Карьерные самосвалы: лазерный 3D-контроль погрузки и объема навала в динамике потока

Илья Шилов — учредитель ООО «ЛАЗЕ-Сервис», к.т.н.






Одна из целевых задач по добывающей отрасли — оптимизация коэффициента загрузки карьерного транспорта в непрерывном рабочем цикле, что в отношении самосвалов обеспечивает рост объема перевозимой породы, а также дает экономию расхода дизельного топлива. Тем не менее усредненный коэффициент использования грузоподьемности по отрасли говорит о том, что автосамосвалы часто не догружаются. По оценкам статистики, недогруз составляет до 20 % и более (в 65–70 % транспортных циклах). Соответственно, производится большее число груженых рейсов, увеличивается общий пробег (как порожнего, так и с навалом), расход топлива и ГСМ. С другой стороны, примерно в 15–20 % циклов регистрируется перегруз самосвалов сверх паспортной на 20 % и более, что сокращает ресурс механических узлов, электрического оборудования, а особенно ходимость шин.

LaseTVM (Truck Volume Measurement) — система автоматического контроля изометрии погрузки и объема навала в динамике от ЛАЗЕ Россия. Лазерное 3D-измерение на основе высокоточных LiDAR-сканеров (Light Detection and Ranging) сегодня очень активно применяется в решении задач машинного зрения. Для горнодобывающей отрасли одним из трендов системной цифровизации производства выступает бесконтактный 3D-контроль оптимального профиля навала породы (паспорта загрузки) и его объемного расхода в динамике потока на карьерных автосамосвалах. Здесь главное преимущество лазерных сканеров — производство прямых координатно-временных измерений всего периметра кузова с получением предельно точных и достоверных результатов. Погрешность в объеме ±1 % на сегодня является таковой. Поэтому такое большое значение имеет качество 3D-инструмента объективного метрологического контроля объема и качества загрузки по паспорту (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид учетной станции на карьере с П-образной рамой

Экспертная измерительная система LaseTVM-3D-M (Motion) работает в динамической схеме 3D-сканирования карьерного автотранспорта без его остановки. В отличие от стационарной схемы, в ее составе задействованы два лазерных 2D-сканера LASE 2000D-118-H, плоскости сканирования которых взаимно перпендикулярны при их парной комбинации. Оба датчика сопряжены в едином конструктиве и подключаются на П-образной опоре (телескопическая конструкция), на расчетной высоте, в положении над полосой движения самосвалов, обычно на выходе из карьера или на участке схемы движения. С каждым RFID-зарегистрированным проездом система автоматически образует пространственный профиль. Один 2D-сканер производит ИК-излучение в продольной плоскости кузова, вт орой — в поперечной, выстраивая полноразмерную геометрическую 3D-модель по всей его изометрии. Она выражается в метрических координатах СИ и математически разбивается на элементарные кубы с ребром до 50 мм. В массиве эти кубы образуют объемный 3D-скан-профиль кузова самосвала (по фактическим размерам). И разность этих 3D-скан-профилей (пустого и погруженного) определяет изометрию и объем навала, выраженного в кубических метрах (с двумя знаками после запятой). И при этом погрешность расчетов в базовых условиях не превышает ±1 %. Конструкция лазерных сканеров предусматривает их длительную эксплуатацию в неблагоприятных погодных условиях на больших открытых пространствах (дождь, снег, туман, пыль/грязь, ветер, солнце), в т. ч. в зимний период с температурой воздуха до -40 °С. RFIDидентификация (системная регистрация) самосвалов, их 3D-сканиро вание с фотофиксацией и математический анализ производятся автоматически, без участия персонала и без нарушения рабочей динамики (темпа) грузопотока. Программное обеспечение LaseTVM физически локализуется уже в составе оборудования, на инженерной станции (АРМ диспетчера). Оно не имеет ограничений в пользовании и полнофункционально — не требует обновлений, продлений и пригодно как для автономной работы, так и для интеграции с внешним ER P-системами (рис. 2).

LaseTVM-3D-M (Motion) не требует регулярного технического обслуживания или периодической калибровки в течение срока службы. Глобальная практика ее эксплуатации доказывает повышение точности учета объема и качества погрузки породы в кузов, улучшает профессиональные навыки погрузчиков экскаваторов в карьере, чем обеспечивается оптимизация работы транспортного звена и общий рост производительности.

Рис. 2. Парная комбинация лазерных 2D-сканеров LASE 2000D-118-H

Принцип измерения в LaseTVM-3D-M действует по прямой и по обратной логике учета навалочных грузов, как на поставку, так и на отгрузку. При этом система позволяет организовать БД порожних 3D-скан-профилей для всего автопарка, что позволяет сканировать только груженые самосвалы, сокращая время вычислений.

В этой схеме метрики защищены от внешней корректировки. В необходимом случае пользователь может дополнительно заказать телескопическую П-образную монтажную раму, КПП блок-контейнерного типа и дизель-генераторную станцию.

Внедряя системы лазерного 3D-контроля профиля и объема загрузки навала LaseTVM, пользователь получает практический инструмент цифровизации транспортных циклов карьерных самосвалов, эффективность которого проверена и доказана зарубежным опытом. LaseTVM — это гораздо больше, чем измерение профиля и объема. Ее функционал дополнительно включает и ряд подзадач: пересчет в массу при заданной плотности материала и сравнение с плановыми показателями по календарю или смене; контроль габаритной высоты (в т. ч. недогруз/перегруз) и центра массы пространственно-координатного распределения навала в кузове; оценка направления и долей отклонения текущего профиля загрузки самосвала от паспорта; учет наличия и расчет объема невыгруженного остатка породы за каждый цикл перевалки; ведение локальной БД производительности с передачей ключевых метрик по транспорту на удаленный АРМ диспетчера, в т.ч. в виде (протоколов) отчетов и выводом на печать. При этом пользователи отмечают практический эффект LaseTVM в увеличении загрузки самосвалов на 10–20 % (рис. 3).

Рис. 3. Координатно-временные 3D-скан-профили кузова автосамосвала

Система LaseTVM давно приобрела широкое отраслевое признание и применяется сегодня повсеместно от России до ЮАР и от США до Австралии. И в первую очередь это связано с исключительными преимуществами лазерного 3D-сканирования в получении результатов.

Технология LiDAR работает путем излучения лазерного света и измерения времени, которое требуется для того, чтобы импульс достиг поверхности и отразился от нее обратно к сканерам. Постоянная скорость света позволяет предельно точно рассчитывать изометрию кузовной платформы самосвала. Только лазерные сканеры способны измерять тысячи точек самосвала в секунду, что делает эту технологию идеальной для объективного метрологического контроля паспорта погрузки и учета объемного расхода.

Каждый пользователь системы может обратиться в локальную службу технической поддержки 24/7, заказать очередную функциональную диагностику или внеплановое ТО, а также выбрать удобную программу адресного сервисного сопровождения. В срочной необходимости для замены или ремонта поврежденного оборудования предусмотрены складские ЗИП комплекты и оперативный выезд технической службы на объект эксплуатации пользователя (территория странучастниц ЕАЭС).

---

СПРАВКА

ЛАЗЕ Россия специализируется на производстве высокоточных лазерных сканеров (LiDAR) для промышленного применения и разработке экспертных программных ИТ-решений на их технологической базе, ориентируясь на задачи технического зрения и искусственного интеллекта. Компания представляет метрологические платформы автоматического 3D-измерения и адресного учета объемного расхода инертных грузов (сыпучих продуктов) на механизированных складах хранения, в их поточно-транспортной перевалке на конвейерных линиях (питателях) и товарном грузообороте на ж/д и автотранспорте.

---

ЛАЗЕ Россия
398024, г. Липецк, Проспект Победы, 29.
Тел.: +7 (920) 516-18-18, +7 (920) 516-19-19.
E-mail: sales@lase-russia.com
www.lase-tvm.ru

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (62)/декабрь 2023 г.