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專利名稱：數(shù)字圖像分析外測(cè)法氣瓶試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
氣瓶屬于國(guó)際范圍內(nèi)使用的移動(dòng)式壓力容器，其使用量廣、范圍廣，可以反復(fù)充 裝。我國(guó)的在役鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶就有上千萬(wàn)只。伴隨著環(huán)保汽車工程的實(shí)施，天然氣汽車在 國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用，氣瓶的使用量也與日俱增。氣瓶?jī)?chǔ)存的介質(zhì)有氧氣、氮?dú)?、氫氣、石油?然氣等其它高壓氣體。為了減少氣瓶泄漏或爆炸所導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人身傷亡的可能性，必 須對(duì)出廠投入使用前的氣瓶及對(duì)在服役的氣瓶定期做水壓試驗(yàn)來(lái)確定氣瓶的彈、塑性變形 量。對(duì)氣瓶進(jìn)行水壓試驗(yàn)，能夠精確地獲得氣瓶容積全變形量，殘余變形量，并可得到容積 殘余變形率。將氣瓶水壓試驗(yàn)所測(cè)得容積殘余變形率值與氣瓶所規(guī)定判廢的標(biāo)準(zhǔn)作比較， 以作為氣瓶合格、降級(jí)使用或報(bào)廢的依據(jù)。伴隨氣瓶水壓試驗(yàn)的同時(shí)，氣瓶水壓試驗(yàn)裝置也應(yīng)運(yùn)而生。美國(guó)作為世界上最 大的氣瓶生產(chǎn)和使用國(guó)，其氣瓶水壓試驗(yàn)裝置無(wú)疑代表了當(dāng)今氣瓶水壓試驗(yàn)裝置的技術(shù) 水平。其水壓試驗(yàn)裝置從20-30年代開始，經(jīng)過了手工操作，60-70年代半自動(dòng)控制，到了 80-90年代的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的歷程。特別是從九十年代，由于微型計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用及軟件 開發(fā)技術(shù)不斷進(jìn)步，使得傳統(tǒng)的氣瓶水壓試驗(yàn)裝置由硬件配置改善和提高轉(zhuǎn)移到以測(cè)控軟 件配置水平的提高上來(lái)。美國(guó)幾大氣瓶水壓試驗(yàn)裝置生產(chǎn)廠家提供了計(jì)算機(jī)測(cè)量控制氣瓶 水壓試驗(yàn)裝置。該計(jì)算機(jī)測(cè)控氣瓶水壓試驗(yàn)裝置配有可運(yùn)行在各種操作平臺(tái)的用戶友好軟 件。計(jì)算機(jī)測(cè)控氣瓶水壓試驗(yàn)裝置不僅大大提高了試驗(yàn)結(jié)果的精度，而且也提高了氣瓶水 壓試驗(yàn)的效率及降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使氣瓶的漏判和誤判可能性都大大減少。
背景技術(shù)：
國(guó)標(biāo)GB/T9251-1997《氣瓶水壓試驗(yàn)方法》對(duì)氣瓶水壓試驗(yàn)方法、試驗(yàn)裝置的基本 要求及試驗(yàn)操作要點(diǎn)作了明確規(guī)定。規(guī)定的氣瓶水壓試驗(yàn)方法有三種耐壓試驗(yàn)、外測(cè)法氣 瓶容積變形試驗(yàn)(簡(jiǎn)稱外測(cè)法試驗(yàn))、內(nèi)測(cè)法氣瓶容積變形試驗(yàn)(簡(jiǎn)稱內(nèi)測(cè)法試驗(yàn))。而我 們選用了外測(cè)法試驗(yàn)外測(cè)法試驗(yàn)是對(duì)氣瓶進(jìn)行水壓試驗(yàn)的同時(shí)從氣瓶外測(cè)量其容積殘余變形率。受試 瓶容積殘余變形率按公式(1-2)計(jì)算 式中η-受試瓶的容積的殘余變形率，％AV'-受試瓶的殘余變形量，mlΔ V-受試瓶的容積全變形量，ml為測(cè)量容積殘余變形率，本實(shí)驗(yàn)裝置采用的是數(shù)字圖像分析的方法來(lái)測(cè)量氣瓶的 外部的形變。傳統(tǒng)的在氣瓶外采用水套的方法容易受到外界條件干擾，并且存在對(duì)于水套中水 量變化的計(jì)量難以測(cè)量準(zhǔn)確等這些產(chǎn)生誤差的因素。采用數(shù)字圖像分析的方法可以從原理 上避免這些誤差因素，并且還可以大幅度的提高測(cè)量的效率?？紤]到人工操作的誤差等因
3素，我們采用電腦控制壓力泵和圖像的采集分析并且實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，提高測(cè)量的精度與效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明參考了 GB/T9251-1997《氣瓶水壓試驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定，設(shè)計(jì)了一套微機(jī) 測(cè)控氣瓶水壓試驗(yàn)系統(tǒng)的流程本裝置水壓試驗(yàn)的硬件主要包括數(shù)碼攝像頭(或其他影像采集裝置)、電腦主機(jī)、 壓力表、減壓閥、加壓泵、轉(zhuǎn)臺(tái)等，我們?cè)谘兄票狙b置時(shí)，主要參考了 GB/T9251-1997《氣瓶水 壓試驗(yàn)方法》和CGAC-I《壓縮氣體氣瓶的水壓試驗(yàn)方法》相關(guān)要求選擇設(shè)計(jì)的，下面主要介 紹這些硬件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求。本裝置采用數(shù)碼攝像頭來(lái)采集受試氣瓶的變形。首先通過數(shù)字?jǐn)z像頭獲取氣瓶的 外形圖像；然后對(duì)獲取的圖像進(jìn)行二值化、去噪、擬合、邊緣檢測(cè)等圖像處理過程獲得氣瓶 的外形尺寸；最后程序用獲取的氣瓶尺寸內(nèi)部進(jìn)行三維建模以計(jì)算出氣瓶的變形量。裝置 采用高分辨率攝像頭，精度可以達(dá)到實(shí)際氣瓶變形所需的精度。圖像分析軟件通過實(shí)時(shí)的攝像頭說(shuō)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過去噪、過濾提取圖像中的有 效信息，從而獲取關(guān)于氣瓶的外形尺寸的變化。并在軟件內(nèi)部對(duì)氣瓶進(jìn)行三維建模，通過不 斷地對(duì)比分析出氣瓶的體積的變形量。本裝置可采用電接點(diǎn)壓力表，可以對(duì)試驗(yàn)壓力的上限進(jìn)行設(shè)定，起到超壓保護(hù)作 用。該壓力測(cè)量?jī)x表的定期檢驗(yàn)周期不得超過一個(gè)月。本裝置電氣自動(dòng)化控制各電磁閥的動(dòng)作和活塞計(jì)量量管中活塞的移動(dòng)。采集模塊 將傳感器采集的數(shù)據(jù)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)?？刂齐娫簇?fù)責(zé)對(duì)電磁閥提供電源電源選擇需要根據(jù)所選控制裝置決定，其額定輸出功率必須大于各種模塊等的總 消耗功率之和，并且要留有30%的余量。本系統(tǒng)需要測(cè)量氣瓶水壓試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)壓力，所以選用壓力傳感器。試驗(yàn)裝置的控制系統(tǒng)采用了分布式兩級(jí)控制方式(計(jì)算機(jī)獨(dú)立控制與PLC獨(dú)立控 制亦可)。本系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有1)本控制系統(tǒng)采用了分布式兩級(jí)控制方式。上位計(jì)算機(jī)可以采用電腦計(jì)算機(jī)，下 位機(jī)則可以采用由可編程控制器(PLC)、信號(hào)采集模塊、電源模塊、通信模塊、壓力傳感器、 通信模塊等組成。2)壓力測(cè)試系統(tǒng)的改進(jìn)采用壓力變送器來(lái)測(cè)量系統(tǒng)的壓力信號(hào)，送入下位機(jī)中 進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化，上位機(jī)通過通信程序模塊讀取壓力值，并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示。3)容積變形量測(cè)試系統(tǒng)的改進(jìn)在外測(cè)稱重法和內(nèi)測(cè)法中，本裝置采用數(shù)字圖像 分析外測(cè)法4)控制過程和數(shù)據(jù)采集通過通信模塊由上、下位機(jī)協(xié)同完成，上位機(jī)用于設(shè)置原 始參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)條件、氣瓶變形量的采集、動(dòng)態(tài)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)試驗(yàn)壓力、水量曲 線繪制以及試驗(yàn)報(bào)告輸出等功能。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)時(shí)對(duì)高壓泵、電磁閥的動(dòng)作控制和試 驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)采集。5)圖像分析軟件通過實(shí)時(shí)的攝像頭說(shuō)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過去噪、過濾提取圖像中的有效信息，從而獲取關(guān)于氣瓶的外形尺寸的變化。6)在試驗(yàn)中可以圖形方式動(dòng)態(tài)顯示試驗(yàn)過程中的時(shí)間/壓力、時(shí)間/變形、壓力/ 變形關(guān)系曲線。系統(tǒng)保存了試驗(yàn)過程的全部數(shù)據(jù)，用戶可以在需要的時(shí)候查看試驗(yàn)過程中 的氣瓶的全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)和各類試驗(yàn)曲線。7)可以由用戶設(shè)定氣瓶水壓試驗(yàn)的壓力和保壓時(shí)間。8)可以按照用戶要求生成氣瓶水壓試驗(yàn)的各類試驗(yàn)報(bào)告。9)用戶可以修改控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣瓶的不同試驗(yàn)要求。10)本系統(tǒng)對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視提供系統(tǒng)超壓報(bào)警等異常報(bào)警，可以視異 常的危險(xiǎn)程度，終止系統(tǒng)運(yùn)行。附面說(shuō)明1-數(shù)字?jǐn)z像頭(或其他影像采集裝置)；2-受試瓶；3-轉(zhuǎn)臺(tái)；4-壓力測(cè)試儀表(讀 取試驗(yàn)壓力用)；5-精密壓力表(校驗(yàn)其他壓力試驗(yàn)儀表用)；6-壓力測(cè)量?jī)x表(指示、控 制泵出口壓力用)；7_試壓泵；8-試驗(yàn)用水槽；9-活接頭；10、11、12-高壓閥；13、14-低壓 閥；15-專用接頭；16-伺服電機(jī)。
具體實(shí)施方案1)記錄受試瓶的有關(guān)數(shù)據(jù)2)安裝受試瓶3)排氣開啟閥10和11，啟動(dòng)水壓泵7，排盡承壓管道內(nèi)的空氣后停止水壓泵7，關(guān)閉閥 10。4)靜置使用圖像分析程序，通過數(shù)字?jǐn)z像頭1獲取當(dāng)前的受測(cè)瓶2的體積。靜置30s后 監(jiān)測(cè)受測(cè)瓶2的體積是否有飄移，若量無(wú)飄移則可轉(zhuǎn)入下步操作。否則重復(fù)本步操作。5)零位調(diào)整把通過數(shù)字?jǐn)z像頭1所獲取的受測(cè)瓶2的體積最為受測(cè)瓶2的原始體積，即此時(shí) 受測(cè)瓶2的體積的變化為零，以下試驗(yàn)的體積變化都以該零位為基準(zhǔn)。6)檢漏啟動(dòng)水壓泵7，當(dāng)壓力測(cè)量?jī)x表4和6的示值升到受試瓶2的公稱工作壓力時(shí)，停 止水壓泵7，關(guān)閉閥11后檢查是否有泄漏。若發(fā)現(xiàn)壓力測(cè)量?jī)x表4的示值下降，則表示有泄漏，應(yīng)開啟閥10，卸掉壓力。若判 明受試瓶瓶體泄漏，則應(yīng)記入記錄并中止該受試瓶的試驗(yàn)。7)升壓在確認(rèn)無(wú)泄漏的情況下開啟閥11，重新啟動(dòng)水壓泵7。當(dāng)壓力測(cè)量?jī)x表4和6的 示值升到受試瓶2的試驗(yàn)壓力時(shí)，停止水壓泵7，關(guān)閉閥11。8)保壓從關(guān)閉閥11起開始保壓計(jì)時(shí)。達(dá)到規(guī)定的保壓時(shí)間后，通過數(shù)字?jǐn)z像頭1，再次獲取受測(cè)瓶2的體積變化量，此 值即受試瓶19的容積全變形值Δ V。
保壓期間內(nèi)若壓力測(cè)量?jī)x表4的示值下降，則應(yīng)記入記錄并中止該受試瓶的試驗(yàn)。9)卸壓開啟閥11，緩慢卸壓。待壓力表4的示值歸“零”讀取數(shù)據(jù)，獲得殘余變形量。10)卸下受試瓶從實(shí)驗(yàn)裝置中卸下受試瓶2，從受試瓶上卸下專用接頭15。
權(quán)利要求
本數(shù)字圖像分析外測(cè)法氣瓶試驗(yàn)裝置，屬于氣瓶質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，其特征是由數(shù)字?jǐn)z像部分、圖像分析軟件部分、壓力檢測(cè)部分、電氣控制部分、微機(jī)跟蹤部分連接組裝結(jié)構(gòu)而成。其技術(shù)特點(diǎn)在于1.使用圖像的方法檢測(cè)到氣瓶由于壓力產(chǎn)生的體積變化，測(cè)量過程為干式測(cè)量并無(wú)接觸；2.采用圖像去噪、擬合、邊緣檢測(cè)等圖像處理方法來(lái)處理氣瓶的圖像，并且經(jīng)過程序的三維模擬建模計(jì)算出變形量即氣瓶的全變形量和殘余變形量并計(jì)算出殘余變形率；3.裝置運(yùn)作的全過程由電腦數(shù)控，無(wú)需人為干預(yù)。它的特點(diǎn)有
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像分析外測(cè)法氣瓶試驗(yàn)裝置，其特征是能夠使用圖 像分析的方法檢測(cè)到氣瓶由于壓力產(chǎn)生的體積變化，測(cè)量過程為干式測(cè)量并無(wú)接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像分析外測(cè)法氣瓶試驗(yàn)裝置，其特征是采用圖像去 噪、擬合、邊緣檢測(cè)等圖像處理方法來(lái)處理氣瓶的圖像，并且經(jīng)過程序的三維模擬建模計(jì)算 出變形量即氣瓶的全變形量和殘余變形量并計(jì)算出殘余變形率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像分析外測(cè)法氣瓶試驗(yàn)裝置，其特征是裝置運(yùn)作的 全過程由電腦數(shù)控，無(wú)需人為干預(yù)。
全文摘要
數(shù)字圖像分析外測(cè)法氣瓶試驗(yàn)裝置，屬于氣瓶質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，它由數(shù)字?jǐn)z像部分、圖像分析軟件部分、壓力檢測(cè)部分、電氣控制部分、微機(jī)跟蹤部分連接組裝結(jié)構(gòu)而成，其技術(shù)特點(diǎn)在于使用圖像的方法檢測(cè)到氣瓶由于壓力產(chǎn)生的體積變化，測(cè)量過程為干式測(cè)量并無(wú)接觸。采用圖像去噪、擬合、邊緣檢測(cè)等圖像處理方法來(lái)處理氣瓶的圖像，并且經(jīng)過程序的三維模擬建模計(jì)算出變形量即氣瓶的全變形量和殘余變形量并計(jì)算出殘余變形率。解決了其他外測(cè)法容易受到外界條件干擾，意在突破傳統(tǒng)稱重外測(cè)法及其相關(guān)氣瓶水壓試驗(yàn)裝置從某種程度上對(duì)于氣瓶行業(yè)發(fā)展的影響和制約。提高了試驗(yàn)精度，并使得試驗(yàn)操作方便、結(jié)果直觀，是氣瓶作外測(cè)法水壓試驗(yàn)的理想設(shè)備。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101881700SQ20091005070
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者劉小成 申請(qǐng)人:劉小成