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基于3D机器视觉的阴极铜结粒检测及智能去除系统研究

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基于3D机器视觉的阴极铜结粒检测及智能去除系统研究

作者：谭沁源长沙矿山研究院

学位级别：硕士

金属铜是现代工业发展不可或缺的材料之一。随着科学技术的不断发展,对铜的需求量和品质也在逐年提升。目前大多数铜业企业的电解阴极铜生产线已经实现了高度自动化,但对阴极铜表面的结粒缺陷进行检测和去除时仍高度依赖人工作业,这种... 详细信息

金属铜是现代工业发展不可或缺的材料之一。随着科学技术的不断发展,对铜的需求量和品质也在逐年提升。目前大多数铜业企业的电解阴极铜生产线已经实现了高度自动化,但对阴极铜表面的结粒缺陷进行检测和去除时仍高度依赖人工作业,这种方式不仅难以提高效率,而且存在一定的人员安全隐患,极大的影响了企业的生产效率以及整体智能化改造的进程。本文针对甘肃某铜业公司在阴极铜表面质量检测与结粒去除过程中遇到的问题以及实际需求,开展了深入研究。提出了一种基于三维机器视觉的阴极铜结粒检测及智能去除系统,并通过试验验证了该系统的可靠性及可行性。主要内容包含以下几个方面:(1)对四种主流三维机器视觉检测方法进行基本原理分析,并结合实际应用需求,采用三维结构光测量技术展开研究。针对三维结构光测量技术,开展了针孔成像、张正友相机标定法和基准面标定的基本原理与实现方式的研究,并通过标定试验对三维结构光相机的相关参数进行了标定及计算。(2)对阴极铜结粒检测及智能去除系统进行了整体结构设计,详细介绍了系统中的主要机械结构和工作流程,并对铣削机构及铣削方式进行了特殊设计。搭建了结粒数据采集与智能去除系统,在数据采集部分,选择基于结构光技术的相机模组作为核心硬件,并开发了配套的软件系统和用户界面。此外,对铣刀分布方式、铣削区域划分,以及结粒智能铣削系统的控制逻辑和流程进行了深入研究与设计。(3)对三维视觉相机采集到的数据进行了主要预处理方法的研究,详细介绍并对比分析了相关预处理方法,并分别选择了最优方法用于进一步的研究。接着,提出了一种算法,用于对阴极铜区域进行划分和基准面计算。该算法通过预先设定的边界框尺寸,对铜板表面进行区域细化。然后,根据深度图像的像素值范围,利用二值化处理、深度图像连通域处理、阈值动态调整、有效铣削高度判定等方法,对划分后的每个区域进行结粒检测,并计算铜板基准面位置参数。(4)对提出的数据预处理方法和阴极铜区域划分与基准面计算算法进行了试验验证和分析论述,验证各算法的有效性。为了进一步验证阴极铜区域划分与基准面计算算法的可靠性,以及本文所述结粒去除系统的可行性,在对15块阴极铜板进行视觉检测,并以其检测结果数据为支撑的基础上,分别进行了铜板结粒缺陷铣削试验。试验后的铣削效果和测量结果数据均满足了要求标准,这进一步证实了本文所述系统在阴极铜结粒检测和智能去除领域的可靠性和可行性。图49幅,表8个,参考文献79篇

关键词：阴极铜缺陷检测机器视觉三维结构光点云处理智能铣削

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活塞式液压锥阀充填泵研究

活塞式液压锥阀充填泵研究

作者：曾凯长沙矿山研究院

学位级别：硕士

随着我国环保政策的进一步加强,充填采矿法成为了矿山企业保障绿色安全高效生产的首要采矿方法,其应用为膏体泵送充填工艺以及关键泵送设备的发展提供了广泛的发展空间。目前泵送膏体发展趋势为高含固率、高粘性、细颗粒物料,为满足此... 详细信息

随着我国环保政策的进一步加强,充填采矿法成为了矿山企业保障绿色安全高效生产的首要采矿方法,其应用为膏体泵送充填工艺以及关键泵送设备的发展提供了广泛的发展空间。目前泵送膏体发展趋势为高含固率、高粘性、细颗粒物料,为满足此类物料的高效泵送需求,本文提出了一种新型活塞式液压锥阀充填泵,该充填泵具有结构简单、输送稳定性强、生命周期长、运维成本低等特点,具有良好的应用前景。文中主要完成了充填泵的性能参数分析及结构方案设计,其中涉及液压驱动系统、电气控制系统、锥阀换向机构等方面的设计,本文主要分为四个部分,具体研究内容如下:（1）通过分析充填泵设计指标及实际使用需求,提出了锥阀充填泵的总体设计要求,对其中关键零部件借助于有限元分析进行了详细设计,主要包括:锥阀及泵头阀箱的设计,设计了一种新型的分配阀结构,并对其进行了理论校核,确定设计满足工作要求。（2）基于ANSYS平台对分配阀阀隙流场及锥阀动态冲击特性进行分析,得到了分配阀锥角与阀隙流场流速之间呈负相关,锥角55度时锥阀的动态冲击响应结果突变至最小值。建立锥阀阀隙冲蚀模型,探究了颗粒质量分数、颗粒直径、锥阀角度对于锥阀磨损之间的关系。综合锥阀动态冲击特性与阀隙流场评价结果得出优化后的锥阀锥度为60度。（3）根据设计要求及工况分析,对充填泵液压系统的参数进行计算,对系统中主要液压元件选型,在AMESim软件中建立液压仿真模型,通过仿真验证了液压回路设计的可靠性。进一步分析开式系统在主缸换向时液压冲击产生的原因,提出了在高压侧并接蓄能器的方案,仿真结果验证了并接蓄能器后换向峰值压力与系统稳压基本一致。开发设计了活塞式液压锥阀充填泵控制系统,基于S7-1200PLC实现在该充填泵设备的工作控制、参数设置、故障诊断、状态检测等功能需求,设计的人机交互界面能够满足实际生产需求。（4）对所设计的锥阀充填泵进行样机试制,根据实际工况研究了空载试验、载荷试验及可靠性试验等工业试验下锥阀充填泵的工作性能,试验结果表明本文所提出的锥阀充填泵符合设计要求。综上所述,本文通过有限元分析技术对活塞式液压锥阀充填泵结构进行了优化设计,提高了设备整体性能,并对基于试制样机在实际工况下的性能试验结果进行分析,研究结果表明,所提出的活塞式液压锥阀充填泵具有可靠性、稳定性及安全性,能够满足金属矿山膏体充填设备泵送高含固率、高粘性的细颗粒物料的要求。根据本文的研究内容和所做的工作,得出以下主要成果及结论:（1）充填泵的目标设计流量为60m3/h,冲次为9次/min,冲程为2100mm,活塞直径为230mm。机械结构、电气及液压控制系统的总体设计方案满足要求。（2）利用有限元分析对泵头阀箱进行了应力应变分析,仿真结果显示最大应力为232.84MPa,最大变形量为0.4959mm。流线型阀箱设计有效改善了积料问题。（3）基于Fluent分析得到阀隙流场速度与锥角度数呈负相关最大速度为28.32m/s,锥阀锥度为60°时具有最佳耐磨性及冲击性能。（4）AMESim仿真验证了在高压侧并接蓄能器后液压冲击基本消失。（5）设计的控制系统满足工作需求,分配阀动作所需压力仅为6.5MPa。（6）样机测试结果验证了新型分配锥阀闭合时间为0.326s,满足设计要求。综上所述,本文提出的活塞式液压锥阀充填泵具备高可靠性、稳定性及安全性,能够有效满足金属矿山膏体充填设备泵送高含固率、高粘性细颗粒物料的要求。

关键词：矿山充填充填泵锥阀结构设计有限元分析

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基于激光扫描的散料装车检测技术研究

基于激光扫描的散料装车检测技术研究

作者：宋雷震长沙矿山研究院

学位级别：硕士

散料装车作为散装物料生产运输中的重要环节,直接影响到整个物料供应链的效率和成本。随着工业自动化的发展,为适应对散料装车过程精确监测和控制需求,提高生产效率和减少人力成本,需要实时获取装车作业场景下,装车过程的动态变化,以改... 详细信息

散料装车作为散装物料生产运输中的重要环节,直接影响到整个物料供应链的效率和成本。随着工业自动化的发展,为适应对散料装车过程精确监测和控制需求,提高生产效率和减少人力成本,需要实时获取装车作业场景下,装车过程的动态变化,以改变传统人工装车作业模式,实现对散料装车作业的自动化与智能化。本文采用三维激光雷达扫描技术对散料自动化作业环境进行动态扫描,针对散料装车作业过程中需要实时检测和控制的车厢尺寸信息、车厢位置信息和车厢内物料信息等问题进行研究,本文重点研究内容如下:(1)对散料装车作业的两种模式:连续装车和间歇装车,进行详细分析研究,发现车厢尺寸信息、车厢位置信息以及车厢内物料体积和料位,是影响装车效率和装车质量的关键因素。提出基于三维激光雷达非接触扫描技术,对装车作业场景进行点云采集,结合相应处理方法获取关键信息。(2)深入分析激光雷达的工作特点,根据三维空间变换理论建立激光雷达空间数学模型,进而研究激光雷达局部坐标系的变换,获得世界坐标系下的散料装车作业点云数据。根据目标点云数据分布特点,采用直通滤波算法截取感兴趣区域(ROI)点云,缩小点云处理范围;分析点云数据中存在的噪声点与误差来源,采用基于点云空间分布的去噪算法和基于体素质心的下采样算法对感兴趣区域点云进行去噪和简化;最后,采用RANSAC分割算法和DBSCAN聚类算法获取车厢区域点云数据,有效的解决了地面点云和周围杂乱物体点云对目标点云的干扰问题,为进一步提取点云特征信息提供了数据基础。(3)针对车厢尺寸信息和位置信息,采用基于最小定向包围盒(OBB)算法对车厢点云特征进行识别和拟合,同时引入主成分分析法(PCA)对车厢长、宽、高主轴方向进行最优寻找,实现对车厢尺寸和位置特征高效且准确获取。(4)针对车厢内物料体积和料位信息,基于点云减法原理,设计点云配准和差异性分析方法,精准提取车厢内物料点云,为进一步研究物料信息提供了数据基础;采用高程值统计和物料堆曲面数学模型拟合的方式,表征车厢内物料料位的高度和分布状态,为散料装车作业过程料位控制提供依据,同时根据不同高度物料分布情况,对车厢是否偏载进行判断;根据物料堆积特点,采用投影法对物料体积进行计算,其中运用随机增量式算法(RIC)进行Delaunay三角剖分,提高体积计算结果准确度和点云数据处理速率。

关键词：散料装车激光雷达点云数据 DEM 投影法

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超细尾砂充填料浆均质化搅拌技术研究

超细尾砂充填料浆均质化搅拌技术研究

作者：段单峰长沙矿山研究院

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磷酸盐对菱锌矿与白云石浮选分离影响

有色金属工程 2024年第6期14卷 84-89页

作者：冯程祁忠旭孙大勇欧阳林莉李杰肖舜元韩远燕王龙长沙矿山研究院有限责任公司长沙410012

菱锌矿和白云石在以十二胺为捕收剂的体系中,可浮性差异较小,浮选分离困难。通过单矿物浮选实验,研究三聚磷酸钠、焦磷酸钠和六偏磷酸钠3种磷酸盐对菱锌矿和白云石浮选的影响,结果表明三聚磷酸钠用量为30 mg/L时,对白云石产生强烈的抑... 详细信息

菱锌矿和白云石在以十二胺为捕收剂的体系中,可浮性差异较小,浮选分离困难。通过单矿物浮选实验,研究三聚磷酸钠、焦磷酸钠和六偏磷酸钠3种磷酸盐对菱锌矿和白云石浮选的影响,结果表明三聚磷酸钠用量为30 mg/L时,对白云石产生强烈的抑制作用,对菱锌矿的抑制作用稍弱,实现了对白云石的选择性抑制。实际矿石试验结果表明,使用三聚磷酸钠600 g/t作为白云石抑制剂,经浮选分离可以得到锌品位36.49%、回收率为75.49%的锌精矿,实现菱锌矿和白云石的有效分离。通过Zeta电位测试和吸附量测试,探讨三聚磷酸钠对白云石的抑制作用机理,结果表明,三聚磷酸钠能显著影响捕收剂十二胺在白云石表面的吸附,对菱锌矿表面的吸附过程影响小,增加捕收剂在菱锌矿和白云石表面的吸附差异,导致菱锌矿与白云石的可浮性差异。

关键词：菱锌矿白云石磷酸盐浮选三聚磷酸钠

基于概率信息与协作学习的鲁棒T-S模糊建模方法

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第1期57卷 87-94页

作者：江敏吴鸿云柏昀旭陆新江陈秉正中南大学机电工程学院长沙410083 长沙矿山研究院有限责任公司长沙410012 国家金属采矿工程技术研究中心长沙410012 天津大学机械工程学院天津300072

T-S模糊建模方法在非线性系统建模中取得了大量的应用.然而,T-S模型在参数辨识过程中忽略了结构风险项,同时没有考虑各个规则之间的联系,因此在数据受到非高斯噪声和异常点的影响时,模型容易失效.针对以上不足,提出了基于概率信息与协... 详细信息

T-S模糊建模方法在非线性系统建模中取得了大量的应用.然而,T-S模型在参数辨识过程中忽略了结构风险项,同时没有考虑各个规则之间的联系,因此在数据受到非高斯噪声和异常点的影响时,模型容易失效.针对以上不足,提出了基于概率信息与协作学习的模糊建模方法.该方法建立了规则之间协作学习机制以保证模型的连续性、平滑性与鲁棒性,并进一步构建了包含正则化项、误差项、规则概率信息及规则之间协作关系项的目标函数,用于提高模型的泛化能力和建模性能.除此之外,建立了空间投影机制,将数据低维特征空间的非线性关系转换为高维投影空间的线性关系,以增强规则之间的协作性.针对该模型,建立了基于最小二乘的求解方法,获得了可靠的模型参数.数学算例仿真和实际锻压实验表明:所提出的方法在面对噪声以及强非线性影响时,依然能在规则数较低的情况下保持优秀的建模性能.对比其他优秀的模糊建模方法,该模型有着更强的抗干扰能力,且建模均方根误差(RMSE)远低于其他建模方法.综上所述,所提出的方法对传统方法和建模理论进行了改进,即使面对强非线性系统拥有较强的泛化能力、鲁棒性以及优秀的建模能力,并且能够以较少的模糊规则对工程当中非线性、不确定性系统建模.

关键词：模糊建模概率信息协作学习噪声鲁棒性

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锂辉石浮选技术现状及发展趋势研究

矿业研究与开发 2024年第5期44卷 243-250页

作者：何湛祁忠旭孙大勇李杰肖舜元宋水祥长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012

为深入研究锂辉石选矿工艺,改善我国锂矿战略资源受限的困境,对锂辉石浮选技术的研究进展进行了系统的总结和评述。首先概述了锂辉石的晶体结构以及影响锂辉石可浮性的因素;然后归纳了锂辉石脱泥和不脱泥浮选工艺的优缺点以及实际应用情... 详细信息

为深入研究锂辉石选矿工艺,改善我国锂矿战略资源受限的困境,对锂辉石浮选技术的研究进展进行了系统的总结和评述。首先概述了锂辉石的晶体结构以及影响锂辉石可浮性的因素;然后归纳了锂辉石脱泥和不脱泥浮选工艺的优缺点以及实际应用情况;最后重点介绍了锂辉石浮选药剂,包括捕收剂和调整剂的新进展及应用现状。指出了目前锂辉石浮选技术存在的问题,并表明在当前趋势下,基于矿物与药剂作用的构效关系研究,筛选和开发高效的浮选药剂是锂辉石浮选技术的主要发展方向之一。研究成果可为锂辉石浮选技术的实际应用和稳健发展提供参考和借鉴。

关键词：锂辉石浮选工艺选矿药剂

基于DEMATEL法的充填管道磨损风险评估可拓云模型

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矿业研究与开发 2024年第6期44卷 172-180页

作者：向韫长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012

为科学合理地确定充填管道磨损风险等级,引入了DEMATEL法和可拓云理论,建立了充填管道磨损风险评价DEMATEL-改进CRITIC-可拓云模型。在构建评估体系基础上,应用DEMATEL法研究指标因素之间的影响关系,采用DEMATEL中心度-改进CRITIC法获... 详细信息

为科学合理地确定充填管道磨损风险等级,引入了DEMATEL法和可拓云理论,建立了充填管道磨损风险评价DEMATEL-改进CRITIC-可拓云模型。在构建评估体系基础上,应用DEMATEL法研究指标因素之间的影响关系,采用DEMATEL中心度-改进CRITIC法获取指标综合权重,根据可拓云理论原理,以4座矿山为例,通过计算云综合关联度,评估磨损风险状况。结果显示,管径和料浆浓度是深井充填管道磨损的关键因素,4座矿山管道磨损风险均处于较大风险等级,与未确知测度和可变模糊集理论的评判结果完全一致,表明DEMATEL-改进CRITIC-可拓云模型在管道磨损风险评价方面具有适用性和有效性。

关键词：充填采矿法管道磨损 DEMATEL法可拓云风险评估

基于PPRR理论的岩爆应急管理能力评估模型研究

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矿业研究与开发 2024年第4期44卷 185-194页

作者：向韫长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012

针对深部矿山岩爆应急管理能力评估具有复杂性、模糊性、未确知性的特点,为进一步提升评估的可靠性,建立了基于改进可拓云的综合评价模型。首先,根据PPRR (Prevention, Preparation, Response, Recovery)危机管理理论,结合岩爆事故的特... 详细信息

针对深部矿山岩爆应急管理能力评估具有复杂性、模糊性、未确知性的特点,为进一步提升评估的可靠性,建立了基于改进可拓云的综合评价模型。首先,根据PPRR (Prevention, Preparation, Response, Recovery)危机管理理论,结合岩爆事故的特点,构建了多层次的岩爆应急管理能力评价指标体系;其次,借助序关系分析法(G1法)-反熵权法(A-EWM法)和组合赋权法(CW法)确定指标综合权重;引入了盲数理论,建立盲数矩阵对定性指标数据处理,改进了传统可拓云模型专家直观打分的赋权模式,基于可拓云模型原理,通过计算不同等级下的综合云关联度,按照最大隶属度判别要求,综合分析和评估应急管理能力等级。最后,应用所建立的评价模型对3座矿山岩爆应急管理能力进行实例分析,并与模糊数学和随机Petri网(SPN)评价模型结果相比较。结果显示:3座矿山应急能力均为Ⅳ级,与专家现场调研结论相符合,且3种评价模型评估结果基本一致,验证了本模型在岩爆应急管理能力评估方面具有适应性和有效性。该评价模型可以为危机管理能力的量化评估提供一种切实可行、合理有效的方法。

关键词：巷道岩爆应急管理能力可拓云盲数理论