一种正压气流视窗清洁装置和方法与流程

1.本发明属于视觉检测领域，具体涉及一种正压气流视窗清洁装置和方法。


背景技术：

2.在各类视觉检测应用中能否获取高质量的检测图像是决定视觉检测产品检测效果的关键条件之一，而要获得高质量的检测图像就必须首先解决检测视窗的污染防护问题。
3.目前视觉检测领域内的视窗防护清洁方法有很多，但大多都是对视窗进行水洗、刮扫、更换视窗贴膜、用气帘对视窗面进行持续吹扫或用吹扫视窗通道的方法来保持视窗面清洁。
4.这些方法主要是解决视窗被污染后对视窗进行清洁，同时这些方法存在着如下缺陷，无法解决高粉尘或水雾等恶劣环境下保证检测视窗的长时间无污染问题：1、水洗、刮扫、更换视窗贴膜都会影响到检测，而且清洁频率不能高。
5.2、采用直接吹扫视窗面进行清洁视窗的方法存在视窗面吹扫不均衡和粘性污染物随气流贴附到视窗上的问题。
6.3、采用吹扫视窗通道来进行视窗防护的方法存在无法保证视窗通道气压全覆盖来完全阻止污染物进入视窗通道污染视窗面，或需要采用满足视窗通道口径气流量的大口径进气方式，而带来整体装置的结构尺寸较大，气流耗损大的问题。


技术实现要素：

7.本发明针对上述问题，提出一种正压气流视窗清洁装置和方法，利用压缩气体进气来实现视窗防护通道内产生全正压气流区域来防止污染物进入视窗防护通道保持视窗清洁的方法。运用该方法可有效解决高粉尘或水雾等恶劣环境下保证检测视窗的长时间无污染的问题，且防护装置尺寸可以控制的较小。
8.本发明的技术方案具体如下：一种正压气流视窗清洁装置，包括设于视屏装置视窗外周的正压气流防护装置；正压气流防护装置包括至少一个进气道、至少一个分气腔、视窗面气流填充腔和视窗通道，其中，分气腔均匀分布在正压气流防护装置内，至少一个进气道与至少一个分气腔连通，分气腔的不同区域的壁面上分布有细小通孔，分气腔壁与透视视窗面之间形成视窗面气流填充腔，视窗通道设于正压气流防护装置中部，与视窗面气流填充腔连通，气流通过细小通孔进入视窗面气流填充腔经过透视视窗面周围，向中间聚拢，通过视窗通道流出。
9.进一步地，正压气流防护装置呈环形，至少一个分气腔呈环形设于正压气流防护装置中，至少一个进气道分布在正压气流防护装置外周。
10.进一步地，分气腔的侧壁设有两层错列倾斜的细小通孔，使得气流喷向视窗面气流填充腔的侧壁，与视窗面呈锐角；分气腔的底壁的细小通孔包括从内到外设置的至少一环中心气流加强气孔和至少一环旋风气流孔，中心气流加强气孔的中轴线与视窗通道的中
轴线成一定夹角，旋风气流孔的中轴线与视窗通道的环面切线方向成一定夹角。
11.进一步地，气流同时从至少一层倾斜的细小通孔、至少一环中心气流加强气孔和至少一环旋风气流孔流出，经视窗面气流填充腔流入视窗通道的气流在视窗通道内与通过中心气流加强气孔进来的气流汇合后，并在通过旋风气流孔流入的扰动气流作用下形成旋风气流，在旋风气流的混合作用和中心区域补充气流的共同作用下，视窗通道的出口将会形成全区域正压气流分布区，在视窗通道的出口截面上形成气压阻拦区。
12.进一步地，至少两个进气道沿分气腔截面的切线方向分布，使得气流沿分气腔截面的切线方向旋流进气。
13.进一步地，至少四个进气道与分气腔连通，至少四个进气道均匀分布在分气腔周围。
14.进一步地，分气腔包括第一分气腔和第二分气腔，第二分气腔沿第一分气腔内壁设置，至少一个进气道与第一分气腔连通，第一分气腔通过若干气孔与第二分气腔连通，第二分气腔与视窗面气流填充腔和视窗通道连通。
15.本发明还涉及的一种正压气流视窗清洁方法，按以下进行：气流通过至少一个进气道进入至少一个分气腔，分气腔的不同区域的壁面上分布有细小通孔，使得气流经视窗面气流填充腔流入视窗通道，同时进入视窗通道形成中心加强气流；分气腔壁与透视视窗面之间形成视窗面气流填充腔，视窗通道设于正压气流防护装置中部，与视窗面气流填充腔连通，气流通过细小通孔进入视窗面气流填充腔经过透视视窗面周围，向中间聚拢，通过视窗通道流出；经视窗面气流填充腔流入视窗通道的气流在视窗通道内与通过中心气流加强气孔进来的气流汇合后，并在通过旋风气流孔流入的扰动气流作用下形成旋风气流，在旋风气流的混合作用和中心区域补充气流的共同作用下，视窗通道的出口将会形成全区域正压气流分布区，此时，视窗通道内外气流存在正压力差，在视窗通道的出口截面上形成气压阻拦区，对外界污染物形成阻拦。
16.进一步地，气流沿分气腔截面的至少两个切线方向旋流进入分气腔，或者，通过至少四个进气道进入分气腔，或者，气流先进入第一分气腔，再进入第二分气腔，最后进入视窗面气流填充腔和视窗通道。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明为在高粉尘或水雾等恶劣环境下防止检测视窗被污染而影响视觉检测的问题提供了一种有效的解决方法，该方法在长期保持检测视窗面的干净、无污染的同时实现防护装置小型化，运用该方法对扩展视觉检测技术的应用环境、促进恶劣环境下的视觉检测质量的提高，保证视觉检测的可靠性等方面具有重大的意义。
18.本发明结构上有诸多突出的实质性特点，具体来看：1、视窗面喷吹孔是沿视窗面周向均匀布置的，气孔数量需要根据视窗通道的通流面积尺寸来确定，气孔分布方式采用多环气孔位置交错分布，这样可以在保证气孔间距尺寸的条件下布置更密集的气孔，以达到满足气孔总通流面积和进入视窗面气流填充腔气流均匀分布的目的。由分气腔进入视窗面气流填充腔的气孔采用一定角度斜朝向腔体侧壁而不是朝向视窗玻璃面，可以即达到清洁视窗面气流填充腔的目的，又利于压缩气流在折返
流动的过程中再次减压、混合膨胀并填充腔体。
19.2、中心气流加强气孔采用多环气孔均匀分布方式，且各环气孔的喷吹角度不同。这样布置是为了满足视窗通道的中心区域能够得到均匀的气流补充，满足视窗通道的中心区域均匀正压动能的要求。气孔的分布数量也要依据视窗通道的通流面积尺寸来确定。
20.3、旋风气流孔的角度和数量是依据视窗通道的直径大小来确定的，作用是在视窗通道内产生旋转气流，并达到满足视窗通道出口的气流流速和压力分布均匀的目的。
21.4、至于气流进入分气腔的方式，气流以切向流入分气腔中，气流会产生旋转混合填充的效果，利于分气腔中气流均匀分布。气流从周向均匀分布的多个位置同时进入分气腔中，这样使得分气腔中的高流速气流区域在周向分布的更均匀且进入腔体的瞬间气流量更大，以达到分气腔中气流均匀分布的目的。分气腔分为多级腔体，各级腔体间有特意布置的小孔连通，压缩气流经多级腔体的分配减压，在最底层的气腔中形成均匀分布的气流。
22.5、视窗通道采用由内向外小锥度收口的圆锥体结构，该结构是用以保证视窗通道出口圆周边缘无反流气流。
附图说明
23.图1为本发明视窗防护装置结构示意图；图2为本发明旋流进气方式示意图；图3为本发明并联进气的方式示意图；图4为本发明多级气腔分布进气方式示意图；图5为本发明出口区域气流速度分布仿真图；图6为本发明出口区域总压力分布仿真图；图7为本发明实例结构图；图8为本发明实例进气道和旋风气流孔局部剖视图；图9为本发明实例中心气流加强气孔局部剖视图；图10将本发明的防护装置安装在烟草生产线加香机工作环境中的视觉检测装置上进行的防护测试效果图（第一视角）；和图11是将本发明的防护装置安装在烟草生产线加香机工作环境中的视觉检测装置上进行的防护测试效果图（第二视角）；其中：1—视频装置；2—视窗玻璃；3—视窗正压气流防护装置；4—进气道；5—分气腔；6—视窗面喷吹孔；7—视窗面气流填充腔；8—旋风气流孔；9—中心气流加强气孔；10—视窗通道。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.除非另外定义，本技术实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词
语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
26.实施例1如图1所示，本实施例的正压气流视窗清洁装置，包括设于视频装置1视窗外周的正压气流防护装置3。
27.如图1、2所示，正压气流防护装置3包括两个进气道4、一个分气腔5、视窗面气流填充腔7和视窗通道10。其中，分气腔5均匀分布在正压气流防护装置3内，两个进气道4与分气腔5连通，分气腔5的不同区域的壁面上分布有细小通孔，分气腔壁与透视视窗面2之间形成视窗面气流填充腔7，视窗通道10设于正压气流防护装置3中部，与视窗面气流填充腔7连通，气流通过细小通孔进入视窗面气流填充腔7经过透视视窗面2周围，向中间聚拢，通过视窗通道10流出。
28.正压气流防护装置3呈环形，分气腔5呈环形设于正压气流防护装置3中，两个进气道4分布在正压气流防护装置外周。如图2所示，本实施例中，两个进气道4沿分气腔截面的切线方向分布，使得气流沿分气腔截面的切线方向旋流进气。
29.如图7、8、9所示，分气腔5的侧壁设有两层错列倾斜的细小通孔6，使得气流喷向视窗面气流填充腔7的侧壁，与视窗面呈锐角；分气腔的底壁的细小通孔包括从内到外设置的至少一环中心气流加强气孔9和至少一环旋风气流孔8，中心气流加强气孔9的中轴线与视窗通道10的中轴线成一定夹角，旋风气流孔8的中轴线与视窗通道10的环面切线方向成一定夹角。
30.气流同时从两层倾斜的细小通孔6、至少一环中心气流加强气孔9和至少一环旋风气流孔8流出，经视窗面气流填充腔7流入视窗通道的气流在视窗通道10内与通过中心气流加强气孔9进来的气流汇合后，并在通过旋风气流孔流入的扰动气流作用下形成旋风气流，在旋风气流的混合作用和中心区域补充气流的共同作用下，视窗通道10的出口将会形成全区域正压气流分布区，在视窗通道10的出口截面上形成气压阻拦区。
31.本实施例的正压气流视窗清洁方法。
32.首先，如图1所示，在需要保护的视频装置1的视窗外围安装一个视窗正压气流防护装置3，视窗正压气流防护装置的与透视视窗面密闭贴合，使得进入防护装置的气流只能从防护装置的视窗通道出口流出。
33.其次，在视窗正压气流防护装置3内布置有进气道4、分气腔5、视窗面气流填充腔7和视窗通道10。在分气腔5的不同区域的壁面上分布有为实现不同功能而设计的细小通孔，如图中的视窗面喷吹孔6、旋风气流孔8和中心气流加强气孔9。为保证气流在分气腔5中尽量均匀分布，进气方式可采用如图2所示沿分气腔5截面的切线方向旋流进气方式。
34.当外部压缩气流通过气道进入分气腔5后，压缩气体将在分气腔5内进行减压膨胀，然后大部分气流会通过视窗面喷吹孔6进入视窗面气流填充腔7；一部分气体通过中心
气流加强气孔9进入视窗通道10；还有一部分气体通过旋风气流孔8进入视窗通道10。
35.其中，进入视窗面气流填充腔7的气体将在这里再次进行减压膨胀然后流入视窗通道10，这同时一部分气流会按科恩达效应沿视窗面流动，使得视窗面受到流动气体的冲刷而得到清洁。经视窗面气流填充腔7流入视窗通道10的气流将在视窗通道10内与通过中心气流加强气孔9进来的气流汇合后并在通过旋风气流孔8流入的扰动气流作用下形成旋风气流。在旋风气流的混合作用和中心区域补充气流的共同作用下，视窗通道10的出口将会形成全区域正压气流分布区，风速分布如图5所示，图中可以看到视窗通道出口气流速度方向是螺旋向外的，接近出口边缘区域流速最大达到3.264m/s，出口中心区域流速达到1m/s，出口没有向内的倒流气流出现。总压分布如图6所示，图中可以看到视窗通道出口截面全区域总压值相对外界气压都为正直，最大压力为7.55pa,出口中心区域压力为0.157 pa，未出现负压区域。这时由于视窗通道内外气流存在正压力差，在视窗通道10的出口截面上形成气压阻拦区，外界的粉尘或水雾等污染物很难进入视窗通道，从而达到保护视窗面的目的。
36.本实施例中视窗正压气流防护装置3被设计成锥筒形状，视窗玻璃2安装在视窗正压气流防护装置3上，视窗正压气流防护装置3整体安装在视频装置1检测端。外部气流通过快插接口进入进气道4中，如图8所示进气道4设计成切向对称进气方式，通过这种设计使得气流能够在分气腔5中形成旋转混合流动，然后大部分气流将通过图7所示的视窗面喷吹孔6进入视窗面气流填充腔7中，随后气流会沿着视窗玻璃面和腔体壁面流动并进入视窗通道10。
37.由视窗面气流填充腔7流入的气流和通过中心气流加强气孔9流入的气流会在视窗通道10内汇合并在图8所示的通过旋风气流孔8进入的气流的作用下形成旋风气流，最后在视窗通道10的出口区域形成全区域正压气流分布区。
38.本实施例中的中心气流加强气孔9如图9所示设计为两环排布并和视窗通道10中轴线成一定角度的斜孔，用以保证视窗通道10中心区域的气流和动能都能够得到加强。在视窗通道10壁面上布置的旋风气流孔8和中心气流加强气孔9的分布数量要和视窗通道10的尺寸匹配。
39.本实施例中，如图1所示，视窗面喷吹孔6是沿视窗面周向均匀布置的，气孔数量需要根据视窗通道10的通流面积尺寸来确定，气孔分布方式采用多环气孔位置交错分布，这样可以在保证气孔间距尺寸的条件下布置更密集的气孔，以达到满足气孔总通流面积和进入视窗面气流填充腔7气流均匀分布的目的。由分气腔5进入视窗面气流填充腔7的气孔采用一定角度斜朝向腔体侧壁而不是朝向视窗玻璃面，可以即达到清洁视窗面气流填充腔7的目的，又利于压缩气流在折返流动的过程中再次减压、混合膨胀并填充腔体。
40.如图1所示，视窗通道10采用由内向外小锥度收口的圆锥体结构，该结构是用以保证视窗通道出口圆周边缘无反流气流。
41.采用图2所示的进气方式，气流是以切向流入分气腔5中，气流会产生旋转混合填充的效果，利于分气腔5中气流均匀分布。
42.如图8所示，旋风气流孔8的角度和数量是依据视窗通道10的直径大小来确定的，作用是在视窗通道10内产生旋转气流，并达到满足视窗通道10出口的气流流速和压力分布均匀的目的。
43.如图9所示，中心气流加强气孔9采用多环气孔均匀分布方式，且各环气孔的喷吹角度不同。这样布置是为了满足视窗通道10的中心区域能够得到均匀的气流补充，满足视窗通道10的中心区域均匀正压动能的要求。气孔9的分布数量也要依据视窗通道10的通流面积尺寸来确定。
44.尺寸方面就是进气孔大小和数量、腔体内各区域分布的小气孔大小和数量、分气腔的大小、视窗面气流填充腔的大小要和视窗通道的大小匹配，否则气流量不够不能形成全正压防护。
45.实施例2如图3所示，本实施例的正压气流视窗清洁装置，四个进气道4与分气腔5连通，四个进气道4均匀分布在分气腔周围，采用多进气道并联进气的方式。其余与实施例1相同。
46.采用图3所示的进气方式，气流是从周向均匀分布的多个位置同时进入分气腔5中，这样使得分气腔5中的高流速气流区域在周向分布的更均匀且进入腔体的瞬间气流量更大，以达到分气腔5中气流均匀分布的目的。
47.实施例3如图4所示，本实施例的正压气流视窗清洁装置，本实施例采用多级气腔分布进气方式(气流经各级气腔的连通孔逐层进入下一级气腔)，具体的，分气腔包括第一分气腔5.1和第二分气腔5.2，第二分气腔5.2沿第一分气腔5.1内壁设置，两个进气道4与第一分气腔5.1连通，第一分气腔5.1通过若干气孔与第二分气腔5.2连通，第二分气腔5.2与视窗面气流填充腔7和视窗通道10连通。
48.采用图4所示的进气方式，分气腔5分为多级腔体，各级腔体间有特意布置的小孔连通，压缩气流经多级腔体的分配减压，在最底层的气腔中形成均匀分布的气流。
49.应用实例图10和图11是将本发明的防护装置安装在烟草生产线加香机工作环境中的视觉检测装置上进行的防护测试效果图，该生产设备功能是在烟丝中添加液态香料，设备工作原理是利用滚筒的转动来带动烟丝翻滚，然后和雾化喷洒的香料均匀混合。工作中滚筒内雾气弥漫，烟灰和烟丝四处飘散，视觉检测装置的工作环境非常恶劣。所示图片是连续生产6小时之后拍摄的视觉检测装置防护情况，从图中可以看见防护装置的外界已经完全被烟灰和烟丝覆盖，而视窗通道里面和视窗玻璃表面几乎没有被污染，防护效果很好。
50.本发明不局限于上述实施方式，实施例中的气道和气孔的排布以及气腔形状、位置、数量不限于图示的空间结构形式，可根据具体设计需要而改变。发明中所述的进气方式不仅限于高压气体，也可根据具体情况采用低压气体，供气方式可采用气站、气泵或风机等提供过滤后的清洁气体。任何人在本发明的启示下做出的结构变化或改进，凡与本发明具有相同或相近的技术方案，均在本发明的保护范围内。