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基于光流法的气密性检测装置研究

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  • 发布时间:2014-08-15
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为确保产品质量,消除安全隐患,密闭容器出厂前必须做密封性能检测。充气检测是其常规检测方法,被称为气密性检测。

气密性检测的方法有超声波法、直接压力测试法、压差测试法、气泡法、涂抹法等 。其中,气泡法和涂抹法难以定量检测。其他方法可以定量检测,但不能确定泄漏的具体位置。随着科技的进步,对压力容器气密性同时进行定性 、定量检测已成为可能。王红- 等人b 利用高速摄像法对垂直矩形管内不同直径气孔产生的上升气泡进行了实验测量研究,对不同工况下气泡的特征参数和运动曲线进行对比分析,总结了气泡的运动规律。O.Zielinski等 提出了-个用光流概念来检测气泡的新图像处理方法,在理想实验条件下完成了对运动气泡的检测,但是所检测的气泡结构单-,没有考虑到有很多气泡产生时,气泡图像的重叠。NaYm Samet 用超声波方法检测了粘性流体中气收稿日期:2013-02-25作者简介:吴春龙(1989-),男,浙江淳安人,主要从事工业过程控制与综合 自动化方面的研究.E-mail:1055236866###qq.COrn通信联系人:潘海鹏 ,男 ,教授,硕士生导师.E-mail:pan###zstu.edu.cn- 948 · 机 电 工 程 第30卷泡的大型数量。但在实际应用中,气泡所在的流体并不是理想状态,有-定的浑浊度和粘性,且气泡在上升的过程中会发生重叠和聚散的现象。以上研究于实际应用有-定的困难。

为实现定量检测与定位检测相结合,本研究将图像处理法应用于实际,研究以光流法为核心的气泡图像处理算法,并基于该方法设计-套半自动化的基于机器视觉的压力容器气密性检测系统,最后,通过实验验证该方法的可行性。

高速摄像机玻璃缸图2 高速摄像系统模拟图1 气密性检测系统工作原理 3 基于光流法的气泡图像检测法基于机器视觉的气密性检测系统主要由视觉传感、图像处理和机械设备三大拈组成。视觉传感利用高速摄像机、图像监视器、电脑及视频采集卡对水中气泡进行拍摄和记录;图像处理主要是利用Matlab对采集到的气泡图像应用光流原理进行分析处理,识别出气泡的大孝数量及泄漏口,并转变为数字信号传人控制系统中;机械设备是设计机械结构来装卸待检压力容器,自动执行控制系统给出的命令。该系统利用计算机得出的数字信号转变为开关量信号,控制机械设备的启停运行,以达到控制的目的。基于机器视觉的气密性检测系统原理如图1所示。

待检压力容器摄像图像处理返修电FOg-控制n :; l1合格品图1 基于机器视觉的气密性检测系统组成2 气泡图像的采集视觉传感拈包括高速摄像机、图像监视器、电脑及视频采集卡。该套设备主要用来对气泡拍摄并记录其在水中的运动,图像采集系统如图2所示,用高为650 mm,底截面为 1 130 mmX520 mm的透明长方体有机玻璃缸盛水,将加了0.8 MPa气压的待检测压力容器沉人水中,用高速摄像机拍摄压力容器在水中是否有气泡,并将所拍得的照片信息传人计算机进行处理。高速摄像机采用的分辨率为512x480,型号为Photron Fastcam Super 10K,Model 10KC,拍摄速度为30 fps,每次拍摄时间为16 S。

图像处理是利用Matlab将采集到的图像进行光流计算以获得气泡的表面信息。利用该方法可直观地显示气泡的大孝分布及运动过程,对流场内的气泡运动可进行无干扰检测。

3.1 光流图像处理方法光流通常定义为-个图像序列中的图像亮度模式的表观运动 。在图像序列中,通过像素强度在时域与空间上的变化及像素之间的相关性,可以确定各像素位置的运动”。

假设图像上-点u,其灰度值为I(x,Y, ,速度为 ,Vy)。因光照完全均匀,跟踪的像素点的亮度不随着时间发生变化,经过-段时间 后,有下式成立:I(x,Y, I(xAx,YAy,t△) (1)求导后,整理得光流约束方程为: 0 (2)由于光流法存在孔径问题,只有-组 、 可以直接计算出来。为避免估计不足,Horn和Schunekn 提出了-种基于光流的全局平滑约束的算法,利用全局能量泛函,求其最携以获得光流常为追踪拍摄 ,用矢量 和 表示每个像素点在水平和垂直方向上的速度。于是实际速度 可以由下式推出: (3)的物理意义就是灰度图像上目标对象像素点的移动变化。气泡的位移图像如图3所示,用高速摄像机拍摄同-个气泡两次,前后间隔0.2 s~拍摄到的图像合成到-起,可以看出气泡发生了位移。

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