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Nuevos avances en software para el anlisis digital de imgenes
para
cuantificar los tamaos de fragmentacin de roca
Por: Dr. John Kemeny, Kirstin Girdner y Tom BoBo
Split Engineering, LLC P.O. Box 41766
Tucson, AZ, USA 85717-1766 Telefono: (520) 327-3773
Fax: (520) 326-7532 www.spliteng.com
ABSTRACTO En las reas de escavado y tronadura, cambios menores
en los parmetros de tronadura pueden tener un efecto mayor en la
fragmentacin resultante. La pregunta, 'Como podra quantificar
eficientemente los cambios en la fragmentacin?' ha estado presente
con ingenieros de escavado, tronadura, y metalurgistas por aos.
Este reporte revela las ltimas mejoras que han sido incorporadas al
software Split-Online y Split-Desktop que proporcionan la curva de
tamaos de roca fragmentada. Los paquetes de software Split que
cuantifcan la fracturacin mecnica y/o quimica de rocas, han sido
mejorados a lo largo de nueve aos. Sugerencias de mejora hechas por
clientes y por nuestro personal de investigacin han sido
incorporados al software para incrementar la funcionalidad de estos
paquetes de software ya de por si verstiles. El sistema
Split-Online permite a ingenieros tomar decisiones sobre control de
procesos, basados en informacin enviada a un sistema de control DCS
o a un sistema experto en tiempos muy cercanos al real. Las imgenes
son adquiridas por cmaras de video CCD montadas sobre correas
transportadoras o en lugares de descarga de camiones y enviadas a
una computadora a travs de fibra optica. Las imgenes son procesadas
utilizando el software de Split-Online. Los resultados son
mostrados en pantalla y con salidas analgicas que son enviadas al
sistema de control DCS o sistema experto. Los datos de salida
tambien son guardados en la computadora cada vez que una nueva
imgen es procesada. Para quantificar la fragmentacin en areas que
no estan sujetas a automatizacin se tiliza el software
Split-Desktop, estos lgares pueden ser entre otros, pilas de
material en bruto, pilas de material de lixiviacin y lugares de
acopio mineral. Ingenieros de tronadura pueden usar este software,
tanto en el campo como en la oficina, para saber quantitativamente
como un cambio en el diseo de la explosin afecta la fragmentacin
post-tronadura. Este reporte describe los ltimos avances en el
software y los detalles que mejoran su funcionalidad.
Copyright 2000 by Split Engineering LLC
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1. Introduccin Split es un software de procesamiento de imgenes
para determinar la curva de tamaos de fragmentos de roca en los
varios pasos del proceso de triturado que se dan durante el minado
y procesamiento de recursos minerales. Split-Online es la versin
del sistema Split para el continu monitoreo de roca fragmentada en
correas transportadoras y en lugares propios para la instalacin
permamanente de cmaras de video. Una descripcin del sistema
Split-Online es presentada en la seccin 2 de este reporte. La
versin desktop del software Split (Split-Desktop) referido como la
versin asisitida por el usuario puede ser utilizada por ingenieros
o tcnicos de mina en lugares como pilas de roca post-explosivos, y
pilas de material de lixiviacin. Una descripcin del sistema
Split-Desktop es presentada en la seccin 3 de este reporte. Los
programas Split-Online y Split-Desktop estuvieron en desarrollo en
la Universidad de Arizona de 1990 a 1997 y son un derivado del
programa de dominio pblico NIH para procesamiento de imgenes,
escrito por Wayne Rasband del Instituto Nacional de Salud (NIH por
sus siglas en ingles). En aquel tiempo, los programas eran
utilizados profesionalmente en mas de 35 canteras y minas tanto en
los Estados Unidos como en otros paises. Debido al xito de los
programas de Split en los ltimos aos de su desarrollo, la compaia
Split Engineering, LLC (referida a partir de ahora como Split
Engineering), obtuvo licencia de la Universidad de Arizona para
continar con el desarrollo y comercializacin del software. La
compana incluye al profesor que origin el concepto, dirigo la
investigacin y desarrollo del software y a los ltimos estudiantes
de postgrado que estuvieron involucrados en el desarrollo y las
aplicaciones de campo. El propsito de Split Engineering es el de
comercializar los programas de Split en las industrias mineras y de
procesamiento de minerales, as como el continuar con la
investigacin para mejorar an ms el software Split y para
desarrollar nuevas tecnologas para estas industrias. Muchos de los
esfuerzos de investigacin y desarrollo son conducidos conjuntamente
con la Universidad de Arizona y con el Centro de Investigacin de
Minerales Julius Kruttschnitt en Brisbane, Australia. Hay muchas
mejoras recientes que han sido incluidos en los programas
Split-Online y Split-Desktop y que son publicados por primera vez
en este reporte. Cada mejora en funcionalidad resulta en un nivel
mucho mas elevado de confiabilidad del sistema, de reproducibilidad
de resultados y de una mejor interfase con el usuario. Los
programas Split-Online y Split-Desktop pueden calcular la curva de
tamaos de las particulas roca en casi todos los lugares donde una
reduccin de tamao de roca se esta llevando a cabo. Estos lugares
incluyen: pilas de roca post-tronadura, alimentacin y producto de
trituradores primarios, secundarios y terciarios, y alimentadores
de molinos de bolas, rodillos, SAG y AG. Los programas Split-Online
y Split-Desktop son capaces de acertdamente determinar la curva de
tamaos de fragmentos de roca visibles, ademas de estimar
correctamente el porcentage de finos. Una descripcin de los
estudios de validacin llevados a cabo utilizando los programas
Split son descritos en la seccin 4 de este reporte. Millones de
dolares pueden ser ahorrados cada ao al utilizar el software Split
para controlar y optimizar los procesos de quebrado, triturado y/o
molienda. 2. Descripcin del sistema Split-Online Split-Online es la
versin de Split para el monitoreo contino de los tamaos de
fragmentos de roca en lugares donde la instalacin permanente de
cmaras de video es posible. El lugar mas conveniente para la
instalacin de dichas cmaras es sobre correas transportadoras. Entre
otros lugares se incluyen maquinas de alimentacin para trituradores
primarios, correas transportadoras del producto de trituradores
primarios, correas transportadoras de material para molinos de
bolas o rodillos AG o SAG. Muchos trituradores primarios tambien
tienen rampas de descarga directa con lugares adecuados para
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la instalacin permanente de cmaras. En el caso de camiones de
accareo de mineral de mina a pilas de material de lixiviacion, o
roca de desecho a tiraderos, una cmara puede ser instalada
permanentemente sobre uno de los accesos de acarreo. Split-Online
opera continamente y puede capturar imgenes de una o mas cmaras en
tiempos pre-determinados por el usuario o al ser activado por algn
switch de operacin como lo podria ser el activado por la descarga
de un camin de accarreo. Split-Online calcla una curva completa de
tamaos de roca para cada una de las imgenes que captura. Asi como
el porcentaje de material de tamao pasable por criba en rangos de
10 por ciento, desde 10 hasta 90 por ciento. El programa muestra
grficas con la ltima distribucin de tamaos que fue calculada por
cada cmara y una tendencia de 24 horas del F80 asi como datos
tabulares de la curva de tamaos y algunos valores promedio para
ciertos intervalos de tiempo. Esta informacin puede ser transmitida
a redes o computadoras externas, usando una seal de 4-20 mA. El
software de Split-Online puede ser accesado via remoto atravez de
modem o Ethernet. Esto permite al usuario el ver la pantalla,
controlar todos los aspectos del software, monitorear la calidad de
las imgenes tomadas, ademas de transmitir datos a otros lugares
remotos.
Figura 1. Esquema basico de una instalacion tipica del sistma
Split-Online El software de Split-Online tiene 4 componentes
relevantes. El primer componente tiene que ver con la adquisicin de
imgenes de una o ms cmaras digitales. El segundo componente se
refiere a la delineacin automtica de cada una de las imgenes
capturadas. El tercer componente del software involucra el calclo
de la curva de tamaos basados en la informacin de delineacin de los
fragmentos. Finalmente, el cuarto componente muestra los resultados
de la curva de tamaos en pantalla y permite la exportacin de estos
resultados a computadoras o redes externas. Cada uno de estos
componentes son descritos a continuacin. Adquisicin y escalamiento
de imgenes Una instalacon tpica de una cmara sobre una correa
transportadora se muestra en la figura 1, normalmente se tiliza
equipo de iluminacin industrial para obtener iluminacin constante y
adecuada, la cmara de video CCD se coloca en el centro de dicho
equipo de iluminacin. La computadora se coloca en una area libre de
polvos en lugares como una subestacin, o un cuarto de control de
los trituradores primarios o molinos. Se emplea fibra ptica para la
transmisin de la seal de video, esto permite la colocacon de cmaras
a una distancia hasta de 3 km de la
DCS 4-20 mA signals
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computadora. La computadora tiene una tarjeta para sujetar
imgenes digitalizadas y que son directamente alimentadas al
software de Split-Online. La Figura 2 muestra una imgen tpica de la
alimentacin al triturador primario, y la Figura 3 muestra una imgen
tpica del producto del triturador primario. El escalamiento de las
imgenes se realiza al momento de la instalacin, despus de que el
equipo ha sido posicionado y las cmaras han sido enfocadas, se
coloca una escala de dimensiones conocidas al nivel de la
superficie de las rocas. El software de Split-Online utiliza, una
herramienta de escalamiento en donde se selecciona una de las
longitud conocidas de dicho objeto de modo de establecer la escala.
La escala solo necesita ser reajustada si es que los lentes de las
cmaras o la distancia entre el material y la cmara han cambiado.
Esta informacin, asi como los otros ajustes del programa es
mantenida por la computadora y no necesitan ser reestablecidas en
caso que la computadora sea apagada. En vez de procesar imgenes
individuales, Split-Online se ajusta para tomar y procesar varias
imgenes y proveer la curva de tamaos de este grupo de imgenes.
Split-Online permite al usuario establecer el nmero de imgenes en
cada grupo y el intervalo de tiempo entre grupos. La velocidad de
la correa transportadora es alimentada al software, y Split-Online
determina el intervalo de tiempo entre imgenes sucesivas de modo de
obtener imgenes continas. Para camiones de accarreo, las imgenes
son tomadas cuando el camin empieza a descargar y accina un
interruptor que esta siendo monitoreado por el software. El usuario
puede determinar el nmero de imgenes a ser tomadas y procesadas
durante el proceso de descarga. Es importante que para la
adquisicin de imgenes, la iluminacin sea lo ms adecuada y constante
posible. En la mayora de las instalaciones, las cmaras son montadas
en lugares cerrados o estructuras donde la nica fuente de luz es
artificial lo que mantiene los niveles de luz muy constantes. Sin
embargo, en algunos casos no es prctico el instalar las cmaras bajo
tales condiciones, como quizas lo seria alguna area de descarga de
camiones o correas alimentadoras en donde la luz natural ilumina el
area durante el da y luz artificial lo hace durante la noche. La
intensidad de la luz solar puede cambiar drasticamente en das muy
nublados o muy soleados, cuando algunas sombras entran a las
imgenes, o con sombras producidas al amanecer y al anochecer. Estas
situaciones son extremadamente difciles para aplicaciones de
imgenes pero son una realidad en la industria minera. El software
Split Online incluye modificaciones recientes que proveen las
soluciones apropiadas para estas situaciones difciles. Una de estas
modificaciones es la seleccin automtica de perdida y ganancia del
sujetador de imgenes que cambia la forma en que la seal de vido es
transformada de analgica a digital. Este resultado es ms facilmente
visible en el histograma de escalas de grises, donde se realiza un
conteo total de los pixels en cada escala de gris. El objetivo de
incrementar la perdida es el de mover la totalidad de la escala de
grises ms hacia el color negro. El objetivo de incrementar la
ganancia es el de ampliar el histograma o incrementar el contraste
en las imgenes. La seleccin de perdida y ganancia ptimas es un
proceso automtico e interactivo, que ptimiza los valores de acuerdo
a las condiciones actuales de iluminacin. El intervalo de tiempo
para el establecimiento de estos valores es seleccionable por el
usuario. El hecho de que sombras de estructuras pasen por la imgen
puede impactar severamente la exitosa delineacion de las particulas
de roca. La forma del histograma de la escala de grises identifica
esta condicin. Imgenes con muchas sombras tendran un histograma
bi-modal con picos bien definidos. Antes de ser procesada, la imgen
es clasificada como aceptable o rechazada por tener demasiadas
sombras. Esto podria crear cierta falta de datos durante ciertas
horas del da pero esto es preferible al hecho de procesar imgenes
que podran conducir a datos erroneos. Las correas transportadoras
vacias pueden tambien ser identificadas en el histograma de la
escala de grises. Las correas transportadoras vacias mostraran muy
poco contraste en la escala de grises. Las imgenes con bajo
contraste tambien son descartadas y se presumen como imgenes
vacias. Este proceso no seria necesario si un detector de peso en
la correa transportadora es conectado en la
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computadora de Split atravez de un sistema de control DCS o PLC.
El programa monitorea este interruptor y no toma imgenes cuando el
tonelaje est por debajo de un nivel pre-establecido. La adquisicin
de imgenes en camiones de accareo puede ser disparado por un
interruptor. El interruptor se accina cuando un radar o un seal
auditiva que indica que un camin esta localizado en la zona de
descarga y que ha empezado ha descargar. El usuario puede
determinar el nmero de imgenes ha ser capturadas cuando el material
se desliza hacia el triturador y revela el material oculto debajo
de la superficie. Estas imgenes pueden ser capturadas mientras se
realiza el procesamiento de imgenes de otras cmaras y guardadas
para ser procesadas posteriormente. La implementacin para la
captura y el procesamiento de imgenes de camiones de accareo es
discutido en Atasoy, et al, 1998. Cada vez que se captura una imgen
de video en vivo, la imgen se guarda en el buffer del sujetador de
imgenes. Si la imgen de video se corta por alguna razn, an habr mas
imgenes guardadas en el buffer. El algortmo de identificacin de
cmara indica si es que la imgen es en vivo o se trata de la ltima
imgen capturada. Este algortmo fue codificado en el programa Split
como una verificacin del equipo de cmaras y de las seales de video
de cada una de ellas. Si la imgen ha sido determinada como
procedente de una seal en vivo y no lo es, un mensaje en la
pantalla del sistema Split-Online indicar que la cmara necesita ser
verificada.
Figura 2. Imgen tipica de la alimentacin de un triturador
primario (la barra en la imgen es de 8 pulgadas)
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Figura 3. Imgen tipica del producto del triturador primario (la
barra en la imgen es de 8 pulgadas)
Delineacin de los fragmentos Una vez que las imgenes han sido
adquiridas y escaladas dentro del software Split, el siguiente paso
es el de delinear los fragmentos individuales de roca en cada una
de las imgenes. Antes de la delineacion de los fragmentos,
generalmente se realiza un pre-procesamiento para corregir los
problemas de iluminacin. Como se mencion anteriormente, los
problemas ms comunes de iluminacin son luz insuficiente, iluminacin
no-uniforme, sombras, y algunos efectos de la transicin del da a la
noche. Este tipo de problemas son comunes an cuando se ha tomado
las acciones para evitarlos. Por ejemplo la Figura 3 tiene una area
brillante debido a iluminacin no uniforme. Split tiene dos mtodos
de correccin de luminacin. El primero es la utilizacin de un filtro
de paso bajo en el cul la imgen original es suavizada con el
filtro, los valores promedio son divididos en dos y sustraidos de
la imgen original. En el segundo mtodo, un multiplicador es
selecciondo en el centro de varias regiones e interpola ciertos
valores de pixel en los espacios entre regiones con el fin de
conservar la intensidad promedio de la region de la imgen
sustraida. Ambos mtodos son probados durante la instalacin y el
mejor mtodo de correccin de iluminacin es seleccionado para cada
aplicacin especifica. Despus del pre-procesamiento, el programa
Split-Online automaticamente delina los fragmentos utilizando
algortmos basados en los siguientes 4 pasos: filtro gradiente,
analisis de convexidad de umbrales y de sombras, algortmo Split, y
algortmo Watershed. Los detalles de estos pasos son descritos en
Kemeny (1994) y en Girdner et al. (1996). Una mejora reciente, fue
hecha para la identificacin de sombras entre partculas. Esto se
realiza oscureciendo o cambiando al color negro todos los valores
de los pixels que son iguales o mayores al valor de umbral y
cambiados al color blanco los que son menores a este valor de
umbral. El valor de umbral ptimo es determinado para nueve regiones
diferentes en la imgen y es interpolado con pixels individuales,
por un mtodo heuristico que mximiza el nmero de sombras no
conectadas e individuales. Este mtodo tambien ayuda a delinear
particulas ms pequeas en la regin de finos.
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El resultado de la delineacion automtica es una imgen binaria (2
niveles de gris que son el blanco y el negro) que contiene
particulas blancas y un fondo negro. Las Figuras 4 y 5 son las
imgenes binarias resultantes de la delineacion de las imgenes
mostradas en las Figuras 2 y 3, respectivamente. Las reas negras en
estas imgenes muestran las fronteras de las particulas adems de
material fino y espacio vacio entre las particulas. Esta rea negra
va a ser muy importante en la estimacin de la cantidad de finos, lo
cal ser descrito ms adelante.
Figura 4. Delineacion de las imgenes de alimentacin (Figura
2)
Figura 5. Delineacion de las imgenes de producto (Figura 3)
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Clculo de la curva de tamaos Una vez que los fragmentos
individuales en las imgenes han sido delineados, el siguiente paso
es el de utilizar las caracteristicas de dichos fragmentos para
calcular la curva de tamaos. Estas dimensiones incluyen el area y
dimensiones de cada fragmento y las de las regiones sin particulas
(reas negras en la figura anterior). La determinacion del tamao en
pantalla y el volumen de cada fragmento a partir de estas
caracteristicas son adecuadamente descritas en Kemeny (1994) y
Girdner et al. (1996). Sin embargo, la estimacin de la cantidad de
finos en una imgen y la distribucin que se asume ha sido
recientemente mejorada y es descrita detalladamente a continuacin.
Existen dos razones por las que los finos no son tomados
propiamente en cuenta en imgenes de roca fragmentada. Antes que
nada, el material fino no esta siempre presente en la superficie de
los fragmentos debido a vibracin, asentamiento, viento, lluvia u
otros factores. En caso de que los finos sean visibles en la
superficie, y dependiendo del nivel de zoom de la imgen y de la
resulocion, los fragmentos finos individuales son demasiado pequeos
para ser propiamente delineados. La forma en que el software
Split-Online toma en cuenta los finos consiste de dos pasos. En el
primer paso, el mayor de los tamaos de los finos a ser tomado en
cuenta como finos (referido como tamao-fino) es determinado y la
cantidad de material mayor a este volumen es calculado. Los
tamao-finos son diferentes para cada imgen dependiendo de la escala
y la forma del histograma de particulas que se encuentran en la
imgen. Para imgenes de material en pilas de roca post-tronadura, el
tamao-fino podra ser tan grande como 100 mm, y para imgenes de
pequeos fragmentos con acercamiento, los tamaos-finos pueden ser
tan pequeos como 0.1 mm o menos. El calclo de los finos en una
imgen proviene de dos fuentes: La identificacin de particulas ms
pequeas que el tamao-fino y las regiones de la imgen no delinedas
representadas en negro. Se asume que solamente algn porcentaje de
las regiones en negro constituyen finos, dado que algunas las reas
en negro deben estar llenas de aire o sombras y de que solo una
parte de esta area debe de estar cubierta por estas particulas. El
rea total de finos es entonces el porcentaje del rea total en negro
como se determin anteriormente ms el rea de particulas menores al
tamao-fino. Finalmente, se asume que el porcentaje total del
volumen de finos para las rocas fragmentadas representadas en una
imgen es igual al porcentaje del rea de finos en la imgen. La mejor
medida para este factor es determinado en cada instalacin en una
calibracin donde los resultados de Split son comparados al curva de
cribacin de una seccin de la correa tranportadora. El segundo paso
es determinar una curva realista para el material fino. En
Split-Online, una distribucin Schuhmann es usada para distribuir el
volumen de los finos abajo del punto de corte para finos. Existen
dos parmetros desconocidos en la distribucin Schuhmann y son
determinados por dos puntos conocidos de la distribucin, uno es el
tamao-fino y el otro 1.5 veces el tamao-fino. La Figura 6 muestra
la distribucin de tamaos calculado, utilizando las imgenes de
alimentacin y producto mostrados en las figuras 4-5, y utilizando
la distribucin Schumann para asumir los finos. La Figura 6 muestra
un F80 de cerca de 9 pulgadas y un P80 de cerca de 4.5
pulgadas.
Figura 6. Resultados de la curva de tamaos de finos a partir de
las imgenes de alimentacin y de producto mostradas en las Figuras 2
y 3.
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Presentacin y exportacin de los resultados de la distribucin de
tamaos Cada vez que Split-Online captura y procesa un grupo de
imgenes, la pantalla que muestra la curva de tamaos, incluyendo los
porcentajes de tamaos en movimiento (F80, o P80 y F20 o P20, etc.),
es modificada. Un ejemplo de una pantalla de un sistema
Split-Online operando actualmente en un mina en Arizona es mostrada
en la Figura 7. En la parte inferior izquierda de la pantalla se
muestra la ms reciente curva de tamaos. En la parte superior
derecha de la pantalla, se muestra la tendencia de 24-horas de los
porcentajes de tamaos (solamente F80 en este caso). En la parte
inferior derecha de la pantalla, se muestra una tabla con los
promedios F/P80 para varios periodos y los P20, P50, P80 y el
tamao-mayor de la ltima muestra. Mientras que el software esta
procesando imgenes, la imgen que esta en proceso se mostrara en la
parte superior izquierda de la pantalla. La forma en que los
resultados se presentan en la pantalla pueden ser modificados en
cualquier momento. La informacin de la curva de tamaos es enviada,
por medio de seales analgicas (4-20 mA), al sistema de control DCS
o PLC, desde donde puede ser alimentado a una base de datos o a un
sistema de control experto. Cuatro series de datos son enviados por
cuatro canales, estos son el P20, P50, P80 y el tamao-mayor. La
curva de tamaos y los porcentajes en movimiento son guardados en
archivos en el disco duro de la computadora para cualquier anlisis
futuro a travs de programas de base de datos (el software de
administracin de datos que utiliza Split es Microsoft Access),
hojas de calculo o con programas de graficacin. Estos datos pueden
ser accesados remotamente via Internet y pueden ser transferidos
automaticamente a otras computadoras para ser usados en el control
de los procesos del triturador o molino.
Figura 7. Pantalla del sistema Split-Online
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3. Descripcin del sistema Split-Desktop La versin desktop de
Split se conoce como la versin del software que es "asistida por el
usuario" y que puede ser utilizada por ingenieros o tcnicos de mina
directamente en campo. El sistema Split-Desktop contiene el
software de split, computadora, teclado y monitor. Deber de existir
un mecanismo (software o hardware) para transmitir imgenes
digitales o de video a la computadora. Para cmaras digitales se
requiere del software que acompaa a la cmara y para cmaras de video
se requiere una tarjeta sujetadora de imgenes. Se recomienda una
cmara digital para una mayor resolucin de imgenes y para facilitar
la seleccin de las mismas. El primer paso es que el usuario
adquiera las imgenes en campo y las transfiera a la computadora. La
fuente de estas imgenes puede ser pilas de material en bruto,
camines de accareo, pilas de lixiviacin, puntos de extracin,
tiraderos de desmonte, almacenamientos de mineral, correas
transportadoras, o cualquier otro lugar en donde imgenes claras de
roca fragmantada pueden ser obtenidas. El software de Split ayuda
al usuario a escalar adecuadamante las imgenes. Split puede ahora
automaticamente delinear los fragmentos en cada una de las imgenes
y claramente determinar la distribucin de los tamaos de los
fragmentos de roca. Split permite que la distribucin de tamaos
resultante sea graficada en varias formas (linear-linear,
log-linear, log-log, y Rosin-Rammler). Los datos de la curva de
tamaos resultante puede tambien ser guardada en archivos con campos
delineados para ser accesados por hojas de clculo o programas de
grficas. La versin desktop del software de Split tiene cinco partes
importantes. La primera parte del programa se relaciona con el
escalamiento de las imgenes tomadas en el campo. La segunda parte
involucra la delineacin automtica de los fragmentos de roca en cada
una de las imgenes que son procesadas. La tercer parte permite la
edicin de los fragmentos delineados para asegurar resultados de
alta calidad. La cuarta parte involucra el clculo de la distribucin
de tamaos basada en la informacin de los fragmentos delineados.
Finalmente, la quinta parte se refiere a la graficacin o exportacin
de los resultados. Cada uno de las cinco partes de programa son
descritos a continuacin. Adquisicin y escalamiento de imgenes
Existen muchas maneras en que las imgenes pueden ser adquiridas en
el campo y escaladas. Por ejemplo, si las imgenes son tomadas en
una correa transportadora, la escala de las imgenes es muy directa
y puede ser tan simple como medir el ancho de la correa. Cuando se
adquieren imgenes de pilas de material en bruto, el angul de la
pendiente relativo al eje de la cmara necesita ser considerado. Si
este no es perpendicular, la escala representada en la imgen vara
uniformemente desde la parte ms baja hasta la ms alta de la
pendiente. Existen varias formas para corregir la escala en imgenes
de pilas de material en bruto. La forma ms simple es la de colocar
dos objetos de tamao conocido en la imgen, uno cercano a la parte
ms baja de la pendiente y el otro cerca de la parte alta de la
pendiente, como se muestra en la Figura 8. Otro mtodo es el de
utilizar un telmetro para determinar la distancia de la cmara tanto
a la parte baja de la pendiente como a la parte alta de la misma y
calcular los factores de calibracin para cada camara conociendo el
enfoque del lente.
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Figura 8. Imgen tipica de una pila de material en bruto
(las pelotas de escalamiento en la imgen son de 10 pulgadas de
diamentro)
El programa Split ha sido diseado para permitir el escalamiento
en todos los mtodos de adquisicin de imgenes descritos. Para
imgenes donde dos objetos son incluidos en la imgen, una
herramienta de escalamiento interactivo del programa puede ser
utilizada para escalar la imgen. Para imgenes donde el telmetro es
utilizado, la distancia a la parte baja y alta de la pendiente asi
como el factor de calibracin de la camara pueden ser alimentados al
software. Delineacin de los fragmentos Una vez que las imgenes han
sido adquiridas y escaladas, el siguiente paso que Split realiza es
delinear los fragmentos individuales de roca en cada una de las
imgenes. Las mismas correcciones de iluminacin y algortmos de punto
de umbral descritos en la seccin previa son utilizados. Despues de
este pre-procesado, el software Split-Desktop automaticamente
delnea los fragmentos utilizando una serie de algortmos basados en
los siguientes 4 conceptos: filtro de gradiente, analisis de
convexidad de sombras, algortmo de Split, y algortmo de Watershed.
Los detalles de estos conceptos son descritos en Kemeny (1994) y en
Girdner et al. (1996). El resultado de la delineacin automtica es
una imgen binaria (2 niveles de gris, negro y blanco) que contiene
particulas blancas y fondo negro. La Figura 9 es la imgen binaria
resultante de la delineacin de la imgen de la pila de material muck
pile mostrada en la Figura 8 (algunas ediciones han sido realizadas
las cules se muestran en gris y son descritas en la siguiente
seccin). Las areas negras de estas imgenes contienen material fino
demasiado pequeo como para ser delineado ademas de espacios vacios
entre las particulas. Como se describe a continuacin, las areas
negras son muy importantes para estimar la cantidad de finos.
Editando y delineando imgenes binarias En la mayoria de las imgenes
de pilas de material en bruto y en muchas imgenes de otras fuentes
como camiones de acarreo a pilas de lixiviacin, hay ocasiones en
que los algortmos de delineacin automtica no delinean los
fragmentos apropiadamente. Esto puede deberse a situaciones donde
la iluminacin es pobre, donde existe demasiada cantidad de finos en
la imgen, la calidad de la imgen es baja o alguna otra razn. En
estos casos, el archivo binario que contiene los fragmentos
delineados necesita ser editado utilizando las herramientas
manuales de edicin del programa. Existen tres casos comunes donde
se requiere de ediciones menores. Primero, si hay grandes
aglutinamiento de finos en
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la imgen, Split en algunas ocasiones confunde estos
aglutinamientos con fragmentos individuales grandes. Segundo, si se
presenta ruido exesivo en uno de los fragmentos (debido a la
textura de la roca), el software de Split podra dividir estos
fragmentos grandes en fragmentos ms pequeos. Tercero, algunas de
las particulas delineadas no son ni fragmentos de roca ni finos y
no deberian ser contados en la curva final de tamaos, como lo es el
caso de las pelotas de escalamiento en la Figura 9. El programa de
Split tiene la capacidad de manejar todas las situaciones aqu
descritas. El programa primero crea una serie de imgenes, donde una
de las imgenes es la imgen delineada colocada sobre la imgen
original y la otra imgen es la imgen original en la escala de
grises. El usuario puede rapidamente cambiar entre la imgen
original y la imgen delineada para determinar cal parte necesita
ser editada. Las tres formas de editado ms comunes son: llenar con
color areas de finos, borrar delineaciones no deseadas, e
identificar objetos no rocosos tales con objetos para escalamiento.
En la mayoria de los casos usuarios habilidosos puede editar las
imgenes en menos de 3 minutos.
Figura 9. Delineacin de la imgen de material en bruto de la
Figura 8 Clculo de la curva de tamaos Una vez que los fragmentos
individuales en las imgenes han sido delineados, el siguiente paso
es el de utilizar las caracteristicas de los fragmentos para
calcular su curva de tamaos. Estas caracteristicas incluyen el area
y las dimensiones de cada fragmento y el area de las regiones sin
particulas (las areas negras en la figura de anterior). La
determinacin del tamao en la pantalla y el volume de cada fragmento
son adecuadamente descritas en la seccin 2 y en los reportes que se
dan como referencia. El segundo paso es determinar una curva
realista del material fino. Split cuenta con dos opciones para
determinar la distribucin de finos, la distribucin Schumann y la
distribucin Rosin-Rammler. Cada una de esta distribucines tiene dos
parmetros desconocidos los cuales son determinados a partir de dos
puntos conocidos de la curva de tamaos, uno de los puntos es el
tamao-fino y el otro es 1.5 veces el tamao-fino. La Figura 10
muestra un ejemplo de la curva de tamaos calculada a partir de una
imgen de una pila de material en bruto asumiendo una distribucin
Schumann para los finos. La parte de la curva de tamaos mostrada en
gris representada a los finos.
-
Figura 10. Curva de tamaos de una imgen de una pila de material
en bruto generada con Split-
Desktop Presentacin y exportacin de los resultados de la curva
de tamaos Una vez que la curva de tamaos ha sido calculada, esta
puede ser graficada de 4 formas distintas: lineal-lineal,
log-lineal, log-log, y Rosin-Rammler. La Figura 10 es un ejemplo de
una grfica log-lineal. A un lado de cada grfica se muestran los
datos de la curva de tamaos en cualquiera de cuatro formatos
(estandar ISO, estandar Britanico, estandar US, no estandar). Los
P20, P50, P80 y tamao-mayor tambin se muestran. La curva de tamaos
y el porcentaje de tamaos pasables son guardados en archivos en el
disco duro de la computadora, en formato texto para ser utilizados
posteriormente en bases de datos o programas de graficacin. 4.
Confiabilidad del sistema Split-Online Muchos estudios de
calibracin sobre el sistema Split han sido realizados a travs de
los aos. Para estudios de calibracin que involucran a las pilas de
material en bruto, se toman imgenes de roca fragmentada en
situaciones reales en campo y son procesadas por el sistema Split y
por los mtodos tradicionles. Los estudios de calibracin del
Split-Online involucra el detener la correa transportadora, remover
y medir el material en la correa, y comparar los resultados con los
de las imgenes tomadas de la correa transportadora utilizando el
software Split. Varios de estos estudios de calibracin han sido
revisados por entidades independientes y los resultados han sido
publicados en varios reportes. Los estudios de calibracin se
utilizan por dos razones. Primero, los estudios se utilizan para
determinar la confiabilidad del sistema Split-Online en los lugares
donde las imgenes son obtenidas. Segundo, se ultilizan para ajustar
el factor que relaciona las areas sin particulas de las imgenes
delineadas (por ejemplo, las areas negras en las Figuras 4 y 5) con
la cantidad de finos en las imgenes de rocas fragmentadas que son
analizadas (detalles en la seccin 2). Para imgenes de correas
transportadoras, este factor se encuentra en el rango de 0.75 to
3.0. Este factor solo necesita ser determinado un sola vez para el
lugar especfico donde las imgenes de fragmentos de roca son
procesados (asumiendo que los lentes de las cmaras o el enfoque no
han sido cambiados). Como ser mostrado en esta
-
seccin, el sistema Split-Online es capaz de estimar la curva de
tamaos de fragmentos de roca con un muy alto grado de
confiabilidad. En muchos de los estudios de calibracin que han sido
conducidos, el procedimiento especifico para cribacin de los
fragmentos de roca se ajustan a la teoria de muestreo de Gy (Gy,
1976). En particular, JKTech (una divisin del Centro de
Investigacin de Minerales Julius Kruttschnitt) ha desarrollado un
procedimiento especifico para hacer cortes de correa
transportadora, para cribar, y para calibrar el sistema Split
basados en la teoria de muestreo de Gy: 1. Deje caer una seal en la
correa transportadora justo antes de la camara Split-Online, grabe
con la
cmara las imgenes de video a travs de toda la muestra y detenga
la correa transportadora. 2. Se tomarn dos muestras independientes
da la correa transportadora. Una de ellas comprender
todo el material presente y la otra comprender solamente roca
gruesa. 3. La muestra que comprende todo el material (9.75 a 22.75
pies / 3 a 7 metros) de la seccin de
correa transportadora es movido con pala a tanques de 55-galones
(200 litros). 4. En los prximos 22.75 a 65 pies (7 a 20 metros) de
la correa transportadora, todas las particulas
de roca gruesa de 3 pulgadas (75 mm) son seleccionadas y
recogidas a mano. Se debe de tener un cuidado especial en colectar
todas las particulas gruesas, incluyendo aquellas debajo de la
superficie.
5. La longitud exacta de la correa transportadora para cada una
de las muestras depende del tamao-mayor, cantidad de finos y de la
tasa de alimentacin del molino. Estas se calculan usando la teoria
de Gy la cul minimza el error estadistico cuando una muestra finita
es seleccionada para ser representativa de una poblacin grande.
Tipicamente las longitudes de muestras requeridas son:
SAG tasa de alimentacin del molino
Longitud de la muestra de la seccin de correa transportadora
Longitud de la muestra de roca gruesa
1200 tph 9.75 pies (3 metros) 22.5 pies (7 metros) 6. La muestra
de la correa que comprende todo el material ser cribada a 0.5
pulgadas (12.7 mm). 7. La muestra de + 0.5 pulgadas (12.7 mm) es
cribada en los siguientes tamaos: 10, 8, 6, 5, 4, 3, 2,
1 pulgadas (254, 203, 152.4, 127, 101.6, 76.2, 50.8, 25.4 mm) y
luego pesadas. 8. La fraccin de -0.5 pulgadas (-12.7 mm) es pesada
y sub-muestreada a 44 lb. (20 kg) utilizando un
partidor tipo Jones y posteriormente a 5.5 lb. (2.5 kg)
utilizando un partidor rotatorio. Esta sub-muestra es pesada,
secada, pesada de nueva cuenta y cribada en mojado a 1.68 mm. Ambas
sub-muestras se secan.
9. La criba de +10 (+0.066 pulgadas o + 1.68 mm) de la
sub-muestra es seleccionada en las siguientes medidas: 0.5, 0.375,
0.25, 0.187, 0.132, 0.094, 0.066 pulgadas (12.7, 9.51, 6.35, 4.76,
3.36, 2.38, 1.68 mm).
10. Las muestras de roca gruesa de la correa transportadora son
medidas en cribas qruesas en tamaos de 10, 8, 6, 5, 4 y 3 pulgadas
(254, 203.2, 152.4, 127.0, 101.6 y 76.2 mm). La curva de tamaos de
esta muestra es calculada, asumiendo que la fraccin de 3 pulgadas
(76.2 mm) tiene el mismo porcentaje que la muestra completa.
11. La curva completa de tamaos es entonces calculada tomando
promedios ponderados tanto del seccin de la correa que contiene
todo el material como de la que contiene solamente roca gruesa.
-
Validacin de los estudios en un molino SAG en Australia Se
realizaron varios estudios en un molino SAG en Australia en 1994
para conocer el efecto del tamao de la alimentacin en el desempeo
de un molino SAG. Una camara de video y un sistema de iluminacin se
colocaron sobre una correa transportadora, y se tomo un video de
tres horas de los fragmentos de roca que por ahi pasaban. Al
finalizar, la correa se detuvo y se removieron y analizaron los
fragmentos de roca en una seccin de 20 metros. Se analizaron varios
de estos estudios, utilizando el sistema Split-Online, para
determinar la curva de tamaos durante las tres horas en que la
cmara estuvo grabando y la curva de tamaos del material que fue
revisado al finalizar el videotape.
Figura 11. Comparacin entre Split y cribado para una muestra de
20 metros en el alimentador de un molino SAG en Australia (los
circulos representan el cribado, las lineas a Split)
La Figura 11 muestra la curva de tamaos que resultan tanto del
cribado (usando el metodo JKTech) como del sistema Split-Online
para seis muestras de 20 metros de correa. Estos resultados
muestran un error maximo de menos del 10%. Se asume una distribucin
Schuhmann para los finos (particulas menores de 30 mm en este
caso), esta figura muestra que este supuesto resulta en una
comparacion muy precisa entre Split y el cribado para tamaos
menores a 30 mm. Estudios de calibracin en la mina de oro KCGM,
oeste Australiano
-
El sistema Split fue instalado en la mina de oro KCGM en el
oeste de Australia 1998 para monitorear la alimentacin del molino
SAG. Un estudio inicial de calibracin fue realizado a principios de
1998 donde se muestreo una seccin de 20 metros de correa
transportadora y se compararon los resulados de cribado (metodo
JKTech) con los de Split. Se encontro un factor de 1 para dar el
mas cercano resultados entre cribado y Split. Los resultados con el
factor de 1.0 se muestran en la Figura 12.
Figura 12. Comparacin entre Split y cribado para una muestra de
20 metros de la alimentacion al molino SAG en la mina KCGM del
oeste de Australia.
A finales de 1998 un segundo estudio de calibracin fue realizado
despues de realizar algunos cambios en la forma en que las imgenes
se capturaban. En particular, los lentes de distancia focal fija
fueron cambiados por lentes con zoom y con distancias focales mas
pequeas de modo que una area mas grande de los fragmentos de roca
fuera capturada. Para esta nueva configuracin, se encontro un
factor de 2.0 para dar optimos resultados. La Figura 13 muestra los
resultados tanto para el factor original de 1.0 como para el factor
revisado de 2.0 resultante de la segunda prueba de calibracin en
KCGM.
Figura 13. Comparacin entre Split y cribado para una seccin de
20 metros de la aliemntacion del molino SAG en la mina KCGM del
oeste de Australia, recalibrado despues de que el lente fue
cambiado para permitir la toma de una area mas grande de los
fragmentos de roca.
Estudios de calibracin en la mina Minera Alumbrera, Argentina Se
instalaron tres sistemas de Split en la mina Alumbrera en Argentina
a principios de 1999 para monitorear el producto del triturador
primario, la alimentacin del molino SAG y el producto del
triturador primario. Se realizaron tres estudios de calibracin en
lugares distintos, los cuales consistieron en una seccin de 20
metros que se cribaron utilizando la tecnica JKTech y comparandolos
con los resultados de las imaganes procesadas por Split. La prueba
CV01 se realizo para monitorear el producto del triturador
primario, las pruebas CV03 y CV04 se realizaron en los lugares
que
0
20
40
60
80
100
1 10 100 1000
Seccion de banda 20m - KCGM alimentador SAG
PalaSplit
%Passing
Tamano(mm)
0
20
40
60
80
100
0.1 1 10 100
Seccion de banda - KCGM alimentador SAG
PalaSplit (factor=1.0)Split (factor=2.0)%
Passing
Tamano (mm)
-
monitoreaban la alimentacion a los molinos SAG 1 y SAG 2,
respectivamente. Se encontro un factor de 1.5 para dar el resultado
mas cercano entre cribado y Split. Los resultados de las pruebas
CV01, CV03, y CV04 usando el factor de 1.5 se muestran el la Figura
14. Solamente en la prueba CV04 el error es cercano al 10%. En las
otras dos pruebas, la concordancia entre el cribado y Split son
menores al 5%.
Figura 14. Comparacin entre Split y cribado para tres seccines
de 20 metros de correa transportadora de la alimentacin del molino
SAG y del producto del triturador primario en la mina Alumbrera de
Argentina. a) Prueba CV01, b) Prueba CV03, c) Prueba CV04
Se han realizado muchos estudios de calibracin que no han sido
mencionados en este reporte. Estos incluyen estudios de calibracin
conducidos en pilas de material en bruto, camiones de accareo, y
varios estudios adicionales en correas transportadoras. Los
resultados de algunos de estos estudios de calibracin pueden ser
encontrados en otros reportes ya publicados (Kemeny, 1994; Girdner
et al. 1996, Liu y Tran, 1996). Todos los estudios de calibracin
soportan la conclusin de que el software Split puede estimar la
curva de tamaos de roca fragmentada con una confiabilidad de +/-
10%. 5. Referencias Astoy, Y., Brunton, I., Tapia-Vergara, F., and
Kanchibotla, S.S., " Implantation of Split to Estimate the
Size Distribution of Rocks in Mining and Milling Operations"
Mine to Mill 1998 Conference The Australian Institute of Mining and
Metallurgy, Publication Series No 4/98, pp. 227-233.
0
20
40
60
80
100
1 10 100 1000
Banda alimentadora SAG Alumbrera - CV01
PalaSplit
%Passing
Tamano (mm)
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40
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1 10 100 1000
Banda alimentadora SAG Alumbrera - CV03
PalaSplit
%Passing
Tamano (mm)
0
20
40
60
80
100
1 10 100 1000
Banda alimentadora SAG Alumbrera - CV04
PalaSplit
%Passing
Tamano (mm)
-
Franklin, John and Takis Katsabanis, 1996, Measurement of Blast
Fragmentation, A.A. Balkema. Girdner, K, Kemeny, J., Srikant, A.,
and R. McGill. 1996. The Split system for analyzing the size
distribution of fragmented rock, Proceedings of the FRAGBLAST-5
Workshop on Measurement of Blast Fragmentation (Franklin, J. and T.
Katsabanis, eds.), Montreal, Quebec, Canada, pp. 101-108.
Gy, P.M. 1976. The sampling of particulate materials - a general
theory, Symp. Of Sampling Practices in
the Min Ind, Melbourne, Sept, 17-34 (AusIMM). Kemeny, J., 1994,
"A practical technique for determining the size distribution of
blasted benches, waste
dumps, and heap-leach sites", Mining Engineering, Vol. 46, No.
11, pp. 1281-1284. Liu, Q., and Tran, H. 1996. Comparing systems -
Validation of Fragscan, WipFrag, and Split,
Measurement of Blast Fragmentation, J. Franklin and T.
Katsabanis eds, A.A. Balkema, pp 151-155.
