基于X射线的钢丝绳芯输送带检测装置的设计

张揣平 李文武 张占东

摘要 矿用钢丝绳芯输送带在煤炭运输过程中会出现断裂、划伤、锈蚀、接头伸长、脱胶等故障，针对这一问题设计基于X射线的在线检测装置，该检测装置可及时发现隐患、诊断故障，实现无损检测，避免重大断带安全事故的发生。本文对该检测装置的工作原理、结构组成及有关软硬件系统的设计进行了阐述。

【关键词】x射线 钢丝绳芯输送带 实时检测故障诊断

钢丝绳芯带式输送机是煤炭生产中重要的运输设备，伴随着提升载荷量的增加、带速的提高，其载荷量也在不断增加。如果带式输送机安装调整不当、钢丝绳芯接头搭接不规范或者被异物划伤，则会出现钢丝绳芯抽离、断裂、锈蚀、接头伸长等故障，一旦发生故障将会造成重大断带安全事故，造成停产、物料损耗，设备损坏，甚至人员伤亡。因此在我国煤矿生产安全规程规定设计钢丝绳芯输送带运输系统时，要求对钢丝绳芯输送带进行实时检测。目前常用的输送带检测方法有人工检测法、X射线检测法和电磁检测法，随着煤炭生产的现代化、智能化，对检测手段的要求也越来越高，实现可靠、无损、防暴、准确定位、远程实时检测，是钢丝绳芯输送带安全稳定运行的保证。

1 设计原理

利用X射线的透视原理，即对不同物质的穿透能力的不同，当钢丝绳芯出现锈蚀、断裂、接头变化等缺陷时，透过的光强与正常部位不同，因此根据光强的变化可以判断钢丝绳的工作状态。在输送带运行过程中，应用X射线探测原理对输送带进行照射，感光器将得到信号传输到识别系统，通过对图像处理进行钢丝绳芯输送带性能分析，从而判别其是否出现故障并及时报警，避免由于断带引起重大安全事故，防患于未然，减少不必要的财产损失和人员伤亡。

2 设计方案及设计内容

通过对目前市场上同类产品进行分析以及煤矿调研，发现在对钢丝绳芯输送带检测中存在诸多问题，如输送带钢丝绳芯扫描速度慢、实时性差、检测准确率低，易出現漏检现象，不具有自动识别故障和强度性能分析功能等。因此为解决上述问题，结合图像处理技术和计算机技术等多种学科，需要研发一种新的高性能的钢丝绳芯输送带检测系统，其具体实施方案及流程如图1。

2.1 X射线探测器

X射线探测器由光电转换模块、信号采集模块、信号处理传输模块组成。X射线扫描运行的钢丝绳芯输送带，光电模块内的感光材料可将X射线转换成可见光，这个光信号再由光电二极管阵列转换为模拟电信号，经过两级放大线路送给信号采集模块。由于输送带有多种规格，根据宽度不同，为了能够一次检测到全部钢丝绳芯截面，可以串联多组光电转换板。

信号采集模块对接收到的模拟信号进行放大、滤波，通过A/D转换电路输出数字信号给信号处理传输模块;信号处理传输模块含有FPGA、电源、存储器及外围一些硬件和软件组成，主要是优化图像质量，然后传输给计算机。

2.2 钢丝绳芯输送带图像处理

带式输送机钢丝绳芯经X射线扫描后，生成的图像需要进一步处理，进行缩放算法、滤波、灰度增强、锐化、二值化等。具有一定分辨率能清晰、直观反映接头状况，并能进行图像分析，避免对有故障的接头漏检和合格接头误报。图像的缺陷分析是通过对接头筛选、比对、测量来进行分析，钢丝绳芯输送带接头强度与搭接长度有关，其有效承载面积是钢丝绳芯的“断面”，根据X射线投影的灰度数据可计算扫描的切片横截面积，因此搭接长度和切片横截面积可反映接头的完好程度，如果存在抽离、断裂、划伤、脱胶等故障，能定位该故障位置，并出发报警系统，进行预警。

2.3 防爆装置的设计

检测装置在井下工作，因此对其有防暴要求，根据国标要求对隔爆型X光发射箱、控制箱进行防暴设计。设计选取安全系数k-1.3，设计压力p-IMpa，材料可选用Q235或Q345，通过强度校核可计算箱体的钢板厚度。

本安型接收箱内装有X射线接收板、数据采集板、信号处理传输板和电源板，外壳为非隔爆结构，按照国标规定，设计防护等级为IP54。

3 检测装置组成及工作过程

该检测装置包括X射线发生器、高速X射线探测器、控制器、供电电源及远程计算机及其它零部件，其组成如图2所示。

该装置工作过程：X射线发生器一般安装在回程皮带架体上，发出的扇形射线扫描正常运行的钢丝绳芯输送带，探测器的光电转换模块感受到射线并最终转换为数字信号，传输到远程计算机;计算机接收到信号后实时显示、存储输送带钢丝绳芯图像，并通过分析比对做出判断，给出强度性能分析结果。

4 结论

利用X射线扫描钢丝绳芯输送带，可以实时检测输送带钢丝绳芯工作状况，并且可将图像信息传输到远程终端，通过对钢丝绳芯图像进行处理与分析，可以识别其故障并及时报警，显示直观、使用方便、准确性高，工作安全可靠。

参考文献

[1]李现国，苗长云，符祎，杨彦利，矿用输送带接头伸长量计算及故障检测方法[J].煤炭科学技术，2015 （03）：82-86.

[2]秦鹏.钢丝绳芯在线检测技术的研究与应用[J].煤炭与化工，2014 （05）.

[3]张瑞平，李丈武.张改转.基于传感技术的输送带接头在线检测系统的应用研究[J].煤炭矿技术，2016 （07）.

[4]汪伟红，矿用钢丝绳芯输送带无损检测系统的研究[J].煤炭技术，2014 （04）.