具有实时、稳定、准确、方便等优点，可有效保证机制砂的质量。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明。
本发明公开的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，包括如下步骤：
将机制砂生产线划分为多个子区域，分别在各个子区域设置图像采集仪；利用图像采集仪对子区域的物料进行图像采集，通过数字图像处理技术对所获取的每一个子区域的物料图像信息进行分析处理，获得机制砂中间生产过程中各个子区域的物料形貌参数；根据各个子区域物料的形貌参数，监测并调整对应子区域的生产控制系统。
子区域可以根据机制砂生产线的实际生产环节划分，例如可以将生产线上的原料运输设备、破碎机、振动筛、制砂机等分别划分为子区域，并设置图像采集仪，对机制砂生产过程中运输、破碎、筛分、制砂等环节进行监控。各个图像采集仪各自独立完成对单摄像头范围内机制砂生产的监控，获得机制砂各生产环节的图像信息。采集图像信息后对其进行分析处理，分析处理通常在现场中心控制电脑中进行，也可以在云端服务器进行，通过图像处理软件对所获取的每一个子区域的物料图像信息进行分析处理后，可以获得各个子区域的物料形貌参数，当出现制砂品质变劣或者效率降低等问题时，可以通过图像信息对应的生产部位的物料形貌参数快速查找出问题所在，立即进行调整。例如当数字图像处理计算所得机制砂粒径偏大时，产生影响的因素可能是破碎机的进料量、回料量叶轮线速度、破碎时间等，通过对这些区域输出的物料的形貌参数，即可立刻找出问题所在，对其进行相应的调整。又如机制砂球度系数、圆度系数偏小，可能因素是破碎模式选择和整形时间，机制砂级配不良，就可以监测振动筛输出的物料形貌参数，确定振动筛之前的物料形貌参数正常，振动筛之后的物料形貌参数有异常，则可以通过增大振动筛振幅、控制振动频率、减小筛面倾斜角，延长物料在振动筛上的停留时间、减少堵筛现象，利于分级。
先前生产环节影响后续生产环节，可通过不同区域的图像采集仪所采集的图像信息所得到的形貌参数体现，各子区域图像采集仪所采集的信息既能获取该区域生产环节的图像信息，又能在一定程度上反应、预测下一生产环节的图像信息。通过多摄像头之间的联动，既能单独监控各自生产环节，又能在宏观上对整个机制砂生产流程进行调控。具体的监测和调控可以采用多种方式，例如，在本申请的一个优选实施例中，根据成品机制砂所在子区域的物料形貌参数确定机制砂是否符合标准，若不符合标准，依次判断各个子区域的物料是否异常，确定出影响机制砂不符合标准的问题所在的子区域，并对应调整该子区域的生产过程。此种方式以成品机制砂的形貌参数作为判断依据，当其不符合标准才查找出现问题的各个子区域，计算量相对较小。
查找各个子区域是否异常可以采用的方式是，记录各子区域的物料的形貌参数，在判断各个子区域的物料是否异常时，将当前物料的形貌参数与记录的历史物料的形貌参数进行对比，确定出是否产生变化，快速查找出是子区域是否出现异常。此外，也可以设置各子区域的标准形貌参数阈值，一旦超出阈值，则判断该子区域出现异常。后者储存和计算量相对较少，适用于固定规格的机制砂生产线，而前者更加灵活，更适用于生产多种规格的机制砂生产线。
除了以成品砂的形貌参数作为判断标准外，还可以实时监测子区域的物料的形貌参数，与记录的历史物料形貌参数或者标准物料参数进行对比，一旦出现异常立刻反馈并调整生产过程。此种方式虽然处理计算量更大，但是也可以更为准确快速的反应各生产环节是否出现异常。
为了保证清晰，图像采集仪优选配有高清广角摄像头，其分辨率为：1920×1080(208 万像素)，纵横比为：16：9，视频输出清晰度为：1080P，信噪比为：54dB；覆盖面更广，相同监控区域可以替代原有的多个固定点摄像机，节省线缆、安装、维护费用；能完成1080P全高清图像输出；能减少干扰噪点对画面的影响程度，确保获得清晰准确的图像信息。所述摄像头优选为防水摄像头，其上配置有自清洁装置，自清洁装置包括喷淋装置及刮水片，喷洒装置每隔6小时自动对摄像头喷水，同时刮水片开始工作，对摄像头进行清洁，停水时刮水片也停止工作。通过定时清洗摄像头，既能获取清楚的图像信息，也能延长摄像头使用寿命。
图像处理软件可以采用Adobe Lightroom、Image-Pro Plus、ImageJ、Matlab等软件，例如可以通过Adobe Lightroom软件增强对比度，校正镜头畸变；再使用Image-ProPlus软件对采集图像进行处理。
在本申请的一个优选实施例中，先对图像进行二值化处理，二值化处理可以消除机制砂的内部纹理，减小图像的数据量，也能减少边界提取的复杂程度，然后对图像进行滤波除噪，去除杂质信息，最后提取图像边界，得到边界清晰，数据连续且闭合的图像。
机制砂的形貌参数可以包含机制砂的粒径、粉体含量、球度系数、圆度系数、轴向系数、分形维数等。
本申请中获取机制砂的粒径，具体过程如下：通过图像处理软件对采集图像进行识别，将图像中机制砂颗粒图形分离出来，测量分离出来的机制砂的径向尺寸，得到机制砂最小径向尺寸dmin，将得到的机制砂的最小径向尺寸视为机制砂的粒径。采用图像处理技术，可以快速获得当前参数下生产的机制砂级配，得到堆积密度大、空隙率小的机制砂颗粒,用其配制混凝土可提高混凝土性能,节约水泥用量,降低生产成本。
本申请中获取机制砂的粉体含量，具体过程如下：采用图像处理软件处理所采集图像，去除无关信息，仅保留图像中砂石以及粉体区域，对处理后的图像进行二值化处理，重新设定将砂石的灰度值，使砂石与粉体分离，例如可以将砂石的灰度值设为1，剩余部分即为粉体，用图像处理软件计算出粉体面积，表征粉体含量。通过对图像分析、处理之后，计算机制砂中的粉体含量，若机制砂中粉体含量过高，则通过洗砂机清洗产品，将机制砂中的粉体含量控制在合理范围之内，以使粉体充分发挥填充机制砂之间的孔隙，减小混凝土中的孔隙率，增加混凝土的密实度，优化水泥混凝土的孔隙结构，改善水泥浆体和机制砂之间的黏结的作用。
本申请中获取机制砂的圆度系数，具体过程如下：通过图像处理软件对图像的分析处理，获取骨料颗粒投影面积A、投影面轮廓周长P，通过公式C＝4πA/P2计算圆度系数C。圆度反映了细骨料颗粒的棱角特性，圆度越高，则细骨料棱角越少，颗粒越圆润。使用良好圆度的细骨料能够提高混凝土的和易性，而圆度低的细骨料表面粗糙，能提高混凝土的强度。为保证机制砂达到或接近天然砂均一的品质，有效改善混凝土的和易性，通过增加机制砂的整形时间，使所采集的图像信息经图像处理软件计算后所得的机制砂圆度系数在0.880～1.000之间。
本申请中获取机制砂的球度系数，具体过程如下：通过图像处理软件对图像的分析处理，得到机制砂最小径向尺寸dmin、中间径向尺寸dmed、最大径向尺寸dmax，通过公式
计算球度系数
机制砂球度系数的取值为0.820～1.000；球度是用来衡量颗粒接近球体的程度,颗粒的三个轴愈接近相等其球度愈高,球体的球度为1,其他形状颗粒的球度＜1。细骨料球度值较小，表明其形貌不规则，用该细骨料配制的混凝土拌合物流动性差。为保证机制砂达到或接近天然砂均一的品质，确保混凝土的工作性能，通过增加机制砂的整形时间，使所采集的图像信息经图像处理软件计算后所得的机制砂球度系数在0.820～1.000之间。
本申请中获取机制砂的轴向系数，具体过程如下：通过图像处理软件对图像的分析处理，得到机制砂颗粒等效椭圆短轴尺寸W、长轴尺寸L，L与W所在的短轴垂直，通过公式
计算轴向系数Ar。轴向系数取值为0.740～1.000。轴向系数Ar是规定表征骨料针棒状程度的参数，可以较为精确地度量骨料颗粒针棒状的程度。骨料中针棒状颗粒含量增加将导致混凝土宏观力学性能的各向异性和混合料流动性能的恶化,从而影响混凝土的密实成型及强度，制得的混凝土非常干硬。为能减少机制砂中针棒状颗粒的含量，使制得的混凝土强度、和易性、工作性变好，通过增加机制砂的破碎、整形时间，使所采集的图像信息经图像处理软件计算后所得的机制砂轴向系数在0.740～1.000之间。
本申请中获取机制砂的分形维数，具体过程如下：通过图像处理软件获取机制砂颗粒投影面积A，投影面轮廓周长P，通过公式
计算拟合得到分形维数D，B为由颗粒平面投影形状决定的常数。组成部分以自相似的方式与整体相似的形体称为分形，分形维数D是定量描述这种相似性的参数，细骨料颗粒的分形维数值可以很好的描述颗粒间的空间填充能力。分形图像中，比例关系P1/D/A1/2与图形自身尺寸无关，A和P的关系可表示为
(B为常数)。通过对分形维数的计算结果进行线性回归，确定分形维数 D的取值范围为1.010～1.025。增加振动筛的振幅、振动频率、筛面倾斜角，使所采集的图像信息经图像处理软件计算后所得的机制砂分形维数在1.010～1.025之间。
Claims (11)
1.采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将机制砂生产线划分为多个子区域，分别在各个子区域设置图像采集仪；
利用图像采集仪对子区域的物料进行图像采集，通过数字图像处理技术对所获取的每一个子区域的物料图像信息进行分析处理，获得机制砂中间生产过程中各个子区域的物料形貌参数；
根据各个子区域物料的形貌参数，监测并调整对应子区域的生产控制系统。
2.如权利要求1所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于：根据成品机制砂所在子区域的物料形貌参数确定机制砂是否符合标准，若不符合标准，依次判断各个子区域的物料是否异常，确定出影响机制砂不符合标准的问题所在的子区域，并对应调整该子区域的生产过程。
3.如权利要求2所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于：记录各子区域的物料的形貌参数，在判断各个子区域的物料是否异常时，将当前物料的形貌参数与记录的历史物料的形貌参数进行对比，确定出是否产生变化，快速查找出是子区域是否出现异常。
4.如权利要求1所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于：实时监测子区域的物料的形貌参数，与记录的历史物料形貌参数或者标准物料参数进行对比，一旦出现异常立刻反馈并调整生产过程。
5.如权利要求1所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于：在对物料图像信息进行分析处理时，先对图像进行二值化处理；然后对图像进行滤波除噪，去除杂质信息，最后提取图像边界，得到边界清晰，数据连续且闭合的图像。
6.如权利要求1或5所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于，在对物料图像信息进行分析处理时，获取机制砂的粒径，具体过程如下：
通过图像处理软件对采集图像进行识别，将图像中机制砂颗粒图形分离出来，测量分离出来的机制砂的径向尺寸，得到机制砂最小径向尺寸dmin，将得到的机制砂的最小径向尺寸视为机制砂的粒径。
7.如权利要求1或5所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂中的粉体含量，具体过程如下：
采用图像处理软件处理所采集图像，去除无关信息，仅保留图像中砂石以及粉体区域，对处理后的图像进行二值化处理，重新设定将砂石的灰度值，使砂石与粉体分离，用图像处理软件计算出粉体面积，表征粉体含量。
8.如权利要求1或5所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的圆度系数，具体过程如下：通过图像处理软件对图像的分析处理，获取骨料颗粒投影面积A、投影面轮廓周长P，通过公式C＝4πA/P2计算圆度系数C。
9.如权利要求1或5所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的球度系数，具体过程如下：
通过图像处理软件对图像的分析处理，得到机制砂最小径向尺寸dmin、中间径向尺寸dmed、最大径向尺寸dmax，通过公式
计算球度系数
10.如权利要求1或5所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的轴向系数，具体过程如下：
通过图像处理软件对图像的分析处理，得到机制砂颗粒等效椭圆短轴尺寸W、长轴尺寸L，L与W所在的短轴垂直，通过公式
计算轴向系数Ar。
11.如权利要求1或5所述的采用数字图像处理技术监控机制砂生产质量的方法，其特征在于，在对物料图像信息进行分析处理时，计算机制砂的分形维数，具体过程如下：通过图像处理软件获取机制砂颗粒投影面积A，投影面轮廓周长P，通过公式
计算分形维数D，B为常数。
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| CN115925294A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-04-07 | 一夫科技股份有限公司 | 一种α型石膏生产控制方法及系统 |
| CN116489184A (zh) * | 2023-03-27 | 2023-07-25 | 曲靖阳光新能源股份有限公司 | 基于无线传输的硅料破碎筛分机监控系统 |
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