一种板翅式换热器翅片成型工艺参数在线检测方法

1.本发明属于自动化检测领域，具体涉及一种板翅式换热器翅片成型工艺参数在线检测方法。


背景技术：

2.板翅式换热器作为一种典型的微细通道紧凑式换热装置，其以结构紧凑、传热效率高、体积小、质量轻等优点，被广泛运用于石油化工、航天航空、低温空气分析、动力机械等工业部门，并在回收热能、节约原料、降低成本以及一些特殊用途上取得了显著的成就。
3.翅片是板翅式换热器的核心传热元件，换热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间对流或相变传热完成。翅片的微观与宏观形变会改变微细通道中传热介质的流动特性，从而影响传热性能。
4.在翅片传统成型过程中，翅片的矩形度、对角线长度、高度、齿数、节距等工艺参数主要由人工进行检测。在传统的大范围翅片的参数测量中，对角线长度测量完全依赖人工检测，无法实现连续、重复性高的检测；翅片的齿高检测主要由检测人员通过千分尺等接触式测量装置实现，这会对翅片的上下表面造成压痕损伤，并产生测量误差，且不支持多点连续测量；翅片的齿数测量采用机械式数齿机进行测量，但机械式数齿机的滚动状结构会对翅片造成损伤，且不同规格翅片需要不同滚动结构，通用性较差；翅片的节距测量通过高精度的小范围测量装置，该测量装置不支持在线检测、测量范围小、功能单一且过程依赖人工。
5.此外，在传统的小范围翅片技术参数测量中，大多通过模具挤压翅片两侧进行定位，对于不同尺寸的翅片，需要不同的模具，对模具精度要求高。此外，在翅片测量中采用挤压方法定位会对翅片的对角线长度、高度、节距测量结果造成影响，降低测量精度。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种板翅式换热器翅片成型工艺参数在线检测方法，利用机器视觉辅助定位和非接触式检测技术对翅片的矩形度、齿高、齿数、节距等工艺参数进行在线检测。
7.一种板翅式换热器翅片成型工艺参数在线检测方法，使用的检测装置包括工作台、三维位移台、工业摄像机和激光位移传感器。工作台用于安装被测翅片。工业摄像机和激光位移传感器均安装在三维位移台上，并朝下设置。三维位移台能够带动工业摄像机和激光位移传感器在工作台上方移动。
8.该板翅式换热器翅片成型工艺参数在线检测方法，包括以下步骤：
9.步骤1、在工作台台面上放入被检测翅片，并使用压具压平被检测翅片。
10.步骤2、激光位移传感器射出激光，工业摄像机持续拍摄图片。三维位移台带动激光位移传感器和工业摄像机在被检测翅片的上方移动。计算机对工业摄像机拍摄的图像进行识别，判断图像中是否出现被检测翅片的边缘。
11.步骤3、若图像中出现被检测翅片的边缘，则根据图像中的激光点与被检测翅片的边缘的相对位置，三维位移台带动激光位移传感器和工业摄像机向被检测翅片的边缘的正上方移动，直到激光位移传感器射出的激光照射在被检测翅片的边缘上。
12.步骤4、利用工业摄像机持续拍摄的图像，控制三维位移台带动激光位移传感器沿着被检测翅片的边缘移动，每当激光位移传感器射出的激光移动到被检测翅片的一个角部，均记录激光位移传感器在工作台台面上的位置坐标；当激光位移传感器射出的激光经过被检测翅片的四个角部后，获得被检测翅片四个角部的坐标。根据被检测翅片四个角的坐标值，计算被检测翅片的对角线长度、轮廓面积s与被检测翅片轮廓的最小外接矩阵的面积s'；计算被检测翅片的矩形度rd＝s/s'。
13.步骤5、通过工业摄像机拍摄的图片获得被检测翅片的摆放姿态；三维位移台带动激光位移传感器依次沿着被检测翅片不同列的中间位置扫描。根据激光位移传感器测到的极大值与极小值之间的差值，确定被检测翅片的翅高；根据激光位移传感器在检测到两个极大值之间的位移量，确定被检测翅片的节距；根据激光位移传感器在扫描被检测翅片的一列的过程中，激光位移传感器测得极大值的次数，确定被检测翅片的齿数。
14.作为优选，所述的检测装置还包括压具。压具安装在工作台上，用于固定被测翅片。
15.作为优选，所述的压具包括下压主体和下压驱动组件。下压主体呈镂空的平板状。下压主体与能够升降运动的下压驱动组件连接。
16.作为优选，所述的下压驱动组件采用电缸。
17.作为优选，所述的工业摄像机采用ccd工业相机。
18.作为优选，所述工作台上设置有用于校准激光点初始位置的标定点。
19.作为优选，所述的工业摄像机、激光位移传感器和三维位移台内的电机均与控制模块连接。所述的控制模块采用计算机。
20.作为优选，步骤1执行前，三维位移台调整工业摄像机和激光位移传感器的高度，使得工作台的台面处于激光位移传感器的量程范围内。
21.作为优选，步骤1执行前，工业摄像机拍摄图像，激光位移传感器射出的激光；根据图像中激光光斑与标定点的相对位置；三维位移台带动工业摄像机和激光位移传感器移动，使得激光位移传感器射出的激光照射在标定点上。根据标定点在工作台上的坐标校准激光位移传感器的坐标位置。
22.本发明的有益效果为：
23.1.本发明通过摄像机和激光位移传感器相配合，摄像机拍摄的图像判断激光光斑在换热器翅片上的位置，进而使得激光位移传感器能够精准移动到换热器翅片四个角的正上方，实现了换热器翅片四个角的坐标的非接触式在线精准测量，进而获得了换热器翅片的矩形度。
24.2.本发明利用摄像机拍摄的图像获得换热器翅片的摆放姿态，并使得激光位移传感器沿着换热器翅片在当前摆放姿态下的长度方向进行扫描，从而避免了对换热器翅片精准定位的要求，避免了高精度模具的使用，并避免了翅片在长度和宽度方向上受到挤压而发生变形。
25.3.本发明对加工的翅片进行参数检测，并由计算机测控软件进行数据处理、分析、
显示、存储，进而能够根据检测数据对翅片成型机模具进行调控，实现模具的自动调控。
附图说明
26.图1为本发明使用的检测装置的结构示意图。
27.图2是本发明的流程图。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明进行进一步说明。
29.一种板翅式换热器翅片成型工艺参数在线检测方法，用于非接触式检测板翅式换热器翅片的翅高、节距、齿数和矩形度。
30.如图1所示，该检测方法使用的检测装置包括工作台4、压具5、三维位移台、工业摄像机9、激光位移传感器10和控制模块12。工作台4用于安装被测翅片。压具5安装在工作台4上，用于固定被测翅片，保证被测翅片在测试时的平整度。三维位移台安装在工作台4上，且其三自由度移动块位于工作台4的正上方。
31.三维位移台包括依次连接的第一直线位移机构1、第二直线位移机构2和第三直线位移机构3。第一直线位移机构1、第二直线位移机构2和第三直线位移机构3分别用于带动三自由度移动块沿正交的三个方向平移。具体的，第一直线位移机构1固定于工作台4上，用于固定件8的前后移动；第二直线位移机构2固定在第一直线位移机构1上，用于固定件的左右移动；第三直线位移机构3固定在第二直线位移机构2上，用于固定件的上下移动。
32.连接件8固定在三维位移台安装的三自由度移动块上。工业摄像机9、激光位移传感器10均安装在连接件8上，并朝向正下方的工作台4。工业摄像机9采用ccd工业相机。激光位移传感器10用于检测板翅式换热器翅片与工作台平面之间的高度差。ccd工业相机9用于确定翅片上的激光点与翅片的相对位置。该检测装置的标定点7位于工作台4上，用于确定初始时激光点的位置。
33.压具5包括下压主体和下压驱动组件11。下压主体呈镂空的平板状。下压主体底面的四个角均与能够升降运动的下压驱动组件11连接。本实施例中，下压驱动组件11采用电缸。
34.工业摄像机9、激光位移传感器10、三维位移台内的电机和自动模具装置均与控制模块连接。本实施例中，控制模块采用计算机。计算机通过对含有标定点和激光点的图片进行处理，得到激光点到标定点的方向与距离，通过控制三维位移台运动，使得标定点与激光点重合，实现激光位移传感器10的初始定位。
35.计算机对含有激光点与翅片的照片进行图像处理，得到翅片在工作台上的姿态(即翅片长度方向与三维位移台x轴方向夹角)，并以此来通过翅片平面倾斜度来校正运动方向。计算机对激光位移传感器返回的数据进行处理，结合通过三维位移台获得的当前坐标，计算翅片的矩形度、齿数、高度、节距。
36.如图2所示，该板翅式换热器翅片成型工艺参数在线检测方法，具体如下：
37.步骤1、工业摄像机拍摄照片并传入计算机，计算机通过照片中的标定点位置，计算位移方向与距离，三维位移台将激光位移传感器移动至标定点的上方，使得激光位移传感器射出的激光落在标定点上，且激光位移传感器与翅片最高点、标定点的距离在激光位
移传感器的量程范围内。
38.步骤2、三维位移台带动激光位移传感器移动工作台的台面上方的多个位置并检测距离值后返回标定点，通过激光位移传感器获取工作台的台面高度信息，并传入计算机。
39.步骤3、在工作台台面的中心位置放入被检测翅片，并使用压具压平被检测翅片。
40.步骤4、激光位移传感器射出激光，工业摄像机持续拍摄图片并传入计算机。三维位移台带动激光位移传感器和工业摄像机在被检测翅片的上方移动。计算机对工业摄像机拍摄的图像进行识别，判断图像中是否出现被检测翅片的边缘。
41.步骤5、若图像中出现被检测翅片的边缘，则根据图像中的激光点与被检测翅片的边缘的相对位置，三维位移台带动激光位移传感器和工业摄像机向被检测翅片的边缘的正上方移动，直到激光位移传感器射出的激光照射在被检测翅片的边缘上。
42.之后，利用工业摄像机持续拍摄的图像，控制三维位移台带动激光位移传感器沿着被检测翅片的边缘移动，每当激光位移传感器射出的激光移动到被检测翅片的角上，均记录激光位移传感器在工作台台面上的位置坐标(相对于零点的坐标，即相对于标定点的坐标，该坐标通过检测三维位移台中各电机的转动角度获得)；当激光位移传感器射出的激光经过被检测翅片的四个角后，获得被检测翅片四个角的坐标。根据被检测翅片四个角的坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)。计算被检测翅片的侧面积s＝x3y
1-x1y3 (x1y2 x2y3 x1y3 x3y
3-x2y
1-x3y
1-x3y
2-x3y3)/2，并计算被检测翅片的两条对角线长度。根据检测翅片四个角的坐标，确定检测翅片轮廓(视为四个角依次相连形成的四边形)的最小外接矩形，并根据最小外接矩形的四个角坐标计算其面积s'。计算矩形度rd＝s/s'。
43.步骤6、通过工业摄像机拍摄的图片判断被检测翅片相对于x轴方向的倾斜程度；三维位移台带动激光位移传感器依次在被检测翅片上各列翅片的中间位置沿着被检测翅片长度方向扫描。根据激光位移传感器测到的极大值(即波峰)与极小值(即波谷)之间的差值，确定被检测翅片的翅高；根据激光位移传感器在检测到两个极大值之间的位移量，确定被检测翅片的节距；根据激光位移传感器在扫描被检测翅片的一列的过程中，激光位移传感器测得极大值的次数，确定被检测翅片的齿数。
44.步骤7、将获得的矩形度、高度、齿数和节距，并将检测数据保存至计算机中。
45.综上可以看出，本发明采用工业摄像机辅助定位，采用激光位移传感器进行高度测量，再通过三维位移平台进行调整位置，实现板翅式换热器翅片参数的自动检测。而传统的大范围板翅式换热器翅片参数主要通过检测人员使用千分尺等接触式测量装置进行检测，受限于人工检测的局限性，无法准确高效地对翅片参数进行检测。传统的小范围板翅式换热器翅片参数主要通过模具固定翅片、非接触式测高传感器测量，由于需要模具固定，对模具的精度要求高，会对翅片造成横向或纵向的挤压，降低了翅片参数的精度。相比之下，本发明基于机器视觉和非接触式测量技术，利用ccd相机辅助定位。利用激光位移传感器测量翅片的参数，并将数据传输至计算机进行处理，提高企业的生产效率。