板式换热器板片深度检测系统研究

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板式换热器是用于流体之间传递热量的一种高效换热设备,具有占用空间较小、安装拆卸方便、热损失较小、质量轻,价格较便宜、易改变换热面积等优点,是目前最流行的换热设备之一,在医药、制酒、食品、化工等领域有着广泛应用,并且随着结构上的改进,其应用领域正在逐步扩大。根据中华人民共和国能源行业标准《NB T47004.1-2017板式热交换器》,应该进行板片深度检测。目前,在板式换热器制造行业,主要采用深度量具进行人工抽检,工作效率低,人工成本较高。针对工人抽样检测波纹板深度方法的不足,设计板式换热器板片深度检测系统,采用激光轮廓仪实现板片深度的检测,并针对不同型号板片,设计检测系统机械平台。根据行业标准和板片结构,设计检测系统的采集路径,完成对不同型号板片深度数据的采集。在算法方面,研究了基于3D激光轮廓仪的深度检测方法,根据激光三角法的原理,利用3D激光轮廓仪采集波纹板的深度图像,并针对板片结构,设计波纹区和垫片槽区域两种不同算法:(1)在波纹区域,针对深度图像的单列数据,首先采用方向空间的理论,定位到波峰波谷的顶点。对图像中噪声点使用梯度定位法进行定位插值后,对波峰波谷顶点及其周围点使用高斯滤波平滑,后使用加权最小二乘法以二次函数为目标进行曲线拟合,将拟合的顶点作为波纹板的波峰波谷顶点,并模拟人工手持深度千分表的检测方法,计算检测点位两侧四个波峰的高度,选择左右较高者作为深度千分表与板片接触点进而拟合接触线,并使用点到直线的距离原理计算出波纹区的深度。(2)在垫片槽区域,首先对采集结果图像进行裁剪,保留感兴趣区域。然后对裁剪后的图像进行异常值去除和噪声平滑,消除图像的噪声干扰。再后使用区域生长算法对深度检测点位附近四个凸台顶面区域进行定位,并对各凸台顶面区域进行平面拟合,求得其坐标方程。将凸台顶面区域求取最小面积外接矩形,将最小外接矩形区域内的点代入平面方程中,求得每个凸台顶面区域中灰度值最大的点。并根据四个凸台区域中较高的三点确定深度千分表底面所在平面方程,最后取检测点处坐标,根据点到平面的距离,计算该检测点处的深度。搭建实验平台进行实验,使用C5-2040CS23-100激光轮廓仪采集波纹板的深度图像,对波纹板波纹区域和垫片槽区域的两种算法进行实验验证,并对实验结果进行误差分析。
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