[發(fā)明專利]基于機器視覺的板翅式換熱器翅片加工質量在線檢驗方法

有效

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• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111833305B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 姜周曙;侯飛虎;董勇;夏雨棟;李鑫
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06V10/764;G06V10/82;G06N3/0464;G06N3/048;G06N3/08;G01N21/88
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開基于機器視覺的板翅式換熱器翅片加工質量在線檢驗方法。針對以上局限性，采用機器視覺、圖像處理、模式識別和深度學習技術，構建與翅片幾何形狀、尺寸、切口毛刺的形態(tài)和分布等相關的特征參數集，進而建立特征參數集與表征翅片切口加工質量的f?Re阻力特性曲線之間映射關系的模型，據此在線檢驗翅片切口的加工質量。本發(fā)明可實現翅片切口毛刺特征與f?Re阻力特性曲線之間的自動耦合，從而在線檢驗切口加工質量，具有傳統檢驗方法無法實現的自動化、快速性和實時性。

技術領域

本發(fā)明屬于機器視覺用于工業(yè)產品加工質量檢驗領域，具體涉及流體力學理論、圖像處理與模式識別、機器視覺以及人工智能技術應用于工業(yè)產品質量的在線檢驗方法。

背景技術

板翅式換熱器是一種傳熱效率高、結構緊湊的微窄通道換熱裝置(如圖1所示)，被廣泛應用于石油化工、航空航天、能源動力等領域。翅片是板翅式換熱器的核心元件，采用組合式沖壓工藝成型，通過釬焊制成板翅式換熱器，其加工質量直接影響板翅式換熱器的流動性能，繼而影響換熱性能。在翅片加工過程中，用新刀具加工的翅片，其切口平整(如圖2所示)；刀具經長時間加工使用后，會產生磨損，在切口處產生細密的毛刺(如圖3所示)。翅片因沖壓加工導致的形狀、尺寸偏差和切口處的毛刺，會導致傳熱介質在微窄通道中的流動阻力增大，最終降低換熱器的換熱性能。

毛刺是影響翅片阻力特性的重要原因。通常采用翅片阻力特性實驗，可以獲得摩擦因子f隨雷諾數Re的變化關系，即：翅片f-Re阻力特性曲線，用于表征翅片切口的加工質量。該實驗方法設備昂貴、耗時耗力，且不支持翅片加工質量在線檢驗。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對以上局限性，采用機器視覺、圖像處理、模式識別和深度學習技術，構建與翅片幾何形狀、尺寸、切口毛刺的形態(tài)和分布等相關的特征參數集，進而建立特征參數集與表征翅片切口加工質量的f-Re阻力特性曲線之間映射關系的模型，據此在線檢驗翅片切口的加工質量。

本發(fā)明技術方案具體是：

步驟(1)、獲取翅片切口灰度圖像；

采用LED光源和工業(yè)高清圖像傳感器(CCD)獲取翅片切口灰度圖像。

步驟(2)、翅片切口灰度圖像的預處理：

2.1由于在LED光源下獲取的翅片切口圖像會存在反光，導致部分點比較亮，有可能淹沒重要信息，為了提高識別的靈活性和準確性，對步驟(1)翅片切口灰度圖像進行降噪處理。

2.2由于圖像中翅片表面的像素值相差不大，直接二值化后，可能出現切口處重要圖像信息的丟失或者圖像噪聲點較多的情況，這兩種情況都給后續(xù)圖像處理造成困難，故將降噪處理后的圖像使用直方圖均衡化處理，使圖像的像素值在0～255之間均勻分布。

步驟(3)、獲取翅片切口的二值化圖像：

3.1對步驟2預處理后的圖像進行二值化處理；

3.2由于翅片切口處的毛刺或表面存在像素值相近的像素點，二值化后還會存在于圖片中，構成小面積連通區(qū)域，故使用消除小面積連通區(qū)域處理，消除不必要的區(qū)域，從而獲得信息較為正確、無噪聲點的二值化圖像。

本發(fā)明可以用于不同的翅片，但是不同翅片的灰度值存在差異，故本發(fā)明需要根據不同的翅片，調節(jié)相應二值化的閾值。

步驟(4)、構建翅片切口圖像特征數據集：

將上述翅片切口的二值化圖像人工標記為有毛刺和無毛刺，然后對有毛刺的翅片進一步根據毛刺的尺寸和形狀以及分布的位置特征進行分類，得到不同分類的翅片切口的二值化圖像數據樣本。按照一定的比例將其分為訓練集和測試集。

步驟(5)、建立卷積神經網絡