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专利名称：数字图像分析外测法气瓶试验装置的制作方法
技术领域：
气瓶属于国际范围内使用的移动式压力容器，其使用量广、范围广，可以反复充 装。我国的在役钢质无缝气瓶就有上千万只。伴随着环保汽车工程的实施，天然气汽车在 国内的推广应用，气瓶的使用量也与日俱增。气瓶储存的介质有氧气、氮气、氢气、石油天 然气等其它高压气体。为了减少气瓶泄漏或爆炸所导致财产损失和人身伤亡的可能性，必 须对出厂投入使用前的气瓶及对在服役的气瓶定期做水压试验来确定气瓶的弹、塑性变形 量。对气瓶进行水压试验，能够精确地获得气瓶容积全变形量，残余变形量，并可得到容积 残余变形率。将气瓶水压试验所测得容积残余变形率值与气瓶所规定判废的标准作比较， 以作为气瓶合格、降级使用或报废的依据。伴随气瓶水压试验的同时，气瓶水压试验装置也应运而生。美国作为世界上最 大的气瓶生产和使用国，其气瓶水压试验装置无疑代表了当今气瓶水压试验装置的技术 水平。其水压试验装置从20-30年代开始，经过了手工操作，60-70年代半自动控制，到了 80-90年代的计算机自动控制的历程。特别是从九十年代，由于微型计算机广泛应用及软件 开发技术不断进步，使得传统的气瓶水压试验装置由硬件配置改善和提高转移到以测控软 件配置水平的提高上来。美国几大气瓶水压试验装置生产厂家提供了计算机测量控制气瓶 水压试验装置。该计算机测控气瓶水压试验装置配有可运行在各种操作平台的用户友好软 件。计算机测控气瓶水压试验装置不仅大大提高了试验结果的精度，而且也提高了气瓶水 压试验的效率及降低操作人员的劳动强度，使气瓶的漏判和误判可能性都大大减少。
背景技术：
国标GB/T9251-1997《气瓶水压试验方法》对气瓶水压试验方法、试验装置的基本 要求及试验操作要点作了明确规定。规定的气瓶水压试验方法有三种耐压试验、外测法气 瓶容积变形试验(简称外测法试验)、内测法气瓶容积变形试验(简称内测法试验)。而我 们选用了外测法试验外测法试验是对气瓶进行水压试验的同时从气瓶外测量其容积残余变形率。受试 瓶容积残余变形率按公式(1-2)计算 式中η-受试瓶的容积的残余变形率，％AV'-受试瓶的残余变形量，mlΔ V-受试瓶的容积全变形量，ml为测量容积残余变形率，本实验装置采用的是数字图像分析的方法来测量气瓶的 外部的形变。传统的在气瓶外采用水套的方法容易受到外界条件干扰，并且存在对于水套中水 量变化的计量难以测量准确等这些产生误差的因素。采用数字图像分析的方法可以从原理 上避免这些误差因素，并且还可以大幅度的提高测量的效率。考虑到人工操作的误差等因
3素，我们采用电脑控制压力泵和图像的采集分析并且实时记录数据，提高测量的精度与效率。

发明内容
本发明参考了 GB/T9251-1997《气瓶水压试验方法》的有关规定，设计了一套微机 测控气瓶水压试验系统的流程本装置水压试验的硬件主要包括数码摄像头(或其他影像采集装置)、电脑主机、 压力表、减压阀、加压泵、转台等，我们在研制本装置时，主要参考了 GB/T9251-1997《气瓶水 压试验方法》和CGAC-I《压缩气体气瓶的水压试验方法》相关要求选择设计的，下面主要介 绍这些硬件的相关技术参数及设计要求。本装置采用数码摄像头来采集受试气瓶的变形。首先通过数字摄像头获取气瓶的 外形图像；然后对获取的图像进行二值化、去噪、拟合、边缘检测等图像处理过程获得气瓶 的外形尺寸；最后程序用获取的气瓶尺寸内部进行三维建模以计算出气瓶的变形量。装置 采用高分辨率摄像头，精度可以达到实际气瓶变形所需的精度。图像分析软件通过实时的摄像头说采集的数据，经过去噪、过滤提取图像中的有 效信息，从而获取关于气瓶的外形尺寸的变化。并在软件内部对气瓶进行三维建模，通过不 断地对比分析出气瓶的体积的变形量。本装置可采用电接点压力表，可以对试验压力的上限进行设定，起到超压保护作 用。该压力测量仪表的定期检验周期不得超过一个月。本装置电气自动化控制各电磁阀的动作和活塞计量量管中活塞的移动。采集模块 将传感器采集的数据由模拟信号转换为数字信号。控制电源负责对电磁阀提供电源电源选择需要根据所选控制装置决定，其额定输出功率必须大于各种模块等的总 消耗功率之和，并且要留有30%的余量。本系统需要测量气瓶水压试验时的试验压力，所以选用压力传感器。试验装置的控制系统采用了分布式两级控制方式(计算机独立控制与PLC独立控 制亦可)。本系统的主要特点有1)本控制系统采用了分布式两级控制方式。上位计算机可以采用电脑计算机，下 位机则可以采用由可编程控制器(PLC)、信号采集模块、电源模块、通信模块、压力传感器、 通信模块等组成。2)压力测试系统的改进采用压力变送器来测量系统的压力信号，送入下位机中 进行处理和转化，上位机通过通信程序模块读取压力值，并在屏幕上实时显示。3)容积变形量测试系统的改进在外测称重法和内测法中，本装置采用数字图像 分析外测法4)控制过程和数据采集通过通信模块由上、下位机协同完成，上位机用于设置原 始参数、实时监测试验条件、气瓶变形量的采集、动态处理试验数据、实时试验压力、水量曲 线绘制以及试验报告输出等功能。下位机实现在试验时对高压泵、电磁阀的动作控制和试 验过程中的数据采集。5)图像分析软件通过实时的摄像头说采集的数据，经过去噪、过滤提取图像中的有效信息，从而获取关于气瓶的外形尺寸的变化。6)在试验中可以图形方式动态显示试验过程中的时间/压力、时间/变形、压力/ 变形关系曲线。系统保存了试验过程的全部数据，用户可以在需要的时候查看试验过程中 的气瓶的全部试验数据和各类试验曲线。7)可以由用户设定气瓶水压试验的压力和保压时间。8)可以按照用户要求生成气瓶水压试验的各类试验报告。9)用户可以修改控制参数，实现对气瓶的不同试验要求。10)本系统对工作状态进行实时监视提供系统超压报警等异常报警，可以视异 常的危险程度，终止系统运行。附面说明1-数字摄像头(或其他影像采集装置)；2-受试瓶；3-转台；4-压力测试仪表(读 取试验压力用)；5-精密压力表(校验其他压力试验仪表用)；6-压力测量仪表(指示、控 制泵出口压力用)；7_试压泵；8-试验用水槽；9-活接头；10、11、12-高压阀；13、14-低压 阀；15-专用接头；16-伺服电机。
具体实施方案1)记录受试瓶的有关数据2)安装受试瓶3)排气开启阀10和11，启动水压泵7，排尽承压管道内的空气后停止水压泵7，关闭阀 10。4)静置使用图像分析程序，通过数字摄像头1获取当前的受测瓶2的体积。静置30s后 监测受测瓶2的体积是否有飘移，若量无飘移则可转入下步操作。否则重复本步操作。5)零位调整把通过数字摄像头1所获取的受测瓶2的体积最为受测瓶2的原始体积，即此时 受测瓶2的体积的变化为零，以下试验的体积变化都以该零位为基准。6)检漏启动水压泵7，当压力测量仪表4和6的示值升到受试瓶2的公称工作压力时，停 止水压泵7，关闭阀11后检查是否有泄漏。若发现压力测量仪表4的示值下降，则表示有泄漏，应开启阀10，卸掉压力。若判 明受试瓶瓶体泄漏，则应记入记录并中止该受试瓶的试验。7)升压在确认无泄漏的情况下开启阀11，重新启动水压泵7。当压力测量仪表4和6的 示值升到受试瓶2的试验压力时，停止水压泵7，关闭阀11。8)保压从关闭阀11起开始保压计时。达到规定的保压时间后，通过数字摄像头1，再次获取受测瓶2的体积变化量，此 值即受试瓶19的容积全变形值Δ V。
保压期间内若压力测量仪表4的示值下降，则应记入记录并中止该受试瓶的试验。9)卸压开启阀11，缓慢卸压。待压力表4的示值归“零”读取数据，获得残余变形量。10)卸下受试瓶从实验装置中卸下受试瓶2，从受试瓶上卸下专用接头15。
权利要求
本数字图像分析外测法气瓶试验装置，属于气瓶质量检测技术领域，其特征是由数字摄像部分、图像分析软件部分、压力检测部分、电气控制部分、微机跟踪部分连接组装结构而成。其技术特点在于1.使用图像的方法检测到气瓶由于压力产生的体积变化，测量过程为干式测量并无接触；2.采用图像去噪、拟合、边缘检测等图像处理方法来处理气瓶的图像，并且经过程序的三维模拟建模计算出变形量即气瓶的全变形量和残余变形量并计算出残余变形率；3.装置运作的全过程由电脑数控，无需人为干预。它的特点有
2.根据权利要求1所述的数字图像分析外测法气瓶试验装置，其特征是能够使用图 像分析的方法检测到气瓶由于压力产生的体积变化，测量过程为干式测量并无接触。
3.根据权利要求1所述的数字图像分析外测法气瓶试验装置，其特征是采用图像去 噪、拟合、边缘检测等图像处理方法来处理气瓶的图像，并且经过程序的三维模拟建模计算 出变形量即气瓶的全变形量和残余变形量并计算出残余变形率。
4.根据权利要求1所述的数字图像分析外测法气瓶试验装置，其特征是装置运作的 全过程由电脑数控，无需人为干预。
全文摘要
数字图像分析外测法气瓶试验装置，属于气瓶质量检测技术领域，它由数字摄像部分、图像分析软件部分、压力检测部分、电气控制部分、微机跟踪部分连接组装结构而成，其技术特点在于使用图像的方法检测到气瓶由于压力产生的体积变化，测量过程为干式测量并无接触。采用图像去噪、拟合、边缘检测等图像处理方法来处理气瓶的图像，并且经过程序的三维模拟建模计算出变形量即气瓶的全变形量和残余变形量并计算出残余变形率。解决了其他外测法容易受到外界条件干扰，意在突破传统称重外测法及其相关气瓶水压试验装置从某种程度上对于气瓶行业发展的影响和制约。提高了试验精度，并使得试验操作方便、结果直观，是气瓶作外测法水压试验的理想设备。
文档编号G01M99/00GK101881700SQ20091005070
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者刘小成 申请人:刘小成