Контроль зубьев экскаватора: система на основе нейросети

Задачи проекта:

На момент постановки задачи контроль зубьев ковша проводили машинисты 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 для контроля зубьев 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 для контроля зубьев 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 для более точного контроля 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.

Отзыв о нашей работе: