阀体气密性智能监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种阀体气密性智能监测系统及方法，本系统融合视觉智能检测技术、人机交互技术和伺服驱动技术等先进技术，不仅提高了检测的效率以及精确度，减少了人力消耗，而且安全可靠性也有所提高。本发明专利技术通过安装在基板运行轨迹上的直线位移传感器，并结合模糊PID算法，实现了基板位置全闭环控制系统，以达到基板精确定位的效果。在阀体上下料方面，使用带有位置检测装置的上下料机械手，以保证其运动的定位精度，不仅减少了人力消耗，而且使装置上的机械手能够可靠精准地抓取阀体。在气泡检测方面，针对设备遮挡、光照变化、干扰信号的问题，提出了改进气泡图像处理算法，并通过气泡的数量及大小判断阀体是否合格。

Air tightness intelligent monitoring system and method

The invention provides an intelligent monitoring system and method for the air tightness of the valve body. This system combines the advanced technology of visual intelligent detection, human-computer interaction and servo drive technology, which not only improves the efficiency and accuracy of detection, reduces the manpower consumption, but also improves the safety and reliability. Through the linear displacement sensor mounted on the running track of the substrate and the fuzzy PID algorithm, the full closed loop control system of the substrate position is realized to achieve the accurate positioning of the substrate. On the side of the valve body and down material, the upper and lower material manipulator with position detection device is used to ensure the positioning accuracy of the motion, not only reduces the manpower consumption, but also enables the manipulator to grasp the body reliably and accurately. In the field of bubble detection, aiming at the problem of equipment occlusion, illumination change and interference signal, an improved bubble image processing algorithm is proposed, and the body of the valve is judged by the number and size of the bubble.

【技术实现步骤摘要】
阀体气密性智能监测系统及方法
本专利技术涉及阀体性能测试设备
，特别是涉及一种阀体气密性智能监测系统及方法。
技术介绍
阀体广泛应用于与居民生活及工业生产密切相关的行业，如燃气输送和利用，石油输送和贮存利用等。输送系统所使用的阀体是系统的关键设备，其气密性直接影响燃气、石油输送及贮存系统安全性和可靠性，涉及人民财产和生命安全，因此阀体气密性检测就显得尤为重要。早期的气密性检测设备基本使用手动控制，不仅效率低，人力消耗大，而且很容易出现误判断现象；现有的气密性检测系统仍然在效率、安全性、可靠性等方面存在不足，尤其是系统的自动化和智能化程度低、人力消耗大，在较大程度上影响生产效率，通过人力实现阀体上下料就是其中之一。近年来，随着智能检测技术的发展，具有友好的人机交互功能的智能监测系统深受人们青睐，通过人机交互系统把PLC、伺服驱动、智能检测等融为一体，实现监测系统智能化和自动化成为人们追求的目标。在气泡检测方面，由于传统的气泡检测都是通过人眼识别，这种方式受人为因素影响较大，且不能长时间、高强度的精确检测，无法满足大部分企业对阀体检测的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种阀体气密性智能监测系统及方法，融合视觉智能检测技术、人机交互技术和伺服驱动技术等先进技术，通过工业摄像机实现现场或远程监控，并引入机器视觉技术，判断水面是否有气泡产生，从而区分阀体是否合格。此方法降低人眼误识别率的同时也提高了气泡检测的准确性，满足了大部分企业对阀体检测的需求。本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种阀体气密性智能监测系统，包括摄像机、计算机、触摸屏、PLC控制器和阀体气密性检测装置，其中，所述摄像机用于拍摄阀体气密性检测装置水面气泡情况，并把图像信息传入计算机；所述计算机通过对采集到的图像进行分析处理，判断是否有气泡产生，并把结果转换成数字信号传入PLC控制器；所述触摸屏与所述PLC控制器连接，作为PLC控制器的人机界面，人通过触摸屏的按钮给plc发出控制指令，操作设备运作，具体可以用于切换自动控制模式和手动控制模式，用于设置测试参数，用于显示阀体的检测过程，以及实时生成检测阀体信息和报表；所述PLC控制器用于控制阀体气密性检测装置中的各个执行机构进行相应的动作；所述阀体气密性检测装置用于对待检测阀体进行气密性测试。具体的，所述阀体气密性检测装置包括支架、下底板、上底板、水箱、密封组件以及上下料组件，所述水箱位于支架内腔且安装在下底板上开口朝上，所述水箱上开设有用于进出水的进水口和出水口；所述水箱上方的上底板上安装两个用于拍摄水面气泡图像的摄像机，且摄像机朝向水箱方向；所述密封组件包括前密封气缸、后密封气缸和上密封气缸，分别用于前后和上下的密封；所述上密封气缸的伸出端上插设有与进气口连通的且用于待检测阀体充气的进气管；所述上下料组件包括固定于上密封气缸朝下的伸出端端部的用于抓取阀体的机械手、位于支架两侧的基板、位于基板上表面的左右滑行的运输小车、基板上控制运输小车滑行的气缸以及安装在基板运行轨迹上用于控制位移量的直线位移传感器。所述触摸屏内设有人机交互系统，所述人机交互系统可实现自动控制模式和手动控制模式的切换。一种阀体气密性智能监测方法，包括以下步骤：步骤1：通过上密封气缸推动活塞向下运动把阀体送入到水箱内部，进行上下压紧，再利用前后密封气缸使得阀体前后进行压紧；压紧之后，利用水泵，通过进水管和进水口向水箱充水，等水充满水箱后，再利用充气管和进气口向阀体内部充进恒定压力的气体；步骤2：阀内腔压力达到要求的数值后，利用摄像机拍摄阀体气密性检测装置水面气泡情况，并把图像信息传入计算机，计算机对采集到的图像进行分析处理，判断是否有气泡产生，并把结果转换成数字信号；将PLC借助PCAccess(PCAccess：专用于S7-200PLC的OPC服务器软件)软件构成OPC服务器，Matlab作为OPC的客户，通过OPC(OPC:OLEforProcessControl，用于过程控制的对象连接和嵌入)技术，实时传入PLC控制器中；步骤3：利用PLC控制器控制阀体气密性检测装置中的各个执行机构进行相应的动作，完成阀体的气密性检测。所述计算机对采集到的图像进行分析处理的过程包括以下步骤：(1)通过两个摄像机拍摄水面气泡状况，采用基于Harris(ChrisHarris于1988年提出了在图像中检测角点的方法，称此角点检测方法为Harris角点检测方法)角点特征精确匹配的图像拼接方法，结合特征融合的思想，对拍摄到的两幅图像先检测角点，再进行匹配融合，达到特征的精确匹配，从而得到更为精确的图像变换估计，最终实现图像的正确拼接，输出一幅图像，以解决机械元件遮挡问题；(2)结合全局直方图均衡化和局部直方图均衡化的图像，采用随机增量式直方图对经过图像拼接后得到的一幅图像进行图像增强，弥补imread()函数读取图像时，对比度低，前景偏暗，动态范围小等不足，以改善视觉效果，解决光照变化问题；其中，imread()是matlab中的函数，作用是读取图像，将拍摄的图像读入到matlab中使用到imread()函数。(3)采用差影算法将经图像增强后的图像与固定的背景图像相减，以解决图像本身存在干扰信号的问题；(4)采用基于分水岭分割的方法将去除干扰信号后的图像中的气泡与背景分离开，然后采用二值图像形态学改善二值化图像的质量，包括填充孔洞、移除边界点、开操作、杂质颗粒过滤；(5)水面图像经分割和二值形态学处理后，确定出气泡的位置、形状、大小，然后进行图像校正，得到气泡的真实参数；根据气泡的大小及数量判断阀体是否合格；判断标准：直径小于1mm气泡不得超过30个；直径为1-2mm气泡不得超过10个；直径大于2mm气泡不得超过5个。所述PLC控制器采用模糊PID控制，具体步骤包括：(1)模糊控制器的输入选基板的实际位置和设定位置的差值e以及偏差变化率ec，其中，e∈[-5,5]mm,ec∈[-0.1,0.1]mm/s2；PID参数调整量ΔKP、ΔKI、ΔKD为输出，ΔKP∈(-1,1)，ΔKI、ΔKD∈(-0.001,0.001)；(2)设定e、ec、ΔKP、ΔKI、ΔKD为语言变量，选取模糊语言为{NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}，因此论域取值均为{-3，-2，-1，0，1，2，3}。故e的量化因子Ke＝3/5,ec的量化因子为Kec＝30；(3)[-5,5]内的隶属函数都选用隶属度为[0,1]的三角函数，不属于[-5,5]内的物理论域，将其正值对应PB，负值对应NB，隶属度为1，进行模糊化处理；(4)自整定模糊PID控制算法使用二维模糊推理，将当前的e和ec根据模糊逻辑法则映射到模糊子集上；通过查询模糊控制规则表，得出对应的模糊规则，然后通过蕴含关系计算出规则的输出量；(5)采用加权平均法对ΔKP、ΔKI、ΔKD实现去模糊化。通过人机界面设定位置，根据模糊规则在线自动调整PID参数，使基板伺服控制系统的性能得到较大的改善。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的人机交互系统以PLC作为控制核心；伺服控制系统的精确定位使机械设备准确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阀体气密性智能监测系统，其特征在于：包括摄像机、计算机、触摸屏、PLC控制器和阀体气密性检测装置，其中，所述摄像机用于拍摄阀体气密性检测装置水面气泡情况，并把图像信息传入计算机；所述计算机通过对采集到的图像进行分析处理，判断是否有气泡产生，并把结果转换成数字信号传入PLC控制器；所述触摸屏与所述PLC控制器连接，用于切换自动控制模式和手动控制模式，用于设置测试参数，用于显示阀体的检测过程，以及实时生成检测阀体信息和报表；所述PLC控制器用于控制阀体气密性检测装置中的各个执行机构进行相应的动作；所述阀体气密性检测装置用于对待检测阀体进行气密性测试。

【技术特征摘要】
1.一种阀体气密性智能监测系统，其特征在于：包括摄像机、计算机、触摸屏、PLC控制器和阀体气密性检测装置，其中，所述摄像机用于拍摄阀体气密性检测装置水面气泡情况，并把图像信息传入计算机；所述计算机通过对采集到的图像进行分析处理，判断是否有气泡产生，并把结果转换成数字信号传入PLC控制器；所述触摸屏与所述PLC控制器连接，用于切换自动控制模式和手动控制模式，用于设置测试参数，用于显示阀体的检测过程，以及实时生成检测阀体信息和报表；所述PLC控制器用于控制阀体气密性检测装置中的各个执行机构进行相应的动作；所述阀体气密性检测装置用于对待检测阀体进行气密性测试。2.如权利要求1所述的阀体气密性智能监测系统，其特征在于：所述阀体气密性检测装置包括支架、下底板、上底板、水箱、密封组件以及上下料组件，所述水箱位于支架内腔且安装在下底板上开口朝上，所述水箱上开设有用于进出水的进水口和出水口；所述水箱上方的上底板上安装两个用于拍摄水面气泡图像的摄像机，且摄像机朝向水箱方向；所述密封组件包括前密封气缸、后密封气缸和上密封气缸，分别用于前后和上下的密封；所述上密封气缸的伸出端上插设有与进气口连通的且用于待检测阀体充气的进气管；所述上下料组件包括固定于上密封气缸朝下的伸出端端部的用于抓取阀体的机械手、位于支架两侧的基板、位于基板上表面的左右滑行的运输小车、基板上控制运输小车滑行的气缸以及安装在基板运行轨迹上用于控制位移量的直线位移传感器。3.如权利要求1所述的阀体气密性智能监测系统，其特征在于：所述触摸屏内设有人机交互系统，所述人机交互系统可实现自动控制模式和手动控制模式的切换。4.一种阀体气密性智能监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：通过上密封气缸推动活塞向下运动把阀体送入到水箱内部，进行上下压紧，再利用前后密封气缸使得阀体前后进行压紧；压紧之后，利用水泵，通过进水管和进水口向水箱充水，等水充满水箱后，再利用充气管和进气口向阀体内部充进恒定压力的气体；步骤2：阀内腔压力达到要求的数值后，利用摄像机拍摄阀体气密性检测装置水面气泡情况，并把图像信息传入计算机，计算机对采集到的图像进行分析处理，判断是否有气泡产生，并把结果转换成数字信号；将PLC借助PCAccess软件构成OPC服务器，Matlab作为OPC的客户，通过OPC技术，实时传入PLC控制器中；步骤3：利用PLC控制器控制阀体气密性检测装置中的各个执行机构进行相应的动作，完成阀体的气密性检测。5.如权利要求4所述的阀体气密性智能监测方法，其特征在于：所述计算机对采集到的图像进行分析处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：段锁林，赵鹏，任云婷，李大伟，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32