專利名稱：數字圖像分析外測法氣瓶試驗裝置的制作方法
技術領域：
氣瓶屬于國際范圍內使用的移動式壓力容器，其使用量廣、范圍廣，可以反復充 裝。我國的在役鋼質無縫氣瓶就有上千萬只。伴隨著環保汽車工程的實施，天然氣汽車在 國內的推廣應用，氣瓶的使用量也與日俱增。氣瓶儲存的介質有氧氣、氮氣、氫氣、石油天 然氣等其它高壓氣體。為了減少氣瓶泄漏或爆炸所導致財產損失和人身傷亡的可能性，必 須對出廠投入使用前的氣瓶及對在服役的氣瓶定期做水壓試驗來確定氣瓶的彈、塑性變形 量。對氣瓶進行水壓試驗，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。將氣瓶水壓試驗所測得容積殘余變形率值與氣瓶所規定判廢的標準作比較， 以作為氣瓶合格、降級使用或報廢的依據。伴隨氣瓶水壓試驗的同時，氣瓶水壓試驗裝置也應運而生。美國作為世界上最 大的氣瓶生產和使用國，其氣瓶水壓試驗裝置無疑代表了當今氣瓶水壓試驗裝置的技術 水平。其水壓試驗裝置從20-30年代開始，經過了手工操作，60-70年代半自動控制，到了 80-90年代的計算機自動控制的歷程。特別是從九十年代，由于微型計算機廣泛應用及軟件 開發技術不斷進步，使得傳統的氣瓶水壓試驗裝置由硬件配置改善和提高轉移到以測控軟 件配置水平的提高上來。美國幾大氣瓶水壓試驗裝置生產廠家提供了計算機測量控制氣瓶 水壓試驗裝置。該計算機測控氣瓶水壓試驗裝置配有可運行在各種操作平臺的用戶友好軟 件。計算機測控氣瓶水壓試驗裝置不僅大大提高了試驗結果的精度，而且也提高了氣瓶水 壓試驗的效率及降低操作人員的勞動強度，使氣瓶的漏判和誤判可能性都大大減少。
背景技術：
國標GB/T9251-1997《氣瓶水壓試驗方法》對氣瓶水壓試驗方法、試驗裝置的基本 要求及試驗操作要點作了明確規定。規定的氣瓶水壓試驗方法有三種耐壓試驗、外測法氣 瓶容積變形試驗(簡稱外測法試驗)、內測法氣瓶容積變形試驗(簡稱內測法試驗)。而我 們選用了外測法試驗外測法試驗是對氣瓶進行水壓試驗的同時從氣瓶外測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為測量容積殘余變形率，本實驗裝置采用的是數字圖像分析的方法來測量氣瓶的 外部的形變。傳統的在氣瓶外采用水套的方法容易受到外界條件干擾，并且存在對于水套中水 量變化的計量難以測量準確等這些產生誤差的因素。采用數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量的效率。考慮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時記錄數據，提高測量的精度與效率。
發明內容
本發明參考了 GB/T9251-1997《氣瓶水壓試驗方法》的有關規定，設計了一套微機 測控氣瓶水壓試驗系統的流程本裝置水壓試驗的硬件主要包括數碼攝像頭(或其他影像采集裝置)、電腦主機、 壓力表、減壓閥、加壓泵、轉臺等，我們在研制本裝置時，主要參考了 GB/T9251-1997《氣瓶水 壓試驗方法》和CGAC-I《壓縮氣體氣瓶的水壓試驗方法》相關要求選擇設計的，下面主要介 紹這些硬件的相關技術參數及設計要求。本裝置采用數碼攝像頭來采集受試氣瓶的變形。首先通過數字攝像頭獲取氣瓶的 外形圖像；然后對獲取的圖像進行二值化、去噪、擬合、邊緣檢測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部進行三維建模以計算出氣瓶的變形量。裝置 采用高分辨率攝像頭，精度可以達到實際氣瓶變形所需的精度。圖像分析軟件通過實時的攝像頭說采集的數據，經過去噪、過濾提取圖像中的有 效信息，從而獲取關于氣瓶的外形尺寸的變化。并在軟件內部對氣瓶進行三維建模，通過不 斷地對比分析出氣瓶的體積的變形量。本裝置可采用電接點壓力表，可以對試驗壓力的上限進行設定，起到超壓保護作 用。該壓力測量儀表的定期檢驗周期不得超過一個月。本裝置電氣自動化控制各電磁閥的動作和活塞計量量管中活塞的移動。采集模塊 將傳感器采集的數據由模擬信號轉換為數字信號。控制電源負責對電磁閥提供電源電源選擇需要根據所選控制裝置決定，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。本系統需要測量氣瓶水壓試驗時的試驗壓力，所以選用壓力傳感器。試驗裝置的控制系統采用了分布式兩級控制方式(計算機獨立控制與PLC獨立控 制亦可)。本系統的主要特點有1)本控制系統采用了分布式兩級控制方式。上位計算機可以采用電腦計算機，下 位機則可以采用由可編程控制器(PLC)、信號采集模塊、電源模塊、通信模塊、壓力傳感器、 通信模塊等組成。2)壓力測試系統的改進采用壓力變送器來測量系統的壓力信號，送入下位機中 進行處理和轉化，上位機通過通信程序模塊讀取壓力值，并在屏幕上實時顯示。3)容積變形量測試系統的改進在外測稱重法和內測法中，本裝置采用數字圖像 分析外測法4)控制過程和數據采集通過通信模塊由上、下位機協同完成，上位機用于設置原 始參數、實時監測試驗條件、氣瓶變形量的采集、動態處理試驗數據、實時試驗壓力、水量曲 線繪制以及試驗報告輸出等功能。下位機實現在試驗時對高壓泵、電磁閥的動作控制和試 驗過程中的數據采集。5)圖像分析軟件通過實時的攝像頭說采集的數據，經過去噪、過濾提取圖像中的有效信息，從而獲取關于氣瓶的外形尺寸的變化。6)在試驗中可以圖形方式動態顯示試驗過程中的時間/壓力、時間/變形、壓力/ 變形關系曲線。系統保存了試驗過程的全部數據，用戶可以在需要的時候查看試驗過程中 的氣瓶的全部試驗數據和各類試驗曲線。7)可以由用戶設定氣瓶水壓試驗的壓力和保壓時間。8)可以按照用戶要求生成氣瓶水壓試驗的各類試驗報告。9)用戶可以修改控制參數，實現對氣瓶的不同試驗要求。10)本系統對工作狀態進行實時監視提供系統超壓報警等異常報警，可以視異 常的危險程度，終止系統運行。附面說明1-數字攝像頭(或其他影像采集裝置)；2-受試瓶；3-轉臺；4-壓力測試儀表(讀 取試驗壓力用)；5-精密壓力表(校驗其他壓力試驗儀表用)；6-壓力測量儀表(指示、控 制泵出口壓力用)；7_試壓泵；8-試驗用水槽；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。
具體實施方案1)記錄受試瓶的有關數據2)安裝受試瓶3)排氣開啟閥10和11，啟動水壓泵7，排盡承壓管道內的空氣后停止水壓泵7，關閉閥 10。4)靜置使用圖像分析程序，通過數字攝像頭1獲取當前的受測瓶2的體積。靜置30s后 監測受測瓶2的體積是否有飄移，若量無飄移則可轉入下步操作。否則重復本步操作。5)零位調整把通過數字攝像頭1所獲取的受測瓶2的體積最為受測瓶2的原始體積，即此時 受測瓶2的體積的變化為零，以下試驗的體積變化都以該零位為基準。6)檢漏啟動水壓泵7，當壓力測量儀表4和6的示值升到受試瓶2的公稱工作壓力時，停 止水壓泵7，關閉閥11后檢查是否有泄漏。若發現壓力測量儀表4的示值下降，則表示有泄漏，應開啟閥10，卸掉壓力。若判 明受試瓶瓶體泄漏，則應記入記錄并中止該受試瓶的試驗。7)升壓在確認無泄漏的情況下開啟閥11，重新啟動水壓泵7。當壓力測量儀表4和6的 示值升到受試瓶2的試驗壓力時，停止水壓泵7，關閉閥11。8)保壓從關閉閥11起開始保壓計時。達到規定的保壓時間后，通過數字攝像頭1，再次獲取受測瓶2的體積變化量，此 值即受試瓶19的容積全變形值Δ V。
保壓期間內若壓力測量儀表4的示值下降，則應記入記錄并中止該受試瓶的試驗。9)卸壓開啟閥11，緩慢卸壓。待壓力表4的示值歸“零”讀取數據，獲得殘余變形量。10)卸下受試瓶從實驗裝置中卸下受試瓶2，從受試瓶上卸下專用接頭15。
權利要求
本數字圖像分析外測法氣瓶試驗裝置，屬于氣瓶質量檢測技術領域，其特征是由數字攝像部分、圖像分析軟件部分、壓力檢測部分、電氣控制部分、微機跟蹤部分連接組裝結構而成。其技術特點在于1.使用圖像的方法檢測到氣瓶由于壓力產生的體積變化，測量過程為干式測量并無接觸；2.采用圖像去噪、擬合、邊緣檢測等圖像處理方法來處理氣瓶的圖像，并且經過程序的三維模擬建模計算出變形量即氣瓶的全變形量和殘余變形量并計算出殘余變形率；3.裝置運作的全過程由電腦數控，無需人為干預。它的特點有
2.根據權利要求1所述的數字圖像分析外測法氣瓶試驗裝置，其特征是能夠使用圖 像分析的方法檢測到氣瓶由于壓力產生的體積變化，測量過程為干式測量并無接觸。
3.根據權利要求1所述的數字圖像分析外測法氣瓶試驗裝置，其特征是采用圖像去 噪、擬合、邊緣檢測等圖像處理方法來處理氣瓶的圖像，并且經過程序的三維模擬建模計算 出變形量即氣瓶的全變形量和殘余變形量并計算出殘余變形率。
4.根據權利要求1所述的數字圖像分析外測法氣瓶試驗裝置，其特征是裝置運作的 全過程由電腦數控，無需人為干預。
全文摘要
數字圖像分析外測法氣瓶試驗裝置，屬于氣瓶質量檢測技術領域，它由數字攝像部分、圖像分析軟件部分、壓力檢測部分、電氣控制部分、微機跟蹤部分連接組裝結構而成，其技術特點在于使用圖像的方法檢測到氣瓶由于壓力產生的體積變化，測量過程為干式測量并無接觸。采用圖像去噪、擬合、邊緣檢測等圖像處理方法來處理氣瓶的圖像，并且經過程序的三維模擬建模計算出變形量即氣瓶的全變形量和殘余變形量并計算出殘余變形率。解決了其他外測法容易受到外界條件干擾，意在突破傳統稱重外測法及其相關氣瓶水壓試驗裝置從某種程度上對于氣瓶行業發展的影響和制約。提高了試驗精度，并使得試驗操作方便、結果直觀，是氣瓶作外測法水壓試驗的理想設備。
文檔編號G01M99/00GK101881700SQ20091005070
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者劉小成 申請人:劉小成
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
