[发明专利]一种基于三维激光扫描和图像处理技术的级配料比表面积确定方法

摘要

本发明公开了一种基于三维激光扫描和图像处理技术的级配料比表面积确定方法，针对尺寸大于50mm的岩块，获得岩块三维扫描点云，利用扫描点云建立岩块三维模型得到岩块体积和表面积，根据比表面积定义计算得尺寸大于50mm岩块的比表面积；针对尺寸为5～50mm的岩块，利用图像处理计算试样的周长和面积，采用球模型计算5～50mm岩块的比表面积；参考现有的粉末状材料比表面积测试结果得到5mm以下粉末状颗粒的比表面积；根据3种途径获得比表面积数据绘制岩块尺寸——比表面积变化曲线；获得爆堆石料的级配分布曲线，将岩块尺寸——比表面积变化曲线和爆堆石料的级配曲线绘制在同一图中，得到级配料比表面积曲线。

主权项

1.一种基于三维激光扫描和图像处理技术的级配料比表面积确定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)针对爆堆中或料堆中尺寸大于50mm的岩块，通过三维激光扫描仪测量，获取岩块三维激光扫描数据；(2)通过三维激光扫描数据建立不同尺寸岩块的三维模型，并统计不同尺寸岩块模型的体积和曲面面积，根据比表面积定义，计算得到尺寸大于50mm岩块的比表面积；(3)针对尺寸为5～50mm的岩块，在爆堆中或料仓中选取一定数量该范围内不同尺寸的岩块试样，将试样进行一定处理并用黑色墨水染色晾干，利用游标卡尺测量各试样的尺寸，将试样按尺寸大小进行分类并做好记录；(4)将染色后的试样放置在白纸上，放置标尺，从俯视角度采用高清相机拍摄试样图像，选取高质量图像进行去噪、二值化，计算并统计图像中试样的周长和面积，采用球模型比表面积计算公式得到尺寸为5～50mm的岩块的比表面积，球模型比表面积计算公式为式(1)和式(2)：式(1)、式(2)中，S_V为岩块比表面积，ρ为岩体密度，r为球模型半径，Perimeter表示试样周长，Area表示试样面积；(5)参考现有的粉末状材料比表面积测试结果获得尺寸小于5mm的粉末状颗粒的比表面积在；(6)将各尺寸比表面积数据和岩块尺寸进行拟合，得到岩块尺寸——比表面积变化曲线，通过插值获取任意尺寸石块的比表面积；(7)获得某次爆堆或机械破碎后料堆石料的级配分布曲线；(8)将岩块尺寸——比表面积变化曲线和爆堆或机械破碎后料堆中石料的级配曲线绘制在同一图中，得到级配料比表面积曲线；(9)根据级配料比表面积曲线，得到尺寸区间(x_k^l，x_k^s)内岩块质量占总的破碎岩石质量的百分比p_k和该尺寸区间内岩块的平均比表面积其中，式(3)～(4)中，f(x)为级配分布曲线函数，g(x)为不同尺寸岩块比表面积变化曲线函数，k为级配曲线中岩块尺寸区间位置；破碎后，尺寸区间(x_k^l，x_k^s)内形成的岩块表面积为A_k：其中式(5)中，ρ为岩体密度，V为爆破开挖或机械破碎后岩石总体积；累计各个区间块体的表面积可以计算得到岩石破碎后各级配岩块的总表面积A：其中式(6)中C为步骤(7)级配曲线中岩块尺寸的区间数；(10)计算爆破破碎或机械破碎过程中，岩石破碎形成新的表面所消耗的能量Γ；(11)将岩石破碎能Γ与爆破破碎或机械破碎过程中炸药爆炸能量E_T或机械破碎消耗电能进行对比，获得岩石爆破破碎或机械破碎过程中炸药能量或电能的利用效率。