[发明专利]一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统及其操作方法

权利要求书

1.一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统，其特征在于，包括：工业相机、PC机、通信接口，所述工业相机通过Gige接口连接PC机的网口，所述PC机通过USB接口、USB转RS-485接口连接自动清洗装置的喷枪执行机构。

2.一种如权利要求1所述的换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)利用工业相机获取换热器管束正面图像；

步骤2)对获取的正面图像进行预处理，包括畸变矫正和图像增强；

步骤3)使用改进YOLOv3目标检测算法进行管口检测；

步骤4)根据相机成像原理利用坐标转换公式将管口圆心像素坐标转换成实际坐标；

步骤5)进行清洗作业路径规划；

步骤6)将规划后的路径发送给执行机构以进行后续作业。

3.根据权利要求2所述的一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，其特征在于，所述步骤1)中的工业相机为CCD相机或者CMOS相机，获取图像时将像素长宽改成相等大小。

4.根据权利要求2所述的一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤4)中的图像畸变矫正、坐标转换过程中用到的相机内参均通过相机标定得到。

5.根据权利要求2所述的一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，其特征在于，所述步骤3)中的管口识别使用基于YOLOv3的目标检测算法，并根据换热器清洗作业具体情况做了改进。

6.根据权利要求5所述的一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，其特征在于，所述改进具体为：将YOLOv3算法的主干网络DarkNet-53替换成轻量级网络MobileNet v2，大幅降低模型的计算量和参数量以提高检测速度；网络的输入大小调整为416×416；利用自制数据集对锚框重新进行聚类分析，决定使用9个锚框进行预测，锚框的大小分别是:10×10、15×15、22×23、36×36、55×55、62×63、79×78、95×96、115×116；对MobileNet v2网络的第55层、第116层和第150层的特征图进行检测，其特征图尺寸分别是52×52×192、26×26×576和13×13×1280；将得到的特征图使用上采样来提高尺寸，与网络中对应的图层进行融合，将9个锚框从大到小进行排序后按照更深层的特征图获得更大锚框的原则，平均分配到3个特征图中；最后使用非极大值抑制去除重复的边界框，得到最终的管口检测结果；所述管口识别方法相比于传统的目标检测算法在准确性和实时性上均有大幅提高。

7.根据权利要求2所述的一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，其特征在于，所述步骤3)中的改进YOLOv3目标检测算法需要提前利用数据集进行训练。

8.根据权利要求2所述的一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，其特征在于，所述步骤5)中的路径规划方法为正交路径法，在像素坐标系下完成，算法流程如下：

步骤51)求出所有边界框边长的平均值作为管口的直径，记为d；

步骤52)找出所有管口圆心坐标中最小的纵坐标值，记为v_min；

步骤53)另外的管口圆心纵坐标记为v_i，如果v_i-v_min＜k·d，则可认为这些圆位于同一行，k为一阈值；

步骤54)将上一步中得到的圆按照横坐标进行排序，奇数行顺序，偶数行逆序；

步骤55)剩余的管口重复2～4步操作；

步骤56)直至处理完所有管理以后，得到的排序即为清洗路径；

步骤57)最终将规划完成的清洗路径由通信接口发送给执行机构，以完成清洗作业。