一种铁矿石品位自动检测系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁矿石品位自动检测系统和方法，集成多种测量和智能控制设备，自动测量出矿石的比重，通过实验建立铁矿石比重与铁矿石品位之间的关系，然后根据比重反求铁矿石品位，最后将测量数据存入数据库并自动打印验收签证单据。本发明能够简单快速的测量车厢内矿石的体积和重量，并且能够真实、快速的得到整车矿石的品位，解决了矿石品位人为贫化问题，大大节约了采样化验的人工成本，便于总结，使用方便。
【专利说明】一种铁矿石品位自动检测系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铁矿石品位自动检测领域，在选矿生产过程中实时自动测量出铁矿石 的重量、体积和品位。
【背景技术】
[0002] 矿石是含有用矿物并有开采价值的岩石，凡是地壳中的矿物自然集合体，在现代 技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济所必须的金属或其他矿物产品者， 称为矿石。
[0003] 矿石品位是指单位体积或单位重量矿石中有用组分或有用矿物的含量，一般以重 量百分比表示，矿产品位是衡量矿床经济价值的主要指标。矿石或产品中所含有用成分 (元素或化合物）的百分含量。
[0004] 铁矿企业开采和收购的矿石，其品位的高低和真实性直接影响着企业的效益和选 矿成本。传统的矿石验收通常是在选矿前进行称重，然后通过人工取样化验得到矿石品位， 以此作为结算依据。由于人工取样的随机性以及人为因素影响，使得所取的样本的品位很 难真实地反映整节车厢矿石的品位，同时人工取样工作量大，而且矿石的品位需要送样化 验后才能得到，间接延长了开采工作时间，造成不便，虽然出现小型品位检测装置，但是其 检测矿石量小，无法对大片矿石进行估算，增加了现场工作人员的矿石品位检测工作时间， 并且对检测数据无法及时存储，不便于总结分析，使用不便。
【发明内容】
[0005] 为了解决上面的问题，本发明的目的在于提供一种铁矿石品位自动检测系统和方 法，本发明集成多种测量和智能控制设备，自动测量出矿石的比重，通过实验建立铁矿石比 重与铁矿石品位之间的关系，然后根据比重反求铁矿石品位，最后将测量数据存入数据库 并自动打印验收签证单据。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：
[0007] -种铁矿石自动计量验收系统，其特征在于：包括安装在测量区域入口处的RFID 读卡器、红绿指示灯、入口光电开关和入口反射板；在测量区域安装有动态轨道衡，在测量 区域上方测量区域出口边界处安装有与扫描方向与轨道垂直的垂直方向二维激光扫描仪 和扫描方向与轨道平行的平行方向二维激光扫描仪，安装在测量区域的网络摄像头、出口 光电开关和出口反射板；所述入口光电开关和入口反射板分别在轨道的两侧，RFID读卡 器、红绿指示灯、入口光电开关、垂直方向二维激光扫描仪、平行方向二维激光扫描仪、网络 摄像头以及出口光电开关的电信号输入或输出端经信号处理器处理后或直接与计算机的 信号端口相连。。
[0008] 所述在机车车厢侧面安装有可以被RFID读卡器读取信息的电子标签，所述电子 标签在发矿前写入了来矿的出矿点、矿石品种、发矿单位信息。
[0009] 一种铁矿石品位自动检测方法，上述的一种铁矿石品位自动检测系统，其特征在 于，测量操作步骤如下：
[0010]A)来矿机车进入测量区域，触发测量区域入口处的入口光电感应开关，RFID读写 器开始读取机车中的电子标签，成功读取信息后红绿指示灯由红色变为绿色，允许机车通 过，否则等待电子标签完成读�。�
[0011] B)来矿机车在通过测量区域的动态轨道衡时进行称重，并把每一节车厢的重量传 送到计算机终端，固定在轨道正上方平行于轨道方向和垂直于轨道方向的两台的二维激光 扫描仪以相同的频率扫描车厢，分别获取多组同一时刻的一对扫描断面，分别是平行于机 车运动方向的断面和垂直于运动方向的断面，并将数据传送至计算机终端；
[0012] C)在测量区域的出口处轨道出口安装出口光电感应开关，通过对激光遮挡情况判 断车厢是否完成测量，完成测量则出口光电开关接通，状态为开，否则激光被车厢遮挡，状 态为关，完成测量时，终端控制网络摄像头进行拍照；
[0013] D)针对不同的出矿点通过实验建立比重-品位关系曲线，来矿车辆通过测量区域 后测量出矿石的重量和体积，从而计算出矿石的比重，根据来矿车辆的出矿点信息查询对 应的关系曲线，代入矿石的比重计算出矿石的品位；
[0014] E)采用数据管理系统接收和处理铁矿石品位自动检测系统各硬件设备采集的数 据，把来矿信息以及矿石的计量数据综合成记录存入数据库，并打印出验收签证单。
[0015] 所述二维激光扫描仪的激光发射频率为36kHz，扫描一条断面只需要20ms，可以 认为机车在通过测量区域时，每隔20ms可以同时获取一条横断面线和一条纵断面线。两个 相邻时刻纵断面线之间沿行车方向平移的距离也就是这两个相邻时刻横断面之间的距离。
[0016] 所述数据处理是所述两种二维激光扫描仪获得的两个方向的矿堆二维扫描断面 线，通过计算机对二维扫描断面线的积分处理计算出机车13内矿堆的体积。
[0017] 所述比重-品位关系曲线的建立方法为：
[0018] 选取矿石块度、湿度具有代表性的车厢进行矿石体积、重量测量，计算出整节车厢 矿石的平均比重；对整节车厢矿石进行破碎，取样铲进行不间断随机取样；完成破碎取样 后采用二分法对样品进行缩分至所规定的重量为止；对缩分后的样品进行化验得到Fe品 位，与该节车厢的平均比重组成一个实验数据；参考前述过程在不同的比重分布范围一共 采集40个实验数据。将实验数据展到以比重为X轴，Fe品位为Y轴的坐标系中，可以得到 比重-Fe品位散点分布图；采用最小二乘线性回归对这些比重-Fe品位散点进行分段线性 回归，可以得到Fe品位关于比重的分段线性函数。
[0019] 所述二维激光扫描仪的激光发射频率为36kHz，扫描一条断面只需要20ms，可以 认为机车在通过测量区域时，每隔20ms可以同时获取一条横断面线和一条纵断面线。两 个相邻时刻纵断面线之间沿行车方向平移的距离也就是这两个相邻时刻横断面之间的距 离。因此并不需要机车进行匀速运动，其运动速度仅需满足动态轨道衡的要求即可，这样大 大减少了操作的不便，无需运矿机车进行匀速运动也可以通过计算机积分运算出矿堆的体 积。
[0020] 所述机车是用来运载矿石的小车，可以是包括车轮、车厢、驱动装置可以在控制器 的控制下运动的小车，也可以是带车轮的火车车厢，由车头驱动。机车上的控制器可以通过 有线数据电缆也可以使用无线通讯。
[0021] 所述计算机可以远程控制和处理数据，与各设备的连接可以通过有线电缆也可以 通过无线通讯方式。计算机可以控制RFID读卡器读取机车上的电子信息、控制入口光电开 关和出口光电开关的开启和关闭从而控制垂直方向二维激光扫描仪和平行方向二维激光 扫描仪的启动和关闭、控制网络摄像头摄像或者拍照、获取动态轨道衡的测量数据、并且可 以控制打印机打印。操作人员也可以通过人机界面对系统进行操控并且能够获得实时数 据，以便安排下一步的生产工作。
[0022] 本发明与现有技术相比较，具有以下显而易见的突出的实质性特点和显著技术进 步：本发明提供一种铁矿石品位自动检测系统和方法，本发明集成多种测量和智能控制设 备，自动测量出矿石的比重，通过实验建立铁矿石比重与铁矿石品位之间的关系，然后根据 比重反求铁矿石品位，最后将测量数据存入数据库并自动打印验收签证单据。能够简单快 速的获取车厢内矿石的体积和重量，并且能够真实、快速的得到整车矿石的品位，人工成本 大大节约，能够缩短开采时间，便于总结，使用方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法设备安装示意图；
[0024] 图2本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法中扫描方向垂直于轨道方向的 垂直方向二维激光扫描仪扫描情况示意图；
[0025] 图3本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法中扫描方向平行于轨道方向的 平行方向二维激光扫描仪扫描情况示意图
[0026] 图4本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法中在&时刻和ti+1时刻的横断面 线；
[0027] 图5本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法在&时刻和ti+1时刻的纵断面 线；
[0028] 图6本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法在某时刻矿石表面横断面线；
[0029] 图7本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法在某时刻车厢横断面线；
[0030] 图8本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法在某时刻矿石的横断面；
[0031] 图9本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法某时刻积分横截面；
[0032] 图10本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法某时刻积分横截面微元；
[0033] 图11本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法中所述两个相邻时刻截面构成 的截面体；
[0034] 图12本发明一种铁矿石品位自动检测系统和方法所述比重-品位散点图。
[0035] 图中：1-RFID读卡器、2-红绿指示灯、3-入口光电开关、4-出口光电开关、5-入口 反射板，6-出口反射板、7-网络摄像头、8-动态轨道衡、9-平行方向二维激光扫描仪、10-垂 直方向二维激光扫描仪、11-计算机、12-轨道、13-机车
【具体实施方式】
[0036] 下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。
[0037] 一种铁矿石品位自动检测系统，其特征在于：包括安装在测量区域入口处的RFID 读卡器1、红绿指示灯2、入口光电开关3和入口反射板5;在测量区域安装有动态轨道衡8， 在测量区域上方测量区域出口边界处安装有扫描方向与轨道垂直的垂直方向二维激光扫 描仪10和扫描方向与轨道平行的平行方向二维激光扫描仪9,安装在测量区域的网络摄像 头7、出口光电开关4和出口反射板6 ;所述入口光电开关3和入口反射板5分别在轨道12 的两侧，RFID读卡器1、红绿指示灯2、入口光电开关3、垂直方向二维激光扫描仪10、平行 方向二维激光扫描仪9、网络摄像头7以及出口光电开关4的电信号输入或输出端经信号处 理器处理后或直接与计算机11的信号端口相连。。
[0038] 所述在机车13车厢侧面安装有可以被RFID读卡器1读取信息的电子标签，所述 电子标签在发矿前写入了来矿的出矿点、矿石品种、发矿单位信息。
[0039] 一种铁矿石品位自动检测方法，采用上述的一种铁矿石品位自动检测系统，其特 征在于，测量操作步骤如下：
[0040] A)来矿机车进入测量区域，触发测量区域入口处的入口光电感应开关3,RFID读 写器1开始读取机车13中的电子标签，成功读取信息后红绿指示灯2由红色变为绿色，允 许机车13通过，否则等待电子标签完成读取；
[0041] B)来矿机车13在通过测量区域的动态轨道衡8时进行称重，并把每一节车厢的重 量传送到计算机11终端，固定在轨道12正上方平行于轨道方向和垂直于轨道方向的两台 的二维激光扫描仪以相同的频率扫描车厢，分别获取多组同一时刻的一对扫描断面，分别 是平行于机车13运动方向的断面和垂直于运动方向的断面，并将数据传送至计算机11终 端；
[0042] C)在测量区域的出口处轨道出口安装出口光电感应开关4,通过对激光遮挡情况 判断车厢是否完成测量，完成测量则出口光电开关4接通，状态为开，否则激光被车厢遮 挡，状态为关，完成测量时，终端控制网络摄像头7进行拍照；
[0043] D)针对不同的出矿点通过实验建立比重-品位关系曲线，来矿车辆通过测量区域 后测量出矿石的重量和体积，从而计算出矿石的比重，根据来矿车辆的出矿点信息查询对 应的关系曲线，代入矿石的比重计算出矿石的品位；
[0044]E)采用数据管理系统接收和处理铁矿石品位自动检测系统各硬件设备采集的数 据，把来矿信息以及矿石的计量数据综合成记录存入数据库，并打印出验收签证单。
[0045] 所述二维激光扫描仪的激光发射频率为36kHz，扫描一条断面只需要20ms，可以 认为机车在通过测量区域时，每隔20ms可以同时获取一条横断面线和一条纵断面线。两个 相邻时刻纵断面线之间沿行车方向平移的距离也就是这两个相邻时刻横断面之间的距离。
[0046] 所述数据处理是所述两种二维激光扫描仪获得的两个方向的矿堆二维扫描断面 线，通过计算机对二维扫描断面线的积分处理计算出机车13内矿堆的体积。
[0047] 所述比重-品位关系曲线的建立方法为：
[0048] 选取矿石块度、湿度具有代表性的车厢进行矿石体积、重量测量，计算出整节车厢 矿石的平均比重；对整节车厢矿石进行破碎，取样铲进行不间断随机取样；完成破碎取样 后采用二分法对样品进行缩分至所规定的重量为止；对缩分后的样品进行化验得到Fe品 位，与该节车厢的平均比重组成一个实验数据；参考前述过程在不同的比重分布范围一共 采集40个实验数据。将实验数据展到以比重为X轴，Fe品位为Y轴的坐标系中，可以得到 比重-Fe品位散点分布图；采用最小二乘线性回归对这些比重-Fe品位散点进行分段线性 回归，可以得到Fe品位关于比重的分段线性函数。
[0049] 具体的，来矿机车13到达测量区域入口处，车身挡住入口光电开关3发射的激光， 入口光电开关3的状态由O变为I，信号被与之连接的网络继电器转换为数字信号后传送至 计算机11，计算机11启动RFID读卡器1搜寻并读取信息卡中存储的来矿信息，包括出矿 点、矿石品种、发矿单位等，成功读取后控制终端控制指示灯2变为绿色。数据库创建一条 验收记录，将来矿信息写入记录中。
[0050] 机车13在通过动态轨道衡8时，动态轨道衡8测量出车辆的轴重信号，利用测量 电路，将传感器传输过来信号放大，并经过A/D转换单元将放大的电信号采样，采样后的数 字信号经过信号处理系统转换成车辆的轮重，每一节车厢的所有轮重相加即可得到当前车 厢的重量，由于矿车的规格是一致的，矿车的空车重量已知，矿石的重量即为：
[0051] M矿石=M重车-M空车
[0052] 式中：Mira为一节车厢中矿石的重量，M184;为一节车厢装载矿石后的重量，为 一节车厢空车的重量。
[0053] 矿车在进入测量区域时，两台激发发射频率一致的二维激光扫描仪开始分别沿平 行于轨道和垂直于轨道两个方向扫描，如图2、3所示垂直于轨道方向的二维激光扫描仪和 平行于轨道方向的二维激光扫描仪扫描结果。
[0054] 二维激光扫描仪的激光发射频率为36kHz，扫描一条断面只需要20ms，可以认为 矿车在通过测量区域时，每隔20ms可以同时获取一条横断面线STtJP-条纵断面线SVti。 两个相邻时刻纵断面线之间沿行车方向平移的距离也就是这两个相邻时刻横断面之间的 距离。如图4、5所示al，bl分别为&时刻的横断面和纵断面；a2、b2分别为ti+1时刻的横 断面和纵断面。由于扫描频率很高，两条相邻时刻的纵断面线的形状基本是一致的，SVtJg 对于SVti+1只是在行车方向有一个位移Dti，可以通过最邻近点迭代算法（ICP)将SVti+1与 3^进行匹配，从而求出Dti。
[0055] 最邻近点迭代算法步骤：
[0056] 1)将SW乍为目标点集P{Pi，i= 1，2, · · }，SVti作为参考点集Q{Qi，i= 1,2,..}；
[0057] 2)在目标点集中中取点集e/5;
[0058] 3)计算求得参考点集Q中对应点集
【权利要求】
1. 一种铁矿石品位自动检测系统，其特征在于：包括安装在测量区域入口处的RFID读 卡器（1)、红绿指示灯（2)、入口光电开关（3)和入口反射板（5);在测量区域安装有动态轨 道衡（8)，在测量区域上方测量区域出口边界处安装有扫描方向与轨道垂直的垂直方向二 维激光扫描仪（10和扫描方向与轨道平行的平行方向二维激光扫描仪（9)，安装在测量区 域的网络摄像头（7)、出口光电开关⑷和出口反射板（6);所述入口光电开关（3)和入口 反射板（5)分别在轨道（12)的两侧，RFID读卡器（1)、红绿指示灯（2)、入口光电开关（3)、 垂直方向二维激光扫描仪（10)、平行方向二维激光扫描仪（9)、网络摄像头（7)以及出口光 电开关（4)的电信号输入或输出端经信号处理器处理后或直接与计算机（11)的信号端口 相连。
2. 根据权利要求1所述的一种铁矿石品位自动检测系统，其特征在于：在机车（13)车 厢侧面安装有可以被RFID读卡器（1)读取信息的电子标签，所述电子标签在发矿前写入了 来矿的出矿点、矿石品种、发矿单位信息。
3. -种铁矿石品位自动检测方法，采用权利要求1所述的一种铁矿石品位自动检测系 统，其特征在于，测量操作步骤如下： A) 来矿机车进入测量区域，触发测量区域入口处的入口光电感应开关（3)，RFID读写 器（1)开始读取机车（13)中的电子标签，成功读取信息后红绿指示灯（2)由红色变为绿 色，允许机车（13)通过，否则等待电子标签完成读�。� B) 来矿机车（13)在通过测量区域的动态轨道衡（8)时进行称重，并把每一节车厢的重 量传送到计算机（11)终端，固定在轨道（12)正上方平行于轨道方向和垂直于轨道方向的 两台的二维激光扫描仪以相同的频率扫描车厢，分别获取多组同一时刻的一对扫描断面， 分别是平行于机车（13)运动方向的断面和垂直于运动方向的断面，并将数据传送至计算 机（11)终端； C) 在测量区域的出口处轨道出口安装出口光电感应开关（4)，通过对激光遮挡情况 判断车厢是否完成测量，完成测量则出口光电开关（4)接通，状态为开，否则激光被车厢遮 挡，状态为关，完成测量时，终端控制网络摄像头（7)进行拍照； D) 针对不同的出矿点通过实验建立比重-品位关系曲线，来矿车辆通过测量区域后测 量出矿石的重量和体积，从而计算出矿石的比重，根据来矿车辆的出矿点信息查询对应的 关系曲线，代入矿石的比重计算出矿石的品位； E) 采用数据管理系统接收和处理铁矿石品位自动检测系统各硬件设备采集的数据，把 来矿信息以及矿石的计量数据综合成记录存入数据库，并打印出验收签证单。
4. 根据权利要求3所述的一种铁矿石品位自动检测方法，其特征在于：所述二维激光 扫描仪的激光发射频率为36kHz，扫描一条断面只需要20ms，可以认为机车在通过测量区 域时，每隔20ms可以同时获取一条横断面线和一条纵断面线。两个相邻时刻纵断面线之间 沿行车方向平移的距离也就是这两个相邻时刻横断面之间的距离。
5. 根据权利要求3所述的一种铁矿石品位自动检测方法，其特征在于：所述数据处理 是所述两种二维激光扫描仪获得的两个方向的矿堆二维扫描断面线，通过计算机对二维扫 描断面线的积分处理计算出机车（13)内矿堆的体积。
6. 根据权利要求3所述的一种铁矿石品位自动检测方法，其特征在于：所述比重-品 位关系曲线的建立方法为： 选取矿石块度、湿度具有代表性的车厢进行矿石体积、重量测量，计算出整节车厢矿石 的平均比重；对整节车厢矿石进行破碎，取样铲进行不间断随机取样；完成破碎取样后采 用二分法对样品进行缩分至所规定的重量为止；对缩分后的样品进行化验得到Fe品位， 与该节车厢的平均比重组成一个实验数据；参考前述过程在不同的比重分布范围一共采 集40个实验数据。将实验数据展到以比重为X轴，Fe品位为Y轴的坐标系中，可以得到比 重-Fe品位散点分布图；采用最小二乘线性回归对这些比重-Fe品位散点进行分段线性回 归，可以得到Fe品位关于比重的分段线性函数。
【文档编号】G01N9/02GK104483234SQ201410796512
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】张兴元, 徐亚明, 魏国, 黄有, 廖福华, 程新中 申请人:中冶集团武汉勘察研究院有限公司
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