[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

说明书

本发明公开了一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统，包括工业相机、PC机、通信接口，工业相机通过Gige接口连接PC机的网口，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。导航系统的操作方法，包括如下步骤：工业相机获取换热器管束正面图像；对图像畸变矫正和图像增强；使用改进YOLOv3目标检测算法进行管口检测，获取管口圆心的像素坐标；利用坐标转换公式将管口圆心像素坐标转换成实际坐标；使用正交路径法进行清洗作业路径规划；清洗装置按照规划后的路径自动执行清洗作业。本发明，可以实时且准确的获取换热器管口的位置，效率高，可以有效降低人力劳动，实现换热器的全自动化清洗作业。

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，尤其是涉及换热器自动清洗装置的视觉导航系统及其操作方法。

背景技术

换热器是一种将高温流体的部分热量传递给低温流体的热量交换设备，其作为重要的过程设备在石油、化工、原子能、建材等工业领域中发挥着越来越重要的作用。换热器内部的传热表面会在使用的过程中形成沉淀物，污垢会阻塞通道截面，导致热传递效率下降，甚至存在腐蚀器材引起爆炸等安全隐患。因此，我国相关管理部门要求定期对换热器设备进行清洗、堵漏作业。目前，主流的换热器清洗方式为高压水射流清洗技术，该方法成本低，无污染，但是在实际应用中，多是要求工人手持高压水枪对换热器管束污垢进行强力冲刷，清洗效率低下，劳动强度大并且危险性高。而现有的换热器清洗装置多为半自动化结构，仅可实现自动冲洗，换热器的管口识别和定位仍需要作业人员在旁边操控，整体作业效率受制于人力，容易造成漏洗，并且没有从根本上解决人员安全问题。

随着工业4.0时代的到来，机器视觉技术不断更新迭代，在智能制造过程中的引导、检测、测量和识别环节得到了广泛应用，使机器智能化成为现实。因此，可将基于机器视觉的目标检测技术应用于换热器管口识别和定位，显著提高准确率和效率，实现换热器清洗装置的全自动化。

发明内容

为了解决背景技术中所述的问题，本发明提供了一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统及其操作方法，首先对相机采集到的换热器管束正面图像进行预处理，然后对图像中的管口进行识别，之后通过坐标转换公式求得管口的实际位置，最后进行清洗路径规划并将规划完的路径发送给换热器自动清洗装置喷枪执行机构。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统，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。

一种换热器自动清洗装置的视觉导航系统的操作方法，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。

作为优选实施例，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。

作为优选实施例，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。

作为优选实施例，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。