Nuevos avances en software para el análisis digital de imágenes para cuantificar los tamaños de fragmentación 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 áreas de escavado y tronadura, cambios menores en los parámetros de tronadura pueden tener un efecto mayor en la fragmentación resultante. La pregunta, 'Como podría quantificar eficientemente los cambios en la fragmentación?' ha estado presente con ingenieros de escavado, tronadura, y metalurgistas por años. Este reporte revela las últimas mejoras que han sido incorporadas al software Split-Online™ y Split-Desktop™ que proporcionan la curva de tamaños de roca fragmentada. Los paquetes de software Split™ que cuantifícan la fracturación mecánica y/o quimica de rocas, han sido mejorados a lo largo de nueve años. Sugerencias de mejoría hechas por clientes y por nuestro personal de investigación han sido incorporados al software para incrementar la funcionalidad de estos paquetes de software ya de por si versátiles. El sistema Split-Online permite a ingenieros tomar decisiones sobre control de procesos, basados en información enviada a un sistema de control DCS o a un sistema experto en tiempos muy cercanos al real. Las imágenes son adquiridas por cámaras de video CCD montadas sobre correas transportadoras o en lugares de descarga de camiones y enviadas a una computadora a través de fibra optica. Las imágenes son procesadas utilizando el software de Split-Online. Los resultados son mostrados en pantalla y con salidas analógicas 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 imágen es procesada. Para quantificar la fragmentación en areas que no estan sujetas a automatización se útiliza el software Split-Desktop, estos lúgares pueden ser entre otros, pilas de material en bruto, pilas de material de lixiviación 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 diseño de la explosión afecta la fragmentación post-tronadura. Este reporte describe los últimos avances en el software y los detalles que mejoran su funcionalidad. Copyright
2000 by Split Engineering LLC
1. Introducción Split es un software de procesamiento de imágenes para determinar la curva de tamaños 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 versión del sistema Split para el continuó monitoreo de roca fragmentada en correas transportadoras y en lugares propios para la instalación permamanente de cámaras de video. Una descripción del sistema Split-Online es presentada en la sección 2 de este reporte. La versión desktop del software Split (Split-Desktop) referido como la versión “asisitida por el usuario” puede ser utilizada por ingenieros o técnicos de mina en lugares como pilas de roca post-explosivos, y pilas de material de lixiviación. Una descripción del sistema SplitDesktop es presentada en la sección 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 público NIH para procesamiento de imágenes, 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 éxito de los programas de Split en los últimos años de su desarrollo, la compañia Split Engineering, LLC (referida a partir de ahora como Split Engineering), obtuvo licencia de la Universidad de Arizona para continúar con el desarrollo y comercialización del software. La companía incluye al profesor que originó el concepto, dirigío la investigación y desarrollo del software y a los últimos estudiantes de postgrado que estuvieron involucrados en el desarrollo y las aplicaciones de campo. El propósito de Split Engineering es el de comercializar los programas de Split en las industrias mineras y de procesamiento de minerales, así como el continuar con la investigación para mejorar aún más el software Split y para desarrollar nuevas tecnologías para estas industrias. Muchos de los esfuerzos de investigación y desarrollo son conducidos conjuntamente con la Universidad de Arizona y con el Centro de Investigación de Minerales Julius Kruttschnitt en Brisbane, Australia. Hay muchas mejorías recientes que han sido incluidos en los programas Split-Online y Split-Desktop y que son publicados por primera vez en este reporte. Cada mejoría 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 tamaños de las particulas roca en casi todos los lugares donde una reducción de tamaño de roca se esta llevando a cabo. Estos lugares incluyen: pilas de roca post-tronadura, alimentación y producto de trituradores primarios, secundarios y terciarios, y alimentadores de molinos de bolas, rodillos, SAG y AG. Los programas SplitOnline y Split-Desktop son capaces de acertádamente determinar la curva de tamaños de fragmentos de roca visibles, ademas de estimar correctamente el porcentage de finos. Una descripción de los estudios de validación llevados a cabo utilizando los programas Split son descritos en la sección 4 de este reporte. Millones de dolares pueden ser ahorrados cada año al utilizar el software Split para controlar y optimizar los procesos de quebrado, triturado y/o molienda.
2. Descripción del sistema Split-Online Split-Online es la versión de Split para el monitoreo continúo de los tamaños de fragmentos de roca en lugares donde la instalación permanente de cámaras de video es posible. El lugar mas conveniente para la instalación de dichas cámaras es sobre correas transportadoras. Entre otros lugares se incluyen maquinas de alimentación 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
la instalación permanente de cámaras. En el caso de camiones de accareo de mineral de mina a pilas de material de lixiviacion, o roca de desecho a tiraderos, una cámara puede ser instalada permanentemente sobre uno de los accesos de acarreo. Split-Online opera continúamente y puede capturar imágenes de una o mas cámaras en tiempos predeterminados por el usuario o al ser activado por algún switch de operación como lo podria ser el activado por la descarga de un camión de accarreo. Split-Online calcúla una curva completa de tamaños de roca para cada una de las imágenes que captura. Asi como el porcentaje de material de tamaño pasable por criba en rangos de 10 por ciento, desde 10 hasta 90 por ciento. El programa muestra gráficas con la última distribución de tamaños que fue calculada por cada cámara y una tendencia de 24 horas del F80 asi como datos tabulares de la curva de tamaños y algunos valores promedio para ciertos intervalos de tiempo. Esta información puede ser transmitida a redes o computadoras externas, usando una señal 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 imágenes tomadas, ademas de transmitir datos a otros lugares remotos.
DCS 4-20 mA signals
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 adquisición de imágenes de una o más cámaras digitales. El segundo componente se refiere a la delineación automática de cada una de las imágenes capturadas. El tercer componente del software involucra el calcúlo de la curva de tamaños basados en la información de delineación de los fragmentos. Finalmente, el cuarto componente muestra los resultados de la curva de tamaños en pantalla y permite la exportación de estos resultados a computadoras o redes externas. Cada uno de estos componentes son descritos a continuación. Adquisición y escalamiento de imágenes Una instalacíon típica de una cámara sobre una correa transportadora se muestra en la figura 1, normalmente se útiliza equipo de iluminación industrial para obtener iluminación constante y adecuada, la cámara de video CCD se coloca en el centro de dicho equipo de iluminación. La computadora se coloca en una area libre de polvos en lugares como una subestación, o un cuarto de control de los trituradores primarios o molinos. Se emplea fibra óptica para la transmisión de la señal de video, esto permite la colocacíon de cámaras a una distancia hasta de 3 km de la
computadora. La computadora tiene una tarjeta para sujetar imágenes digitalizadas y que son directamente alimentadas al software de Split-Online. La Figura 2 muestra una imágen típica de la alimentación al triturador primario, y la Figura 3 muestra una imágen típica del producto del triturador primario. El escalamiento de las imágenes se realiza al momento de la instalación, después de que el equipo ha sido posicionado y las cámaras 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 cámaras o la distancia entre el material y la cámara han cambiado. Esta información, 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 imágenes individuales, Split-Online se ajusta para tomar y procesar varias imágenes y proveer la curva de tamaños de este grupo de imágenes. Split-Online permite al usuario establecer el número de imágenes 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 imágenes sucesivas de modo de obtener imágenes continúas. Para camiones de accarreo, las imágenes son tomadas cuando el camión empieza a descargar y accióna un interruptor que esta siendo monitoreado por el software. El usuario puede determinar el número de imágenes a ser tomadas y procesadas durante el proceso de descarga. Es importante que para la adquisición de imágenes, la iluminación sea lo más adecuada y constante posible. En la mayoría de las instalaciones, las cámaras son montadas en lugares cerrados o estructuras donde la única fuente de luz es artificial lo que mantiene los niveles de luz muy constantes. Sin embargo, en algunos casos no es práctico el instalar las cámaras 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 día y luz artificial lo hace durante la noche. La intensidad de la luz solar puede cambiar drasticamente en días muy nublados o muy soleados, cuando algunas sombras entran a las imágenes, o con sombras producidas al amanecer y al anochecer. Estas situaciones son extremadamente difíciles para aplicaciones de imágenes pero son una realidad en la industria minera. El software Split Online incluye modificaciones recientes que proveen las soluciones apropiadas para estas situaciones difíciles. Una de estas modificaciones es la selección automática de perdida y ganancia del sujetador de imágenes que cambia la forma en que la señal de vidéo es transformada de analógica a digital. Este resultado es más 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 más hacia el color negro. El objetivo de incrementar la ganancia es el de ampliar el histograma o incrementar el contraste en las imágenes. La selección de perdida y ganancia óptimas es un proceso automático e interactivo, que óptimiza los valores de acuerdo a las condiciones actuales de iluminación. 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 imágen puede impactar severamente la exitosa delineacion de las particulas de roca. La forma del histograma de la escala de grises identifica esta condición. Imágenes con muchas sombras tendran un histograma bi-modal con picos bien definidos. Antes de ser procesada, la imágen es clasificada como aceptable o rechazada por tener demasiadas sombras. Esto podria crear cierta falta de datos durante ciertas horas del día pero esto es preferible al hecho de procesar imágenes que podrían 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 imágenes con bajo contraste tambien son descartadas y se presumen como imágenes vacias. Este proceso no seria necesario si un detector de peso en la correa transportadora es conectado en la
computadora de Split atravez de un sistema de control DCS o PLC. El programa monitorea este interruptor y no toma imágenes cuando el tonelaje está por debajo de un nivel pre-establecido. La adquisición de imágenes en camiones de accareo puede ser disparado por un interruptor. El interruptor se accióna cuando un radar o un señal auditiva que indica que un camión esta localizado en la zona de descarga y que ha empezado ha descargar. El usuario puede determinar el número de imágenes ha ser capturadas cuando el material se desliza hacia el triturador y revela el material oculto debajo de la superficie. Estas imágenes pueden ser capturadas mientras se realiza el procesamiento de imágenes de otras cámaras y guardadas para ser procesadas posteriormente. La implementación para la captura y el procesamiento de imágenes de camiones de accareo es discutido en Atasoy, et al, 1998. Cada vez que se captura una imágen de video en vivo, la imágen se guarda en el buffer del sujetador de imágenes. Si la imágen de video se corta por alguna razón, aún habrá mas imágenes guardadas en el buffer. El algorítmo de identificación de cámara indica si es que la imágen es en vivo o se trata de la última imágen capturada. Este algorítmo fue codificado en el programa Split como una verificación del equipo de cámaras y de las señales de video de cada una de ellas. Si la imágen ha sido determinada como procedente de una señal en vivo y no lo es, un mensaje en la pantalla del sistema Split-Online indicará que la cámara necesita ser verificada.
Figura 2. Imágen tipica de la alimentación de un triturador primario (la barra en la imágen es de 8 pulgadas)
Figura 3. Imágen tipica del producto del triturador primario (la barra en la imágen es de 8 pulgadas) Delineación de los fragmentos Una vez que las imágenes 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 imágenes. Antes de la delineacion de los fragmentos, generalmente se realiza un pre-procesamiento para corregir los problemas de iluminación. Como se mencionó anteriormente, los problemas más comunes de iluminación son luz insuficiente, iluminación no-uniforme, sombras, y algunos efectos de la transición del día a la noche. Este tipo de problemas son comunes aún cuando se ha tomado las acciones para evitarlos. Por ejemplo la Figura 3 tiene una area brillante debido a iluminación no uniforme. Split tiene dos métodos de corrección de luminación. El primero es la utilización de un filtro de paso bajo en el cuál la imágen original es suavizada con el filtro, los valores promedio son divididos en dos y sustraidos de la imágen original. En el segundo método, 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 imágen sustraida. Ambos métodos son probados durante la instalación y el mejor método de corrección de iluminación es seleccionado para cada aplicación especifica. Después del pre-procesamiento, el programa Split-Online automaticamente delinéa los fragmentos utilizando algorítmos basados en los siguientes 4 pasos: filtro gradiente, analisis de convexidad de umbrales y de sombras, algorítmo Split, y algorítmo Watershed. Los detalles de estos pasos son descritos en Kemeny (1994) y en Girdner et al. (1996). Una mejora reciente, fue hecha para la identificación de sombras entre partículas. 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 óptimo es determinado para nueve regiones diferentes en la imágen y es interpolado con pixels individuales, por un método heuristico que máximiza el número de sombras no conectadas e individuales. Este método tambien ayuda a delinear particulas más pequeñas en la región de finos.
El resultado de la delineacion automática es una imágen 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 imágenes binarias resultantes de la delineacion de las imágenes mostradas en las Figuras 2 y 3, respectivamente. Las áreas negras en estas imágenes muestran las fronteras de las particulas además de material fino y espacio vacio entre las particulas. Esta área negra va a ser muy importante en la estimación de la cantidad de finos, lo cúal será descrito más adelante.
Figura 4. Delineacion de las imágenes de alimentación (Figura 2)
Figura 5. Delineacion de las imágenes de producto (Figura 3)
Cálculo de la curva de tamaños Una vez que los fragmentos individuales en las imágenes han sido delineados, el siguiente paso es el de utilizar las caracteristicas de dichos fragmentos para calcular la curva de tamaños. Estas dimensiones incluyen el area y dimensiones de cada fragmento y las de las regiones sin particulas (áreas negras en la figura anterior). La determinacion del tamaño 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 estimación de la cantidad de finos en una imágen y la distribución que se asume ha sido recientemente mejorada y es descrita detalladamente a continuación. Existen dos razones por las que los finos no son tomados propiamente en cuenta en imágenes de roca fragmentada. Antes que nada, el material fino no esta siempre presente en la superficie de los fragmentos debido a vibración, 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 imágen y de la resulocion, los fragmentos finos individuales son demasiado pequeños 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 tamaños de los finos a ser tomado en cuenta como finos (referido como tamaño-fino) es determinado y la cantidad de material mayor a este volumen es calculado. Los tamaño-finos son diferentes para cada imágen dependiendo de la escala y la forma del histograma de particulas que se encuentran en la imágen. Para imágenes de material en pilas de roca post-tronadura, el tamaño-fino podría ser tan grande como 100 mm, y para imágenes de pequeños fragmentos con acercamiento, los tamaños-finos pueden ser tan pequeños como 0.1 mm o menos. El calcúlo de los finos en una imágen proviene de dos fuentes: La identificación de particulas más pequeñas que el tamaño-fino y las regiones de la imágen no delinedas representadas en negro. Se asume que solamente algún porcentaje de las regiones en negro constituyen finos, dado que algunas las áreas 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 área total de finos es entonces el porcentaje del área total en negro como se determinó anteriormente más el área de particulas menores al tamaño-fino. Finalmente, se asume que el porcentaje total del volumen de finos para las rocas fragmentadas representadas en una imágen es igual al porcentaje del área de finos en la imágen. La mejor medida para este factor es determinado en cada instalación en una calibración donde los resultados de Split son comparados al curva de cribación de una sección de la correa tranportadora. El segundo paso es determinar una curva realista para el material fino. En Split-Online, una distribución Schuhmann es usada para distribuir el volumen de los finos abajo del punto de corte para finos. Existen dos parámetros desconocidos en la distribución Schuhmann y son determinados por dos puntos conocidos de la distribución, uno es el tamaño-fino y el otro 1.5 veces el tamaño-fino. La Figura 6 muestra la distribución de tamaños calculado, utilizando las imágenes de alimentación y producto mostrados en las figuras 4-5, y utilizando la distribución 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 tamaños de finos a partir de las imágenes de alimentación y de producto mostradas en las Figuras 2 y 3.
Presentación y exportación de los resultados de la distribución de tamaños Cada vez que Split-Online captura y procesa un grupo de imágenes, la pantalla que muestra la curva de tamaños, incluyendo los porcentajes de tamaños 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 más reciente curva de tamaños. En la parte superior derecha de la pantalla, se muestra la tendencia de 24horas de los porcentajes de tamaños (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 tamaño-mayor de la última muestra. Mientras que el software esta procesando imágenes, la imágen que esta en proceso se mostraría 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 información de la curva de tamaños es enviada, por medio de señales analógicas (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 tamaño-mayor. La curva de tamaños y los porcentajes en movimiento son guardados en archivos en el disco duro de la computadora para cualquier análisis futuro a través de programas de base de datos (el software de administración de datos que utiliza Split es Microsoft Access), hojas de calculo o con programas de graficación. 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
3. Descripción del sistema Split-Desktop La versión desktop de Split se conoce como la versión del software que es "asistida por el usuario" y que puede ser utilizada por ingenieros o técnicos de mina directamente en campo. El sistema SplitDesktop contiene el software de split, computadora, teclado y monitor. Deberá de existir un mecanismo (software o hardware) para transmitir imágenes digitales o de video a la computadora. Para cámaras digitales se requiere del software que acompaña a la cámara y para cámaras de video se requiere una tarjeta sujetadora de imágenes. Se recomienda una cámara digital para una mayor resolución de imágenes y para facilitar la selección de las mismas. El primer paso es que el usuario adquiera las imágenes en campo y las transfiera a la computadora. La fuente de estas imágenes puede ser pilas de material en bruto, camiónes de accareo, pilas de lixiviación, puntos de extración, tiraderos de desmonte, almacenamientos de mineral, correas transportadoras, o cualquier otro lugar en donde imágenes claras de roca fragmantada pueden ser obtenidas. El software de Split ayuda al usuario a escalar adecuadamante las imágenes. Split puede ahora automaticamente delinear los fragmentos en cada una de las imágenes y claramente determinar la distribución de los tamaños de los fragmentos de roca. Split permite que la distribución de tamaños resultante sea graficada en varias formas (linearlinear, log-linear, log-log, y Rosin-Rammler). Los datos de la curva de tamaños resultante puede tambien ser guardada en archivos con campos delineados para ser accesados por hojas de cálculo o programas de gráficas. La versión desktop del software de Split tiene cinco partes importantes. La primera parte del programa se relaciona con el escalamiento de las imágenes tomadas en el campo. La segunda parte involucra la delineación automática de los fragmentos de roca en cada una de las imágenes que son procesadas. La tercer parte permite la edición de los fragmentos delineados para asegurar resultados de alta calidad. La cuarta parte involucra el cálculo de la distribución de tamaños basada en la información de los fragmentos delineados. Finalmente, la quinta parte se refiere a la graficación o exportación de los resultados. Cada uno de las cinco partes de programa son descritos a continuación. Adquisición y escalamiento de imágenes Existen muchas maneras en que las imágenes pueden ser adquiridas en el campo y escaladas. Por ejemplo, si las imágenes son tomadas en una correa transportadora, la escala de las imágenes es muy directa y puede ser tan simple como medir el ancho de la correa. Cuando se adquieren imágenes de pilas de material en bruto, el anguló de la pendiente relativo al eje de la cámara necesita ser considerado. Si este no es perpendicular, la escala representada en la imágen varía uniformemente desde la parte más baja hasta la más alta de la pendiente. Existen varias formas para corregir la escala en imágenes de pilas de material en bruto. La forma más simple es la de colocar dos objetos de tamaño conocido en la imágen, uno cercano a la parte más baja de la pendiente y el otro cerca de la parte alta de la pendiente, como se muestra en la Figura 8. Otro método es el de utilizar un telémetro para determinar la distancia de la cámara tanto a la parte baja de la pendiente como a la parte alta de la misma y calcular los factores de calibración para cada camara conociendo el enfoque del lente.
Figura 8. Imágen tipica de una pila de material en bruto (las pelotas de escalamiento en la imágen son de 10 pulgadas de diamentro) El programa Split ha sido diseñado para permitir el escalamiento en todos los métodos de adquisición de imágenes descritos. Para imágenes donde dos objetos son incluidos en la imágen, una herramienta de escalamiento interactivo del programa puede ser utilizada para escalar la imágen. Para imágenes donde el telémetro es utilizado, la distancia a la parte baja y alta de la pendiente asi como el factor de calibración de la camara pueden ser alimentados al software. Delineación de los fragmentos Una vez que las imágenes han sido adquiridas y escaladas, el siguiente paso que Split realiza es delinear los fragmentos individuales de roca en cada una de las imágenes. Las mismas correcciones de iluminación y algorítmos de punto de umbral descritos en la sección previa son utilizados. Despues de este pre-procesado, el software Split-Desktop automaticamente delínea los fragmentos utilizando una serie de algorítmos basados en los siguientes 4 conceptos: filtro de gradiente, analisis de convexidad de sombras, algorítmo de Split, y algorítmo de Watershed. Los detalles de estos conceptos son descritos en Kemeny (1994) y en Girdner et al. (1996). El resultado de la delineación automática es una imágen binaria (2 niveles de gris, negro y blanco) que contiene particulas blancas y fondo negro. La Figura 9 es la imágen binaria resultante de la delineación de la imágen de la pila de material muck pile mostrada en la Figura 8 (algunas ediciones han sido realizadas las cuáles se muestran en gris y son descritas en la siguiente sección). Las areas negras de estas imágenes contienen material fino demasiado pequeño como para ser delineado ademas de espacios vacios entre las particulas. Como se describe a continuación, las areas negras son muy importantes para estimar la cantidad de finos. Editando y delineando imágenes binarias En la mayoria de las imágenes de pilas de material en bruto y en muchas imágenes de otras fuentes como camiones de acarreo a pilas de lixiviación, hay ocasiones en que los algorítmos de delineación automática no delinean los fragmentos apropiadamente. Esto puede deberse a situaciones donde la iluminación es pobre, donde existe demasiada cantidad de finos en la imágen, la calidad de la imágen es baja o alguna otra razón. En estos casos, el archivo binario que contiene los fragmentos delineados necesita ser editado utilizando las herramientas manuales de edición del programa. Existen tres casos comunes donde se requiere de ediciones menores. Primero, si hay grandes aglutinamiento de finos en
la imágen, 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 podría dividir estos fragmentos grandes en fragmentos más pequeños. Tercero, algunas de las particulas delineadas no son ni fragmentos de roca ni finos y no deberian ser contados en la curva final de tamaños, 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 aquí descritas. El programa primero crea una serie de imágenes, donde una de las imágenes es la imágen delineada colocada sobre la imágen original y la otra imágen es la imágen original en la escala de grises. El usuario puede rapidamente cambiar entre la imágen original y la imágen delineada para determinar cúal parte necesita ser editada. Las tres formas de editado más 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 imágenes en menos de 3 minutos.
Figura 9. Delineación de la imágen de material en bruto de la Figura 8 Cálculo de la curva de tamaños Una vez que los fragmentos individuales en las imágenes han sido delineados, el siguiente paso es el de utilizar las caracteristicas de los fragmentos para calcular su curva de tamaños. 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 determinación del tamaño en la pantalla y el volume de cada fragmento son adecuadamente descritas en la sección 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 distribución de finos, la distribución Schumann y la distribución Rosin-Rammler. Cada una de esta distribuciónes tiene dos parámetros desconocidos los cuales son determinados a partir de dos puntos conocidos de la curva de tamaños, uno de los puntos es el tamaño-fino y el otro es 1.5 veces el tamaño-fino. La Figura 10 muestra un ejemplo de la curva de tamaños calculada a partir de una imágen de una pila de material en bruto asumiendo una distribución Schumann para los finos. La parte de la curva de tamaños mostrada en gris representada a los finos.
Figura 10. Curva de tamaños de una imágen de una pila de material en bruto generada con SplitDesktop Presentación y exportación de los resultados de la curva de tamaños Una vez que la curva de tamaños 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 gráfica log-lineal. A un lado de cada gráfica se muestran los datos de la curva de tamaños en cualquiera de cuatro formatos (estandar ISO, estandar Britanico, estandar US, no estandar). Los P20, P50, P80 y tamañomayor también se muestran. La curva de tamaños y el porcentaje de tamaños 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 graficación.
4. Confiabilidad del sistema Split-Online Muchos estudios de calibración sobre el sistema Split han sido realizados a través de los años. Para estudios de calibración que involucran a las pilas de material en bruto, se toman imágenes de roca fragmentada en situaciones reales en campo y son procesadas por el sistema Split y por los métodos tradicionles. Los estudios de calibración 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 imágenes tomadas de la correa transportadora utilizando el software Split. Varios de estos estudios de calibración han sido revisados por entidades independientes y los resultados han sido publicados en varios reportes. Los estudios de calibración se utilizan por dos razones. Primero, los estudios se utilizan para determinar la confiabilidad del sistema Split-Online en los lugares donde las imágenes son obtenidas. Segundo, se ultilizan para ajustar el factor que relaciona las areas sin particulas de las imágenes delineadas (por ejemplo, las areas negras en las Figuras 4 y 5) con la cantidad de finos en las imágenes de rocas fragmentadas que son analizadas (detalles en la sección 2). Para imágenes 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 específico donde las imágenes de fragmentos de roca son procesados (asumiendo que los lentes de las cámaras o el enfoque no han sido cambiados). Como será mostrado en esta
sección, el sistema Split-Online es capaz de estimar la curva de tamaños de fragmentos de roca con un muy alto grado de confiabilidad. En muchos de los estudios de calibración que han sido conducidos, el procedimiento especifico para cribación de los fragmentos de roca se ajustan a la teoria de muestreo de Gy (Gy, 1976). En particular, JKTech (una división del Centro de Investigación 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 señal en la correa transportadora justo antes de la camara Split-Online, grabe con la cámara las imágenes de video a través de toda la muestra y detenga la correa transportadora. 2. Se tomarán dos muestras independientes da la correa transportadora. Una de ellas comprenderá todo el material presente y la otra comprenderá solamente roca gruesa. 3. La muestra que comprende todo el material (9.75 a 22.75 pies / 3 a 7 metros) de la sección de correa transportadora es movido con pala a tanques de 55-galones (200 litros). 4. En los próximos 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 tamañomayor, cantidad de finos y de la tasa de alimentación del molino. Estas se calculan usando la teoria de Gy la cuál minimíza el error estadistico cuando una muestra finita es seleccionada para ser representativa de una población grande. Tipicamente las longitudes de muestras requeridas son: SAG tasa de alimentación del Longitud de la muestra de la Longitud de la muestra de roca molino sección de correa transportadora gruesa <300 tph 19.5 a 22.5 pies (6 a 7 metros) 65 to 81.25 pies (20 a 25 metros) 300 to 1200 tph 16.25 pies (5 metros) 48.75 pies (15 metros1) >1200 tph 9.75 pies (3 metros) 22.5 pies (7 metros) 6. La muestra de la correa que comprende todo el material será cribada a 0.5 pulgadas (12.7 mm). 7. La muestra de + 0.5 pulgadas (12.7 mm) es cribada en los siguientes tamaños: 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 fracción 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 submuestra es pesada, secada, pesada de nueva cuenta y cribada en mojado a 1.68 mm. Ambas submuestras 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 tamaños 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 tamaños de esta muestra es calculada, asumiendo que la fracción de 3 pulgadas (76.2 mm) tiene el mismo porcentaje que la muestra completa. 11. La curva completa de tamaños es entonces calculada tomando promedios ponderados tanto del sección de la correa que contiene todo el material como de la que contiene solamente roca gruesa.
Validación 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 tamaño de la alimentación en el desempeño de un molino SAG. Una camara de video y un sistema de iluminación 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 sección de 20 metros. Se analizaron varios de estos estudios, utilizando el sistema Split-Online, para determinar la curva de tamaños durante las tres horas en que la cámara estuvo grabando y la curva de tamaños del material que fue revisado al finalizar el videotape.
Figura 11. Comparación 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 tamaños 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 distribución 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 tamaños menores a 30 mm. Estudios de calibración 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 alimentación del molino SAG. Un estudio inicial de calibración fue realizado a principios de 1998 donde se muestreo una sección 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.
Seccion de banda 20m - KCGM alimentador SAG 100 Pala Split
80
Figura 12. Comparación entre Split y cribado para una muestra de 20 metros de la alimentacion al molino SAG en la mina KCGM del oeste de Australia.
% Pas 60 sin g 40 20 0 1
10
100
1000
Tamano(mm)
A finales de 1998 un segundo estudio de calibración fue realizado despues de realizar algunos cambios en la forma en que las imágenes se capturaban. En particular, los lentes de distancia focal fija fueron cambiados por lentes con zoom y con distancias focales mas pequeñas de modo que una area mas grande de los fragmentos de roca fuera capturada. Para esta nueva configuración, 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 calibración en KCGM. Seccion de banda - KCGM alimentador SAG 100 Pala Split (factor=1.0) Split (factor=2.0)
80
% Pas 60 sin g
Figura 13. Comparación entre Split y cribado para una sección 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.
40 20 0 0.1
1
10
100
Tamano (mm)
Estudios de calibración 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 alimentación del molino SAG y el producto del triturador primario. Se realizaron tres estudios de calibración en lugares distintos, los cuales consistieron en una sección 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
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%. Banda alimentadora SAG Alumbrera - CV03
Banda alimentadora SAG Alumbrera - CV01 100
100
80
80
Pala Split
% Pas 60 sin g 40
% Pas 60 sin g 40
20
20
0
0 1
10
Pala Split
100
1000
Tamano (mm)
1
10
100
1000
Tamano (mm)
Banda alimentadora SAG Alumbrera - CV04 100 Pala Split
80
Figura 14. Comparación entre Split y cribado para tres secciónes de 20 metros de correa transportadora de la alimentación del molino SAG y del producto del triturador primario en la mina Alumbrera de Argentina. a) Prueba CV01, b) Prueba CV03, c) Prueba CV04
% 60 Pas sin g 40 20 0 1
10
100
Tamano (mm)
1000
Se han realizado muchos estudios de calibración que no han sido mencionados en este reporte. Estos incluyen estudios de calibración 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 calibración pueden ser encontrados en otros reportes ya publicados (Kemeny, 1994; Girdner et al. 1996, Liu y Tran, 1996). Todos los estudios de calibración soportan la conclusión de que el software Split puede estimar la curva de tamaños 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.
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.