Услуги и решения

Разработка системы контроля целостности зубьев экскаватора и степени их износа на основе машинного зрения и нейронных сетей

Отрасль проекта

Производство, Машинное зрение, Машинное обучение

Технологии

Машинное зрение, Машинное обучение

О проекте

Совместно с нашим партнером АО "Союзтехноком" для холдинга УЗТМ-КАРТЭКС разработана "под ключ" система контроля целостности зубьев экскаватора и успешно эксплуатируется на Кедровском угольном разрезе. Решение основано на использовании машинного зрения и нейронных сетей.

Задачи проекта:



На момент постановки задачи контроль за целостностью зубьев ковша ложился на машинистов экскаватора. При этом рабочие смены идут круглосуточно в любую погоду и время года. Соответственно видимость зубьев может зависеть от уровня освещенности, пыли, осадков, физической усталости машиниста и других факторов.

После осмотра места производства совместно с Заказчиком были определены основные задачи, которые должна решать подобная система контроля:

  • Автоматизировать процесс наблюдения за целостностью зубьев и исключить «человеческий» фактор.
  • Система должна прогнозировать поломку зубьев при значительном их износе.
  • Должны быть механизмы защиты от ложных срабатываний системы при временном или частичном перекрытии зубьев породой или налипанием глины.
  • Должны быть предусмотрены способы информирования машиниста о критическом износе или поломке зубьев для своевременной остановки добычи породы.



Разработка и этапы внедрения системы на карьерный экскаватор ЭКГ-35.




1 этап. Сбор данных с работающего экскаватора и обучение нейронной сети распознавать целостность зубьев экскаватора и их износ в разных условиях.


  • Наши специалисты установили на экскаватор камеру видеонаблюдения и неделю собирали видеозаписи с его работой в разных условиях: день, ночь, осадки, пыль в воздухе, вибрации и т.п.
  • На основе собранных данных подобрали и обучили нейросеть, чтобы она без ошибок распознавала целостность зубьев на экскаваторе ЭКГ-35 и их износ.
  • Проверили работу нейросети по распознаванию зубьев на других экскаваторах и на разных моделях ковшей. Нейронная сеть корректно определяла зубья во всех случаях. Это позволило нам с уверенностью говорить о потенциальной успешности сдачи проекта.

Рис. 1. Работа карьерного экскаватора ЭКГ-35 Рис. 2. Ковш с поврежденным зубом Рис. 3. Обучение нейросети распознавать зубья



2 этап. Подбор оборудования и сборка прототипа.



При подборе оборудования учитывались экстремальные условия его работы:

  • Диапазон температур может колебаться от -60 до +40 на улице и от -30 до +40 в кабине машиниста.
  • Учитывались внешние уличные условия: осадки, солнечная радиация, пыль в воздухе, различная освещенность при смене времени суток.
  • Отдельно было уделено внимание значительным вибрациям на стреле экскаватора, где будет расположена камера машинного зрения. Для понимания: стальная пластина толщиной 8 мм (0,8 см) и длиной 40 см, закрепленная на стреле, от вибраций и низких температур покрывается трещинами и ломается за 1.5-2 месяца работы экскаватора.

Состав прототипа:

Рис. 4. Камера машинного зрения с кронштейном для крепления к стреле экскаватора Рис. 5. Системный блок для обработки потока видео в монтажном коробе для устанавки в кабине машиниста. Рис. 6. Сенсорный монитор с динамиками для визуального и голосового оповещения машиниста о состоянии зубьев экскаватора



3 этап. Установка на экскаватор и тестирование работы системы в "боевых" условиях.



Разработанный программно-аппаратный комплекс был установлен в действующий экскаватор в Кузнецком угольном бассейне в январе, когда ещё сильны Сибирские морозы. В данный момент прототип успешно протестирован и работает в штатном режиме.

Рис. 7. Событие - все зубья на ковше целы Рис. 8. Событие - один зуб отсутствует.



В программе есть возможность настроить % критического износа зубьев при котором происходит визуальное и голосовое уведомление о наступлении события машиниста. Кроме того, можно сохранить настройки по умолчанию для разных моделей ковшей, которые устанавливаются на экскаваторы:

Рис. 9. Настройка калибровки ковша экскаватора





Система контроля целостности зубьев может быть установлена на следующие экскаваторы:

ЭКГ-20 ЭКГ-35 Komatsu WA900 Komatsu PC2000
Komatsu PC4000 Liebher PR9200 Liebher PR9400



По требованию Заказчика система может быть адаптирована и под другие модели экскаваторов.








Расскажите нам о своей задаче
Мы немедленно возьмём её в работу
Александр Носков
noskov.alexander@nordclan.com