本實用新型涉及煤礦除渣技術，尤其涉及一種分揀矸石的系統。

背景技術：

現如今，在我國傳統的煤礦生產中，由于地質結構的變化，煤炭采區都存在斷層和煤層變化，會造成大量矸石隨同煤炭一起進入生產系統被運輸系統運至地面。

一般情況下，帶有矸石的原煤先到達選矸車間，經振動篩分機篩分后，大于一定尺寸粒度的矸石及煤塊將進入手選輸送帶由人工進行手選。由于我國大部分煤田地質條件復雜，煤質條件變化大，因此人工選矸的工作量非常大，工作強度高，工作環境惡劣。并且，從事這項工作的從業人員基本以女性為主導，長期在這種環境下工作，會極大損害人體的健康。

技術實現要素：

本實用新型提供一種分揀矸石的系統，以解決現有技術中人工選矸對人體造成傷害的缺陷。

本實用新型提供一種分揀矸石的系統，包括：

射線發生器，用于向傳送帶上的原煤發送射線，并識別位于傳送帶上的原煤中的矸石；

定位裝置，與所述射線發生器連接，用于根據所述射線的信息對所述矸石進行定位；

機械臂，與所述定位裝置連接，用于根據所述定位的信息，將所述矸石從所述原煤中分揀出來。

由上述技術方案可知，本實用新型提供的分揀矸石的系統，通過采用射線識別矸石，并采用定位裝置根據射線的信息對矸石進行定位，利用機械臂分揀矸石，既避免了人工分揀矸石對人體造成的傷害，又節省了人力。

附圖說明

圖1為根據本實用新型一實施例的分揀矸石的系統的結構示意圖；

圖2為根據本實用新型另一實施例的分揀矸石的系統的結構示意圖；

圖3為根據本實用新型再一實施例的分揀矸石的方法的流程示意圖。

具體實施方式

實施例一

本實施例提供過一種分揀矸石的系統，用于自動分揀原煤中的矸石。如圖1所示，為根據本實施例的分揀矸石的系統的結構示意圖。

本實施例的分揀矸石的系統包括射線發生器101、定位裝置102和機械臂103。

其中，射線發生器101用于向傳送帶上的原煤發送射線，并識別位于傳送帶上的原煤中的矸石；定位裝置102用于根據射線信息對矸石進行定位；機械臂103用于根據定位的信息，將矸石從原煤中分揀出來。

其中，射線發生器101與定位裝置102連接，可以是有線連接，也可以是無線連接，定位裝置102與機械臂103連接，連接方式也可以是有線連接或者是無線連接。原煤中包括矸石和煤塊。射線發生器101的個數可以是一個，也可以是多個，具體根據實際需要設定。

射線發生器101具體可以向傳送帶上發出X射線，根據X射線的吸收率識別出矸石。具體地：射線發生器101可以獲取穿透所述原煤的X射線的信息，然后根據所述X射線的初始信息和穿透所述原煤的X射線的信息識別出矸石，并向所述定位裝置102發送穿透所述原煤的X射線的信息。X射線本身具有很高的穿透能力，能透過許多對可見光不透明的物質。X射線穿透不同的材料時，不同的材料對X射線的吸收率是不同的，例如，密度高的物體其吸收率高。因此，可以根據吸收率來區分物體。本實施例中可以利用X射線對矸石和煤塊進行區分，其中，矸石的吸收率小于煤塊的吸收率，根據兩者不同的吸收率，射線發生器101就可以確定出是否有矸石。具體如何獲取吸收率以及矸石對應的吸收率屬于現有技術，在此不再贅述。在實際應用中，可以根據實際需要使射線發生器發出其它類型的射線，例如α射線、β射線、γ射線和中子射線等，在此不再贅述。

相應的，本實施例的定位裝置102具體可以用于：獲取X射線的初始信息；根據所述X射線的初始信息和穿透所述原煤的X射線的信息，獲取所述矸石的位置信息。定位裝置102獲取X射線的初始信息的方式有很多種，例如由射線發生器101發送給定位裝置102，也可以是預先輸入到定位裝置102中的，只要能夠保證X射線的初始信息被定位裝置102獲取到即可。當然，定位裝置102還可以根據X射線的初始信息和穿透原煤的X射線的信息，獲取矸石的體積信息和質量信息。定位裝置102可以對原煤進行圖像采集，根據射線的信息和圖像采集的信息對矸石進行定位，該射線的信息包括X射線的初始信息和穿透所述原煤的X射線的信息。該定位的信息除了矸石的位置信息、體積信息和重量信息，還可以包括矸石的輪廓信息等，具體可以根據實際需要獲取，在此不做限定。

機械臂103可以是位于一個機械臂群組中，根據定位的信息，分揀矸石。具體地，可以由定位裝置102觸發機械臂103進行相應的操作，也可以定位裝置102向機械臂103的控制元件發送定位的信息，并由控制元件進行相應的分析之后觸發機械臂103進行分揀矸石的操作，還可以根據實際需要采用其它方式，具體不再贅述。

根據本實施例的分揀矸石的系統，通過采用射線識別矸石，并采用定位裝置根據射線的信息對矸石進行定位，利用機械臂分揀矸石，既避免了人工分揀矸石對人體造成的傷害，又節省了人力。

實施例二

本實施例對上述實施例的分揀矸石的系統做進一步具體說明。

如圖2所示，本實施例的射線發生器可以包括發射器1011和接收器1012。其中發射器1011設置在傳送帶110的下方，接收器1012設置在傳送帶110的上方且與發射器1011相對，發射器1011用于向原煤120發出射線，接收器1012用于接收穿透原煤120的射線并對該射線進行分析，生成穿透原煤的X射線的信息。其中，傳送帶110的行進可以通過傳送帶輪111來實現。

本實施例的接收器1012可以包括帶閃爍晶體的硅光電二極管陣列、信號處理電路和數據采集電路。其中，硅光二極管陣列用于將穿透原煤120的射線轉化為微弱的電流信號，信號處理電路用于將微弱的電流信號經積分放大、A/D(Analog/Digital，數模)轉換后按照預定的協議發送到總線上，數據采集電路與總線連接，接收信號處理電路發送的電流信號，并經過預設算法將結果通過TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,傳輸控制協議/互聯網絡協議)協議或其他協議上發送至定位裝置，或者發送到其他裝置再由其他裝置發送到定位裝置上。數據采集電路也可以通過射線的原始信息和穿透射線的信息確定出哪里是矸石，并將對應矸石的射線的原始信息和穿透射線的信息發送至定位裝置。

可選地，定位裝置包括視頻監控器1021和控制器(圖中未示出)，其中，視頻監控器1021設置在傳送帶110的上方，用于采集矸石的圖像信息，控制器分別與視頻監控器1021和射線發生器連接，該控制器用于根據圖像信息X射線的初始信息和穿透原煤的X射線的信息對矸石進行定位。

具體地，控制器可以采用下面的方式確定矸石的重量：

根據公式G＝ρ×V獲取第一質量G，V是矸石的體積，ρ是原煤的密度；

根據公式獲取矸石在原煤中的重量比Ad，其中μz為原子序數大于預設閾值的元素的質量衰減系數，μc為質量序數小于或等于預設閾值的元素的質量衰減系數，I₀是X射線的初始能量，I是穿透原煤的X射線的能量，d是原煤的厚度；

根據公式G’＝A_d×G獲取矸石的質量。

首先，可以通過視頻監控器1021獲取原煤120的圖像，然后控制器根據視頻監控器1021獲取的圖像以及現有技術中的邊緣檢測算法獲取矸石的體積，具體如何采用邊緣檢測算法獲取物體的體積屬于現有技術，在此不再贅述。

X射線穿透原煤120時，X射線吸收與原煤120的成分和質量密度有關系。根據X射線衰減公式可知：I＝I_{_0}e^-μρd (公式1)；

其中I為X射線穿透原煤之后的能量，I_{_0}為X射線的初始發射能量，μ為X射線的衰減系數，單位是cm²/g，d為原煤的厚度，單位為cm，ρ為煤的密度，單位g/cm。元素的質量衰減系數是與X射線的初始發射能量有關系的，例如，對于低于200keV的X射線來說，各元素的質量衰減系數隨著原子序數的增大而增加。雖然原煤120的組成非常復雜，但是可以認為原煤120是以C為代表的低原子序數的元素和以Si為代表的高原子序數的元素組成的。預設閾值就可以設置在C的原子序數和Si的原子序數之間。如果高原子序數的元素的質量分數為Cz，則低原子序數的元素的質量分數為1-Cz。假設高原子序數的元素的質量衰減系數為μz，低原子序數的元素的質量衰減系數為μc，則對于X射線，原煤120的質量衰減系數為:

μ＝Czμz+(1-Cz)μc 公式(2)

根據公式(1)和公式(2)可以得到如下公式：

由于矸石是灰分的主要成分，因此，可以將矸石的單位質量的吸收率看做灰分的單位質量的吸收率，而根據經驗，灰分的單位質量的吸收率是高原子序數的元素的單位質量的吸收率的2倍，因此，根據公式(3)可以得到矸石在原煤中的重量比Ad：

而根據之前獲取矸石的體積和原煤的密度能夠獲取第一質量G，再根據公式G’＝＝A_d×G獲取矸石的質量G’。

當然，控制器還可以采用其它方式確定矸石的質量信息，具體屬于現有技術，在此不再贅述。

本實施例中，機械臂103可以是預先設置的一組機械臂群組中的一個，系統中機械臂103的個數可以為多個。為了使分揀矸石的效率更高，可以設置多個機械臂共同操作，每個機械臂可以負責位置、體積和質量在一定范圍內的矸石，并可以根據預先設定的程度避免相互之間影響。可選的，本實施例的定位裝置還可以用于：根據矸石的位置信息、體積信息和質量信息，從預先設置的機械臂群組中選擇出能夠分揀矸石的機械臂。

這樣，本實施例的機械臂103具體用于：根據定位信息將相應位置上的矸石進行拾取操作，和/或改變該矸石從傳送帶110掉落的方向，以使矸石落到指定區域。即機械臂103根據定位信息將該位置上的矸石分揀出來。

機械臂103可以設置在傳送帶110行進方向上的前方，如圖2所示。本實施例的分揀矸石的操作可以包括拾取操作和改變矸石從傳送帶110上掉落的方向的操作。拾取操作即機械臂103從傳送帶110上將矸石拿出來并放置到指定地點；改變矸石從傳送帶110上掉落的方向包括：沿著傳送帶110的行進方向打擊矸石以及向偏離傳送帶110的行進方向打擊矸石，這個操作可以在矸石即將從傳送帶110掉落的時候進行，例如在位置210處進行。具體舉例來說，如果不對矸石進行任何操作，矸石應該掉落在煤塊料倉201中，如果機械臂103沿著傳送帶110的行進方向打擊矸石，則可以給矸石一個加速度，使矸石掉落在矸石料倉202中，機械臂103如果向偏離傳送帶110的行進方向打擊矸石，則矸石會掉落在煤塊料倉201旁邊的另外一個矸石料倉(圖中未示出)。可以同時設置多個矸石料倉，這樣可以使得不同的機械臂沿著不同的方向打擊矸石，以避免之間相互影響。具體機械臂103可以根據獲取的矸石的位置信息、質量信息和體積信息計算出需用多大的力打擊矸石，以使矸石落到指定矸石料倉。

可選的，本實施例的分揀矸石的系統還可以包括激光標線發生器203，該激光標線發生器203與定位裝置102連接，可以根據矸石的定位信息發出激光，以指示該被定位的矸石，還可以使操作人員觀測到該矸石。該激光標線發生器203可以設置在傳送帶110的上方。

可選地，分揀矸石的系統還可以包括以下設備中的至少一種：傳送帶110、煤塊料倉201、矸石料倉202。

根據本實施例的分揀矸石的系統，通過機械臂自動分揀矸石，避免了人工分揀矸石對人體造成的傷害，節省了人力。

實施例三

本實施例提供過一種分揀矸石的方法，執行該分揀矸石的方法的執行主體可以是分揀矸石的裝置。

如圖3所示，為根據本實施例的分揀矸石的方法的流程示意圖。該分揀矸石的方法包括：

步驟301，向傳送帶上的原煤發送射線，并識別位于傳送帶上的原煤中的矸石。

分揀矸石的系統可以向原煤發送X射線，通過X射線的吸收率識別矸石。即該步驟具體可包括：

向所述傳送帶上的原煤發送X射線；

獲取穿透所述原煤的X射線的信息；

根據所述X射線的初始信息和穿透所述原煤的X射線的信息識別出矸石，并向所述定位裝置發送所述X射線的初始信息和穿透所述原煤的X射線的信息。

步驟302，根據X射線的信息對矸石進行定位。

分揀矸石的系統可以定位出矸石的位置信息，當然，還可以定位出矸石的體積信息和質量信息。

該步驟具體可以包括：

獲取X射線的初始信息；

根據所述X射線的初始信息和穿透所述原煤的X射線的信息，獲取所述矸石的位置信息。

其中，所述根據所述X射線的初始信息和穿透所述原煤的X射線的信息，獲取所述矸石的質量信息包括：

根據公式G＝ρ×V獲取第一質量G，V是所述矸石的體積，ρ是所述原煤的密度；

根據公式獲取所述矸石在所述原煤中的重量比Ad，其中μz為原子序數大于預設閾值的元素的質量衰減系數，μc為質量序數小于或等于預設閾值的元素的質量衰減系數，I₀是X射線的初始能量，I是穿透所述原煤的X射線的能量，d是所述原煤的厚度；

根據公式G’＝A_d×G獲取所述矸石的質量。

步驟303，根據定位的信息，將矸石從原煤中分揀出來。

該步驟具體可以包括：

根據矸石的位置信息、體積信息和質量信息，從預先設置的機械臂群組中選擇出能夠分揀矸石的機械臂；

采用該機械臂將矸石從原煤中分揀出來。

可選地，獲取穿透原煤的X射線的信息之后，且在步驟303之前，還包括：

根據穿透原煤的X射線的信息，獲取矸石的體積信息和質量信息。

本實施例的分揀矸石的系統的操作方法與上述實施例一致，且該分揀矸石的系統的結構也與上述實施例一致，在此不再贅述。

根據本實施例的分揀矸石的方法，通過采用射線識別矸石，并采用定位裝置根據射線的信息對矸石進行定位，利用機械臂分揀矸石，既避免了人工分揀矸石對人體造成的傷害，又節省了人力。

實施例四

本實施例對實施例三的分揀矸石的方法做進一步具體說明。本實施例中，上述實施例的將矸石從原煤中分揀出來的操作具體包括：

根據定位信息將相應位置上的矸石進行拾取操作，和/或改變矸石掉落傳送帶的方向，以使矸石落到指定區域。

本實施例的分揀矸石的操作可以包括拾取操作和改變矸石從傳送帶上掉落的方向的操作。拾取操作即機械臂從傳送帶上將矸石拿出來并放置到指定地點；改變矸石從傳送帶上掉落的方向包括：沿著傳送帶的行進方向打擊矸石以及向偏離傳送帶的行進方向打擊矸石，這個操作可以在矸石即將從傳送帶掉落的時候進行。

本實施例的分揀矸石的系統的操作方法與上述實施例一致，且該分揀矸石的系統的結構也與上述實施例一致，在此不再贅述。

根據本實施例的分揀矸石的方法，通過機械臂自動分揀矸石，不僅避免了人工分揀矸石對人體造成的傷害，節省了人力，而且不同分揀矸石的方式，能夠避免不同機械臂之間分揀矸石相互影響。

本領域普通技術人員可以理解：實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。