[发明专利]一种基于红外热成像技术的汽车尾气检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于红外热成像技术的汽车尾气检测装置的检测方法，其特征在于:检测装置包括用于承载待测汽车(1-1)的底盘测功机(1-2)和主体装置(1-3)，所述的主体装置(1-3)包括平台移动装置(2-1)、移动检测装置(2-2)、热成像定位装置(2-3)、检测仪(2-4)和净化装置(2-5)，所述平台移动装置(2-1)包括横向平台(3-1)和驱动横向平台(3-1)沿x方向运动和定位的横向驱动件(3-2)，横向平台(3-1)上侧安装有升降平台(3-3)和驱动升降平台(3-3)实现z方向的移动和定位的升降驱动件(3-4)，所述移动检测装置(2-2)包括固定在升降平台(3-3)上的弧形轨道(5-1)，所述的弧形轨道(5-1)上安装有检测平台(5-3)和驱动检测平台(5-3)在弧形轨道(5-1)上实现y方向、z方向的移动和定位的检测平台移动机构(5-4)，所述的检测平台(5-3)上设有检测机构(5-2)，所述热成像定位装置(2-3)连续生成、回传并分析处理待测汽车(1-1)尾端的热力学图像，实时标定待测汽车(1-1)尾气口的空间坐标；所述检测仪(2-4)对收集的尾气进行成分检测并得出检测结果，所述净化装置(2-5)对从检测仪(2-4)检测完毕排出的尾气进行净化处理；

所述横向驱动件(3-2)包括滑动导轨(4-1)、丝杠(4-2)、丝杠电机(4-3)和支架(4-4)，所述的横向平台(3-1)滑动连接在滑动导轨(4-1)上，所述滑动导轨(4-1)平行于地盘测功机的滚筒机构轴线方向布置，所述丝杠(4-2)平行布置于两条滑动导轨(4-1)中间且与滑动导轨(4-1)位于同一水平面上，所述的横向平台(3-1)底部固定有与丝杠(4-2)配合的丝杠螺母，所述丝杠(4-2)的端部安装在支架(4-4)上，所述丝杠电机(4-3)与丝杠(4-2)连接，丝杠电机(4-3)工作带动横向平台(3-1)沿x方向移动，升降驱动件(3-4)为气缸，实现升降平台(3-3)沿z方向移动；

所述弧形轨道(5-1)包括设置在左右两侧的两条1/4弧形轨道(5-5)，两个1/4弧形轨道(5-5)端部通过限位板(5-6)焊接连接，弧形轨道(5-1)通过支撑板(5-7)焊接在升降平台(3-3)上，1/4弧形轨道(5-5)内侧焊接有齿条(5-8)及齿条保护槽(5-9)，所述检测平台移动机构(5-4)包括固定在检测平台(5-3)下方的支撑平台(9-1)，所述的支撑平台(9-1)上转动连接有转动轴，所述的转动轴端部固定有与齿条(5-8)啮合的齿轮(9-4)，所述的检测平台(5-3)内部具有用于驱动转动轴转动的检测平台(5-3)电机，所述的检测平台(5-3)底部还固定有支撑杆(9-3)，支撑杆(9-3)两端转动连接有滑轮(9-2)，弧形轨道(5-1)上具有导向槽(5-10)，滑轮(9-2)在弧形轨道(5-1)的导向槽(5-10)内滚动；

所述的检测机构(5-2)包括电动推杆(6-1)和探头(6-2)，所述探头(6-2)包括探头(6-2)收集端和伸缩臂，所述探头(6-2)收集端的前部形成有一从前到后直径逐渐连续扩大的扩径管(7-1)；所述扩径管(7-1)的前端形成有尾气进口；所述尾气进口通过形成在所述探头(6-2)收集端内的空腔与固定连接在所述探头(6-2)收集端后部的连接管(7-2)相连通；所述连接管(7-2)与连接波纹管(7-3)相嵌套，连接管(7-2)布置在连接波纹管(7-3)内部，连接管(7-2)可弯曲，所述连接管(7-2)的后部连接有导气管(7-4)、连接波纹管(7-3)后部固定在伸缩臂上，所述导气管(7-4)依次穿过伸缩臂、检测平台(5-3)，最终伸入检测仪(2-4)中，所述电动推杆(6-1)前端安装在伸缩臂的最上端伸缩管(7-5)的顶部，电动推杆(6-1)后端安装在检测平台(5-3)上；

所述扩径管(7-1)的锥度为60°，扩径管(7-1)外壁布置有若干条状的压力传感器(8-1)；压力传感器(8-1)在扩径管(7-1)外壁沿母线方向布置，压力传感器(8-1)周向均布，压力传感器(8-1)的长度与扩径管(7-1)母线长度相同，压力传感器(8-1)将扩径管(7-1)与排气管内壁的触碰信息转换为电信号，将电信号传递给电动推杆(6-1)，进而控制电动推杆(6-1)的运动，所述的扩径管(7-1)管口处设置有用于过滤尾气中携带的颗粒物质第一金属丝网；

所述连接管(7-2)内径与扩径管(7-1)大端内径相同，连接管(7-2)与通过扩径管(7-1)大端焊接固定，连接管(7-2)内壁布置有用于避免因尾气中水蒸气在导气管(7-4)内凝结而导致测量结果存在误差的若干伴热带(8-2)；若干伴热带(8-2)在连接管(7-2)内壁圆周上均匀分布，伴热带(8-2)长度与连接管(7-2)内壁母线长度相同；

所述伸缩臂由若干段的伸缩管嵌套组成，靠近扩径管(7-1)的伸缩管的孔径最小，靠近扩径管(7-1)的伸缩管顶端与波纹管后端焊接固定，靠近扩径管(7-1)的伸缩管固定在检测平台(5-3)中央，伸缩臂整体垂直于检测平台(5-3)的台面，并指向1/4弧形轨道(5-5)的圆心方向；

所述热成像定位装置(2-3)包括左右对称固定在所述检测平台(5-3)上的两台热成像摄像机(6-3)、图像信息识别系统(6-4)及图像处理系统(6-5)，热成像摄像机(6-3)连续生成并回传待测汽车(1-1)尾端的热力学图像，所述图像信息识别系统(6-4)及图像处理系统(6-5)，接收并储存热成像摄像机(6-3)回传的热力学图像，对图像进行形态学滤波、阈值分割处理后，实时标定待测汽车(1-1)尾气口的空间坐标；

所述检测仪(2-4)底部安装有固定平台(10-5)，检测仪(2-4)侧部上部开设有排气孔(10-1)，检测仪(2-4)对侧开设有导气管(7-4)进口，尾气进入检测仪(2-4)完成检测分析，通过排气孔(10-1)排入净化装置(2-5)，所述净化装置(2-5)包括外壳(11-1)、外壳(11-1)侧上开设有连接口(10-3)，连接口(10-3)与排气孔(10-1)通过软管(10-2)连接，外壳(11-1)下部开设有排气窗(10-4)，外壳(11-1)内侧设有净化层，净化层包括分子筛层(11-2)，分子筛层(11-2)下部安装有尿素颗粒状的废气处理剂层(11-3)，尿素颗粒状废气处理剂层(11-3)下部安装有活性炭层(11-4)，净化层由第二金属丝网进行固定；

检测方法包括以下步骤：

步骤1，待测汽车(1-1)进入指定位置，两部热成像相机拍摄待测汽车(1-1)尾部的热力学图像，形成左图像L和右图像R，图像信息识别系统(6-4)及图像处理系统(6-5)对图像进行预处理、图像区域分割以及与存储的市场上常见汽车尾气口热力学图像比对，选择目标图像进而确定尾气口所在位置坐标；

步骤2，通过张氏标定，对左图像L和右图像R进行标定，获得左右相机的内外参数；

步骤3，通过相机的内外参数，对左图像L和右图像R进行校正从而将左右图像去除畸变，将两幅图像极线对齐；

步骤4，对校正过的左右图像，利用并行的SGM算法计算，得到视差图，信息收集及控制系统对获得的视差图进行后处理，利用中值滤波的方法去除噪声，热成像节点独立搜索热点即温度30-50℃的图像节点即为热点，在其中一个节点检测到热点后，计算热点的相对位置坐标，传递给横向驱动件(3-2)，驱动丝杠电机(4-3)工作进而实现x方向运动；

步骤5，丝杠电机(4-3)开始工作，横向平台(3-1)从初始位置开始运动，当丝杠电机(4-3)运动至与热点相同的x方向的坐标位置时停止运转，横向平台(3-1)停止移动；

步骤6，横向驱动件(3-2)停止运转后，检测平台(5-3)位于弧形轨道(5-1)最高处的初始位置，热成像摄像机(6-3)进行拍摄，并将拍摄到的热力学图像传输到图像识别系统及图像处理系统(6-5)与存储数据进行比对，处理拍摄得到的图像有三种情况分别为矩形，圆形或椭圆形；

步骤7，根据拍摄得到的四种情况，检测平台移动机构(5-4)及检测机构(5-2)进行不同的运动，进而运动至对应的y、z坐标分为以下情形：

情况a：第一次拍摄所成图形为圆形，则检测平台移动机构(5-4)不需要进行运动，z方向坐标确定，已找到尾气口位置，电动推杆(6-1)部分开始伸长运行，推动探头(6-2)运动，当条状压力传感器(8-1)感受到碰撞产生的压力，发出电信号传给电动推杆(6-1)，电动推杆(6-1)停止运行，y方向位置确定，探头(6-2)开始采集尾气，进行检测；

情况b：第一次拍摄所成图形为矩形，说明此尾气管存在90°弯角，检测平台移动机构(5-4)开始工作移动到弧形轨道(5-1)最底端，当移动到最底端时检测平台移动机构(5-4)停止工作，y方向位置确定，电动推杆(6-1)开始伸长运行，推动探头(6-2)运动，当条状压力传感器(8-1)感受到碰撞产生的压力，发出电信号传给电动推杆(6-1)，电动推杆(6-1)停止运行，z方向位置确定，探头(6-2)开始采集尾气，进行检测；

情况c:第一次拍摄所成图像为椭圆形，说明尾气管有两种流程：

流程①：排气管与地面平行，由于探头(6-2)高度问题，探头(6-2)位于初始位置，高度较低，导致图像为椭圆形，针对此情况气缸推动升降平台(3-3)提升高度直至提升至最高高度，在此过程中，热成像摄像机(6-3)每隔0.05s拍摄一次图像，处理图像并记录，传输给图像信息识别系统(6-4)及图像处理系统(6-5)，当图像处理后为圆形时，说明探头(6-2)以运动到与尾气管相同的水平高度，z方向位置确定，气缸停止工作，电动推杆(6-1)开始伸长运行，推动探头(6-2)运动，当条状压力传感器(8-1)感受到碰撞产生的压力，发出电信号传给电动杆，电动推杆(6-1)停止运行，y方向位置确定，探头(6-2)开始采集尾气，进行检测；

流程②：按照流程①工作，若过程中未出现圆形图像，则说明排气管存在一定角度的弯角，角度为0～90°，通过图像信息识别系统(6-4)及图像处理系统(6-5)接收到的时间离散化的热力学图像进行分析处理，利用内设算法确定尾气管弯角度数，确定弯角度数后，气缸收缩，升降平台(3-3)降低到初始位置，检测平台移动机构(5-4)从初始位置开始向弧形轨道(5-1)最低处运动，当运动至探头(6-2)指向角度与弯角角度相同时即探头(6-2)方向与尾气管口轴线方向相同时，检测平台移动机构(5-4)停止运动，完成上述流程后，气缸重新从初始位置开始工作，气缸推动升降平台(3-3)提升高度，热成像摄像机(6-3)每隔0.05s拍摄一次图像，处理图像，传输给图像信息识别系统(6-4)及图像处理系统(6-5)，当图像处理后为圆形时，说明探头(6-2)以运动到与尾气管相同的水平高度，z方向位置确定，气缸停止工作，电动推杆(6-1)开始伸长运行，推动探头(6-2)运动，当条状压力传感器(8-1)感受到碰撞产生的压力，发出电信号传给电动杆，电动推杆(6-1)停止运行，y方向位置确定，探头(6-2)开始采集尾气，进行检测；

步骤8，将检测时采集尾气通过导气管(7-4)引入检测仪(2-4)进行分析，生出尾气内含量分析报告；

步骤9，分析完的尾气通过排气孔(10-1)进入净化机构完成净化后排放；

步骤10，检测结束后，电动推杆(6-1)收缩，探头(6-2)部分回到初始位置，检测平台(5-3)电机驱动检测平台(5-3)恢复至弧形轨道(5-1)最高处，升降驱动件(3-4)收缩至最短位置，丝杠电机(4-3)回转带动底部平台回到初始位置，主体装置(1-3)恢复至初始位置，检测结束。