一種基于雙目視覺的鎂熔液含氫量檢測裝置的制作方法

本實用新型屬于有色冶金熔煉行業中的金屬液態質量檢測領域，具體涉及一種基于雙目視覺的有色金屬液態質量含氫量的檢測裝置。

背景技術：

鎂合金作為最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、減振性和散熱性好等優點，被譽為“21世紀綠色工程材料”。但鎂合金鑄件中顯微氣孔的存在，嚴重地影響鎂合金的力學性能，如抗拉強度、屈服強度、延伸率等。研究表明顯微氣孔主要來源于鎂熔液中的氫，因此鎂熔液中含氫量的檢測成為控制鎂合金鑄件質量的關鍵。

傳統的鎂熔液含氫量檢測方法大體上分為取樣法和直接測定法。

取樣法是先用鎂熔液澆注成固態樣品，然后從鎂樣品中抽真空萃取氫，再將萃取的氫氣在氣相色譜儀中分析從而確定氫含量的檢測方法，如真空萃取法等。減壓凝固法^[1]也可歸于取樣法，其需要對鎂熔液樣本進行抽真空凝固，使氫氣泡來不及析出而停留在鎂合金固體中，然后用測量密度的方法近似表征氫在鎂合金熔體中的濃度，該檢測方法的前提條件是在減壓凝固過程中氣體沒有從鎂合金熔體中溢出；沒有氣體固溶在鎂合金中，只是從熔體中析出，其在試樣中以氣泡的形式存在。

氫分離法^[2]是直接測定方法的常用方法。首先氫氣的分離發生在分離管內，一端連接到氬氣供給出口，另一端接到一組氣體收集器；其次將預熱后的分離管垂直浸入鎂熔液中到一定深度，由于壓力差的作用使鎂熔液進入分離管；然后氬氣噴嘴經加熱除濕后連到分離管開放的進口端，經過氬氣萃取的氫氣被氣囊收集；最后將收集的氫氣進行氣相色譜分析，當氣相色譜儀檢測值達到穩定時，就能計算出鎂熔液中氫的濃度。該測試方法能對鎂熔液中氫含量進行實時監控，且無需從固體中取樣，相比真空萃取法有更高的效率；然而其需要花費大量的時間，同時由于氫氣的擴散嚴重依賴于溫度，會導致其檢測不準確。

綜上所述，真空萃取法的檢測依賴于其前提條件、樣品準備和抽真空，同時由于管壁吸附層對含氫量會產生較大誤差，導致其不能精確檢測；氫分離法雖能直接測量鎂熔液中的氫，但其測試時間較長且不精確。因此，一種適合現場檢測的簡單、直接、快速和精確的測氫裝置是鎂熔液中測氫技術發展的方向。

技術實現要素：

鑒于現有檢測技術的不足，本實用新型的技術目的是提供一種基于雙目視覺的鎂熔液含氫量檢測裝置，以期集快速性和精確性于一身，達到自動、精確、快速檢測鎂熔液含氫量的目的。

為了實現上述技術目的，本實用新型是通過以下技術方案予以實現的。

本實用新型一種基于雙目視覺的鎂熔液含氫量檢測裝置，由加熱保溫系統，真空系統，雙目視覺處理系統和PLC控制系統構成；所述加熱保溫系統由高溫電極墊片、加熱電極、保溫石棉、石墨坩堝組成；所述加熱電極位于高溫電極墊片之上，與石墨坩堝直接接觸，外圍是保溫石棉；所述真空系統由底座、內嵌玻璃上蓋、電磁閥和真空泵組成；所述真空泵通過電磁閥與底座上方孔相連；所述底座與內嵌玻璃上蓋之間設有密封圈；所述雙目視覺處理系統由穹頂光源、CCD工業相機、第一氣泡、雙目視覺開發板及以太網電纜構成；所述CCD工業相機有兩個且相互垂直設置，所述雙目視覺開發板分別連接兩個CCD工業相機和以太網電纜，所述穹頂光源固定在CCD工業相機上并保持同軸；所述PLC控制系統由溫度模塊、模擬模塊、PLC模塊、以太網模塊、熱電偶、液晶顯示器及微壓傳感器組成；所述PLC模塊與溫度模塊、模擬模塊、以太網模塊以及液晶顯示器相連；所述熱電偶與溫度模塊相連，所述微壓傳感器與模擬模塊相連；所述雙目視覺處理系統通過以太網電纜與PLC控制系統中的以太網模塊相連；所述PLC控制系統通過PLC模塊與真空系統中的電磁閥和真空泵相連。

進一步的，所述CCD工業相機為高速攝像頭，最大分辨率為1280*1024像素，最大拍攝速度為1000幀/s。

進一步的，所述熱電偶為具有冷端自動補償功能的K型熱電偶。

本實用新型的檢測原理是建立在第一氣泡法基礎上，首先鎂熔液樣本上方抽取真空，鎂熔液中的氫在負壓作用下生核、長大形成氫氣泡向液面遷移析出；然后兩個相互垂直的同步CCD工業相機拍攝第一氣泡析出前后的序列圖像，圖像序列數據流經視頻解碼后進入雙目視覺圖像處理系統，進行圖像處理定位并識別出鎂熔液表面析出的第一個氣泡；其次當圖像匹配處理程序檢測到氣泡自身對應圓心點與液面完全重合時，采用以太網通訊將檢測信號立即傳遞給PLC控制系統；最后PLC快速響應，采集微壓力傳感器及熱電偶數據，經模擬模塊和溫度模塊信號放大、濾波以及A/D轉換并根據含氫量數學模型進行科學計算并顯示結果。鎂熔液含氫量檢測數學模型：這里A、B是與鎂合金成分有關的常數；C_H是含氫量，cm³/100g；P_H是氫分壓，Pa；T是鎂熔液溫度，K。

與現有技術相比，本實用新型具有以下技術效果：

1、從鎂熔液含氫量測試原理分析，提出了鎂熔液第一氣泡析出過程中的三種不同狀態：剛露頭、氣泡露出一半和脫離液面，只有氣泡自身對應圓心點與液面重合時，P_H＝P_測才成立，即微壓傳感器測量的壓力值才是氫分壓的真實值，從理論數學模型上保證了檢測結果的精確度。

2、雙目視覺處理系統具有空間深度感知特性，能夠利用圖像匹配技術獲取目標的特征信息—圓點和重合點，避免了人眼觀察或單目視覺的測量誤差問題，從而保證測量結果的精確性。

3、采用以太網通訊傳遞信號比發脈沖速度要快得多，實時性更好，測量結果更精確。

附圖說明

圖1是鎂熔液含氫量檢測技術原理圖。

圖2是基于雙目視覺的鎂熔液含氫量精確檢測裝置示意圖。

圖3是鎂熔液含氫量精確檢測氣泡析出過程示意圖。

圖中：1-底座；2-高溫電極墊片；3-加熱電極；4-保溫石棉；5-石墨坩堝；6-穹頂光源；7-CCD工業相機；8-第一氣泡；9-內嵌玻璃上蓋；10-雙目視覺開發板；11-溫度模塊；12-模擬模塊；13-以太網電纜；14-PLC模塊；15-以太網模塊；16-熱電偶；17-液晶顯示器；18-微壓傳感器；19-電磁閥；20-真空泵；21-液面上方氣泡形狀對應圓心點；22-氣泡自身對應圓心點。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的描述，但本實用新型不局限于下述實施例。

本實用新型檢測裝置中可以活動的部件均使用密封圈實現密封，以保證內外空氣隔絕；同時設計了加熱電極3和保溫石棉4，以免溫度變化太快。

圖1是鎂熔液含氫量檢測技術原理圖。鎂合金熔液樣本上方通過真空系統抽取真空，在穹頂光源作用下，雙CCD工業相機不斷獲取序列圖像，傳入雙目視覺開發板(內置DM642處理器)，經過圖像處理與識別算法，確認第一氣泡析出；當圖像匹配處理程序檢測到氣泡自身對應圓心點與液面完全重合時，采用以太網通訊將檢測信號立即傳遞給PLC控制系統；PLC快速響應，采集微壓傳感器及熱電偶數據，經模擬模塊信號放大、濾波以及A/D轉換并根據含氫量數學模型進行科學計算并顯示結果。

圖2是基于雙目視覺的鎂熔液含氫量精確檢測裝置示意圖。加熱保溫系統由高溫電極墊片2、加熱電極3、保溫石棉4、石墨坩堝5組成。真空系統由底座1、內嵌玻璃上蓋9、電磁閥19和真空泵20組成，電磁閥設計時考慮抽取真空或解除真空實現聯動。雙目視覺處理系統由穹頂光源6、雙CCD工業相機7、第一氣泡8、雙目視覺開發板10及以太網電纜13構成，工業相機采用高速攝像頭，最大分辨率為1280*1024像素，最大拍攝速度為1000幀/s。PLC控制系統由溫度模塊11、模擬模塊12、PLC模塊14、以太網模塊15、熱電偶16、液晶顯示器17及微壓傳感器18組成，熱電偶采用具有冷端自動補償功能的K型熱電偶。

圖3是鎂熔液含氫量精確檢測氣泡析出過程示意圖。圖3(a)為第一氣泡剛露頭時刻，液面上方氣泡形狀對應圓心點21與氣泡自身對應圓心點22不重合；圖3(b)為第一氣泡露出一半，液面上方氣泡形狀對應圓心點21與氣泡自身對應圓心點22重合；圖3(c)為第一氣泡快脫離液面時刻，液面上方氣泡形狀對應圓心點21與氣泡自身對應圓心點22不重合。雙目視覺圖像處理系統經圖像匹配算法檢測到圖3(b)所示的狀態時，此時測得壓力值P_測才是真正的氫分壓值P_H，即P_H＝P_測。

本實用新型具體實施方式如下：

首先固定好底座1，在高溫電極墊片2、加熱電極3和保溫石棉4的共同作用下將石墨坩堝5加熱并保溫在600℃，可通過溫度控制器進行設置；然后將定量的鎂熔液通過打開的內嵌玻璃上蓋9倒入石墨坩堝中，閉合上蓋，調整穹頂光源6的亮度使其達到最佳，對應的玻璃隔板隔離外部空氣進入且增強透光性，并啟動真空泵20和電磁閥19抽取真空；其次啟動兩個相互垂直的CCD工業相機7拍攝第一氣泡8析出的序列圖像，穹頂光源固定在工業相機上，保證其同軸度。將兩組序列圖像經視頻解碼后同時傳輸到雙目視覺開發板10，經內置DM642圖像匹配處理算法后，判斷液面上方氣泡形狀對應圓心點21與氣泡自身對應圓心點22的重合度。若兩圓心點重合時雙目視覺開發板通過以太網電纜13發出檢測信號給以太網模塊15并進入到PLC模塊14，這時PLC快速作出響應，采集熱電偶16和微壓傳感器18信號并通過溫度模塊11和模擬模塊12還原鎂熔液上方的真實溫度T和真實壓力P_測；最后PLC模塊根據內置的含氫量檢測數學模型程序對含氫量進行計算并在液晶顯示器17中顯示結果。