[發(fā)明專利]一種換熱器自動清洗裝置的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)及其操作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210211074.4
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114564021A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王彪;陸斌;姜哲;羅高生;肖倫輝
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海洋大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;F28G9/00;F28G15/00
• 代理公司: 上海申浩律師事務(wù)所 31280
• 代理人: 田敏

本發(fā)明公開了一種換熱器自動清洗裝置的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，包括工業(yè)相機、PC機、通信接口，工業(yè)相機通過Gige接口連接PC機的網(wǎng)口，PC機通過USB接口、USB轉(zhuǎn)RS?485接口連接自動清洗裝置的噴槍執(zhí)行機構(gòu)。導(dǎo)航系統(tǒng)的操作方法，包括如下步驟：工業(yè)相機獲取換熱器管束正面圖像；對圖像畸變矯正和圖像增強；使用改進(jìn)YOLOv3目標(biāo)檢測算法進(jìn)行管口檢測，獲取管口圓心的像素坐標(biāo)；利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式將管口圓心像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成實際坐標(biāo)；使用正交路徑法進(jìn)行清洗作業(yè)路徑規(guī)劃；清洗裝置按照規(guī)劃后的路徑自動執(zhí)行清洗作業(yè)。本發(fā)明，可以實時且準(zhǔn)確的獲取換熱器管口的位置，效率高，可以有效降低人力勞動，實現(xiàn)換熱器的全自動化清洗作業(yè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器視覺領(lǐng)域，尤其是涉及換熱器自動清洗裝置的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術(shù)

換熱器是一種將高溫流體的部分熱量傳遞給低溫流體的熱量交換設(shè)備，其作為重要的過程設(shè)備在石油、化工、原子能、建材等工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。換熱器內(nèi)部的傳熱表面會在使用的過程中形成沉淀物，污垢會阻塞通道截面，導(dǎo)致熱傳遞效率下降，甚至存在腐蝕器材引起爆炸等安全隱患。因此，我國相關(guān)管理部門要求定期對換熱器設(shè)備進(jìn)行清洗、堵漏作業(yè)。目前，主流的換熱器清洗方式為高壓水射流清洗技術(shù)，該方法成本低，無污染，但是在實際應(yīng)用中，多是要求工人手持高壓水槍對換熱器管束污垢進(jìn)行強力沖刷，清洗效率低下，勞動強度大并且危險性高。而現(xiàn)有的換熱器清洗裝置多為半自動化結(jié)構(gòu)，僅可實現(xiàn)自動沖洗，換熱器的管口識別和定位仍需要作業(yè)人員在旁邊操控，整體作業(yè)效率受制于人力，容易造成漏洗，并且沒有從根本上解決人員安全問題。

隨著工業(yè)4.0時代的到來，機器視覺技術(shù)不斷更新迭代，在智能制造過程中的引導(dǎo)、檢測、測量和識別環(huán)節(jié)得到了廣泛應(yīng)用，使機器智能化成為現(xiàn)實。因此，可將基于機器視覺的目標(biāo)檢測技術(shù)應(yīng)用于換熱器管口識別和定位，顯著提高準(zhǔn)確率和效率，實現(xiàn)換熱器清洗裝置的全自動化。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中所述的問題，本發(fā)明提供了一種換熱器自動清洗裝置的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)及其操作方法，首先對相機采集到的換熱器管束正面圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后對圖像中的管口進(jìn)行識別，之后通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式求得管口的實際位置，最后進(jìn)行清洗路徑規(guī)劃并將規(guī)劃完的路徑發(fā)送給換熱器自動清洗裝置噴槍執(zhí)行機構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種換熱器自動清洗裝置的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：工業(yè)相機、PC機、通信接口，所述工業(yè)相機通過Gige接口連接PC機的網(wǎng)口，所述PC機通過USB接口、USB轉(zhuǎn)RS-485接口連接自動清洗裝置的噴槍執(zhí)行機構(gòu)。

一種換熱器自動清洗裝置的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的操作方法，包括以下步驟：

步驟1)利用工業(yè)相機獲取換熱器管束正面圖像；

步驟2)對獲取的正面圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括畸變矯正和圖像增強；

步驟3)使用改進(jìn)YOLOv3目標(biāo)檢測算法進(jìn)行管口檢測；

步驟4)根據(jù)相機成像原理利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式將管口圓心像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成實際坐標(biāo)；

步驟5)進(jìn)行清洗作業(yè)路徑規(guī)劃；

步驟6)將規(guī)劃后的路徑發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)以進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

作為優(yōu)選實施例，所述步驟1)中的工業(yè)相機為CCD相機或者CMOS相機，獲取圖像時將像素長寬改成相等大小。

作為優(yōu)選實施例，所述步驟2)和步驟4)中的圖像畸變矯正、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中用到的相機內(nèi)參均通過相機標(biāo)定得到。

作為優(yōu)選實施例，所述步驟3)中的管口識別使用基于YOLOv3的目標(biāo)檢測算法，并根據(jù)換熱器清洗作業(yè)具體情況做了改進(jìn)。