CN106501256A - 一种流体介质自动识别装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流体介质自动识别装置，它是将机器视觉技术运用在流体工业生产中，利用成像装置通过安装的工业管道视镜，对管道内的流体介质进行自动成像、由微机对图像进行处理及分析，根据应用需要实现对流体介质的颜色、二种不同颜色的流体界面、流体内有无区别于流体颜色的异物进行识别，对流体颜色、液位、区别于流体颜色的异物数量、移动速度进行测量，实现流体在线自动识别和测量，该流体介质自动识别装置可以代替人眼识别管道内流体介质的外观特征，减轻人员劳动强度，提高员工劳动生产率及流体工业生产过程自动化水平，达到节能降耗，稳定产品质量的效果。

Description

一种流体介质自动识别装置
技术领域
本发明涉及一种流体介质自动识别设备，确切地说，是利用成像装置，通过安装的工业管道视镜，对管道内的流体介质进行自动成像、图像处理及分析，自动完成对流经管道内流体的识别。
背景技术
机器视觉技术是一种年轻、新兴的工业技术，目前被用以替代人眼的视觉功能，其系统结构是由光电成像装置及安装有视觉软件的微机组成，主要有三种形式，即工业相机、智能相机、视觉传感器，其机器本体具有通讯功能，具有对一定形状和体积的固态物质进行自动尺寸测量、检验、引导、识别。
工业相机包括相机、镜头、光源及光源控制器，该装置不具有图像处理及分析功能，它把现场拍摄的图像输出到装有视觉软件的微机上，由微机对图像进行图像处理及分析；智能相机和视觉传感器是嵌入式系统，是为图像处理及分析应用而设计的专用计算机系统，该机器具有图像处理及分析功能。智能相机图像处理及分析能力较高，用于较高要求的应用场合；视觉传感器集图像采集、光源、镜头、图像处理控制于一体，如用于有/无检测等应用要求简单的场合。
机器视觉技术以现代光学为基础，融合计算机技术、图像处理与分析技术，自动控制技术等现代科学技术为一体，具有精度高，在线监测实时分析、控制及连续工作等特点，已成功应用于半导体、电子元件、家用电器、汽车、机床及自动化设备等，而在众多的流体工业生产中，还都仍然沿用传统的人工视镜观察，即在安装有管道视镜的地方，由人工通过视镜现场观察管道内流体的外观特征，如：颜色、不同颜色的二种流体交界面、流体内有无区别于流体颜色的异物等，根据生产工艺要求，由人工做出生产工艺要求的相应操作。
例如，在啤酒生产中，糖化工段生产的麦汁要用泵输送到发酵工段的发酵罐内，根据工艺要求，麦汁在从糖化泵入发酵罐的过程中，首先要用热水对麦汁输送管道杀菌，麦汁紧随其后进行输送，即通常所说的引酒；糖化操作人员在该批次的麦汁进罐结束时，要用水把从糖化泵到发酵工段发酵罐之间管道内的麦汁，全部顶进发酵罐，即麦汁输送完后，紧接着输送水，即通常所说的顶酒。其目的是把麦汁全部送进发酵罐，而引酒、顶酒的用水不能进入发酵罐。否则就会增加成本消耗，或者影响产品质量。
该工况对水和麦汁的识别，主要依据颜色差异进行识别。由于水是无色的，麦汁是深颜色的，发酵操作人员，在麦汁进罐实际操作时，需现场观察安装在发酵罐锥底管道上的视镜，当视镜内出现连续流动的二种流体介质的交汇界面或颜色变化时，由人工操作完成阀门切换，即当看到水和麦汁的交汇界面或颜色变化时（前面是水，后面是麦汁），即进行阀门开关切换，完成引酒操作过程。同理，当该批次麦汁进罐结束时，发酵操作人员通过锥底管道视镜观察到麦汁和水的交汇界面或颜色变化时（前面是麦汁，后面是水），操作人员就切换操作阀门，完成顶酒操作过程。
在麦汁输送过程中，麦汁的温度一般是7℃，当外界环境温度高于麦汁温度，且环境湿度合适时，视镜镜面会产生冷凝水，操作人员为了清晰观察流体，会及时用手擦去视镜镜面冷凝水，保持视镜镜面清洁。
由于麦汁管道内流体流速快，人工视镜镜前观察，受限于人员操作经验、身体疲劳状况的影响，易造成操作误差，不仅增加了生产成本消耗、影响了产品质量，并且增加了操作人员的劳动强度，同时也制约了流体工业生产过程自动化程度的提高。
发明内容
因此，人们对流体自动识别装置，存在极大的需求，目前为止，还没有发现关于本发明相关资料的有关报道，本发明人经过反复的研究试验，终于研制出流体介质自动识别装置，从而完成了本发明。
本发明的目的就是提供一种流体介质自动识别装置，将机器视觉技术运用在流体工业生产中，即利用成像装置，通过安装的工业管道视镜，对管道内的流体介质进行自动成像，由微机对图像进行处理及分析，根据应用需要实现对流体介质的颜色、二种不同颜色的流体界面、流体内有无区别于流体颜色的异物进行识别，对流体颜色、液位、区别于流体颜色的异物数量、移动速度进行测量；在图像处理中，为了识别近似的不同流体图像，根据应用需要配置了流体介质参数测量仪表，其测量值为不同流体的近似流体图像识别提供了进一步的判断条件；为保证成像质量，在视镜外侧设置了视镜镜面除冷凝水组件，实现了流体在线自动识别和测量。
和现有技术相比，该流体介质自动识别装置可以代替人眼识别管道内流体介质的外观特征，减轻人员劳动强度，提高员工劳动生产率及流体工业生产过程自动化水平，达到节能降耗，稳定产品质量的效果。
本发明解决上述问题的技术方案是：包括一个或多个分别安装有流体介质参数测量仪表及视镜的流体输送被测管道、光电成像系统、PLC、交换机、安装有图像处理与分析软件的微机、视镜镜面除冷凝水组件，所述光电成像系统安装在视镜外侧，通过视镜间接对管道内的流体介质进行自动成像；由安装在微机上的图像处理及分析软件，对流体介质的成像进行实时处理，根据应用需要实现对流体介质的颜色、二种不同颜色的流体界面、流体内有无区别于流体颜色的异物进行识别，对流体颜色、液位、区别于流体颜色的异物数量、移动速度进行测量，这些流体特征是举例说明，在实际应用时，还包括图像处理与分析软件根据应用需要，能识别测量的另外的流体特征项目，具体识别测量的流体特征是任意选择配置；流体介质参数测量仪表为图像处理与分析软件进行图像处理识别，实时提供流体介质参数测量值，该测量值为不同流体的近似图像处理结果，提供进一步细化的流体识别条件；一个或多个流体输送管道，在每个被测管道上除安装有上述视镜、流体介质参数测量仪表外，还安装有流体介质温度测量仪表；视镜镜面除冷凝水组件安装在视镜外侧，视镜镜面除冷凝水组件由环境温度测量仪表、环境湿度测量仪表、流体温度测量仪表、压缩空气管道及控制阀构成；视镜镜面除冷凝水组件电信号分别接入PLC，由PLC根据环境温度和流体介质温度的差值及环境湿度值，输出控制信号控制压缩空气控制阀的开关，自动除去视镜镜面冷凝水；光电成像系统通过通讯总线连接交换机，流体介质参数测量仪表、流体温度测量仪表、环境温度测量仪表、环境湿度测量仪表输出信号分别通过信号线连接PLC输入端，压缩空气控制阀的信号连接PLC的输出端，PLC通过通讯总线连接交换机，交换机通过通讯总线和微机连接， PLC和微机之间的信息交换通过交换机连接。
所述的光电成像系统是工业相机、智能相机或视觉传感器，其具体配置可根据使用工况对识别、测量性能要求需要任意配置。工业相机、智能相机、视觉传感器是常用的光电成像系统或装置，所述的光电成像系统或者是其它原理的，能满足流体工业生产管道内的流体特征成像需要的成像系统或装置，光电成像系统包括所有原理的能直接或间接对流体进行成像的系统或装置。
所述微机在光电成像系统配置为工业相机时，视觉处理及分析软件安装在所述微机上，由所述微机完成流体图像处理及分析功能；在配置为智能相机或视觉传感器时，视觉处理及分析软件安装在智能相机或视觉传感器上，由智能相机或视觉传感器完成流体图像处理及分析功能，所述微机是二级管理微机，二级管理微机是否配置是根据配置需要而定，是任意选择配置。
所述图像处理及分析软件，完成对输入的图像进行处理及分析，视觉处理软件已固化了成熟的机器视觉算法，用户无需编程，就可对光电成像信号进行处理及分析，根据应用需要实现对流体介质的颜色、二种不同颜色的流体界面、流体内有无区别于流体颜色的异物进行识别，对流体颜色、液位、区别于流体颜色的异物数量、移动速度进行测量。这些流体特征是举例说明，在实际应用时，还包括图像处理与分析软件能识别测量的另外的流体特征，具体识别测量的流体特征项目是任意选择配置。
所述一个或多个流体输送被测管道，被测管道包括流体存储罐；被测管道上安装的视镜，包括存储罐上安装的视镜或视管；多个流体输送管道，包括流体存储罐，或者管道和罐组合；流体输送被测管道数量是根据测量需要，实际应用时任意选择配置。
所述镜面除冷凝水组件，包括具有除冷凝水功能的气体，或采用机械机构除去视镜镜面冷凝水，例如刮水器。
所述PLC接收来自现场测量仪表的输出信号，控制镜面除冷凝水组件压缩空气控制阀，并与微机通讯，共同完成图像处理；除完成图像处理外，PLC和流体生产的关联设备联络，用于实现流体生产过程的自动化控制；所述PLC即可编程逻辑控制器，其控制功能或者集成在微机上，是否配置是根据配置需要而定，是任意选择配置。
所述测量仪表用于实时测量被测管道内的流体介质参数，流体介质参数为温度、压力、液位、流量、电导率、PH值，其作用是为图像处理与分析软件进行图像处理时，为近似的不同流体成像处理，提供进一步的识别条件；或者微机通过图像处理软件，把近似的不同流体图像处理结果，通过通讯输出到PLC,由PLC结合测量仪表实时测量值，进行逻辑判断，进一步细化识别流体。流体介质参数测量仪表，除用于细化识别流体外，其实时测量值，根据需要也用于安全生产报警。测量仪表的具体配置是根据实际使用工况对流体识别、测量需要而定，具体需要的流体介质参数测量仪表是任意选择配置。 例如：啤酒生产中发酵罐清洗时，洗涤清水的温度是60℃，洗涤剂水溶液是常温水，而二者在通过视镜时，其图像特征基本是一样的，此时根据流体介质温度的差别，可以明确给予识别；此识别过程把洗涤清水的温度由PLC输送给图像处理软件，在图像处理时完成，或者把图像处理软件对图像的处理结果输送到PLC，由PLC通过逻辑判断完成。所述流体介质参数测量仪表输出到PLC的实时测量数据，用于图像处理识别，为不同流体介质的近似流体图像识别，提供进一步判断识别条件。
本发明结构紧凑，设计合理，成功的将现代机器视觉技术与流体工业生产结合，减轻了操作人员的劳动强度，提高了流体工业生产过程自动化水平，填补了流体生产行业的应用空白。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电器控制方框图。
具体实施方式
本具体实施方式中以三个流体输送被测管道为例，实际应用可以是一个或多个流体输送被测管道。
在图1中示出的三个用于流体输送的被测管道4中，每根被测管道上分别设有视镜1，视镜的左下侧分别设有光电成像系统2，视镜的右上侧分别设有压缩空气管道6，压缩空气管道6上分别设有控制阀3，被测管道4的左侧分别设有流体介质参数测量仪表5，被测管道4的右侧分别设有流体温度测量仪表12，信号线7的上部设有环境温度测量仪表10、环境湿度测量仪表11，信号线7的右侧设有PLC8、微机9、交换机13；光电成像系统2通过通讯总线14连接交换机13，流体介质参数测量仪表5、流体温度测量仪表12、环境温度测量仪表10、环境湿度测量仪表11的输出信号，分别通过信号线7连接PLC8输入端，压缩空气控制阀3的连接线由信号线7连接PLC 8的输出端，PLC 8通过通讯总线14连接交换机13，交换机13通过通讯总线14连接微机9，微机9和PLC8通过交换机13连接进行通讯。
图1、图2中，光电成像系统2通过通讯总线14连接交换机13，流体介质参数测量仪表5、流体温度测量仪表12、环境温度测量仪表10、环境湿度测量仪表11的输出信号，分别通过信号线7连接PLC8的输入端，压缩空气控制阀3的连接线由信号线7连接PLC 8的输出端，PLC 8通过通讯总线14连接交换机13，交换机13通过通讯总线14连接微机9，微机9和PLC8通过交换机13连接进行通讯。
本实施例说明：光电成像系统2配置为工业相机，三个流体输送被测管道4接入一台微机控制。
本发明另一实施例
光电成像系统2配置为智能相机，微机9是二级管理微机。
本发明另一实施例
光电成像系统2配置为视觉传感器，微机9是二级管理微机。
本发明另一实施例
保持视镜镜面清洁的镜面除冷凝水组件，利用机械装置刮水器除去镜面冷凝水。

Claims (10)

1.一种流体介质自动识别装置，包括一个或多个分别安装有流体介质参数测量仪表及视镜的流体输送被测管道、光电成像系统、PLC、交换机、安装有图像处理与分析软件的微机、视镜镜面除冷凝水组件，其特征在于：光电成像系统安装在视镜外侧，通过视镜间接对管道内的流体介质进行自动成像；由安装在微机上的图像处理及分析软件，对流体介质的成像进行实时处理，根据应用需要实现对流体介质的颜色、二种不同颜色的流体界面、流体内有无区别于流体颜色的异物进行识别，对流体颜色、液位、区别于流体颜色的异物数量、移动速度进行测量，这些流体特征是举例说明，在实际应用时，还包括图像处理与分析软件根据应用需要，能识别测量的另外的流体特征项目，具体识别测量的流体特征是任意选择配置；流体介质参数测量仪表为图像处理与分析软件进行图像处理识别，实时提供流体介质参数测量值，该测量值为不同流体的近似图像处理结果，提供进一步细化的流体识别条件；一个或多个流体输送被测管道，在每个被测管道上除安装有上述视镜、流体介质参数测量仪表外，还安装有流体介质温度测量仪表；视镜镜面除冷凝水组件安装在视镜外侧，视镜镜面除冷凝水组件由环境温度测量仪表、环境湿度测量仪表、流体温度测量仪表、压缩空气管道及控制阀构成；视镜镜面除冷凝水组件电信号分别接入PLC，由PLC根据环境温度和流体介质温度的差值及环境湿度值，输出控制信号控制压缩空气控制阀的开关，自动除去视镜镜面冷凝水；光电成像系统通过通讯总线连接交换机，流体介质参数测量仪表、流体温度测量仪表、环境温度测量仪表、环境湿度测量仪表输出信号分别通过信号线连接PLC输入端，压缩空气控制阀的信号连接PLC的输出端，PLC通过通讯总线连接交换机，交换机通过通讯总线和微机连接， PLC和微机之间的信息交换通过交换机连接。
2.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：所述的流体输送被测管道（4）上分别设有视镜（1），视镜的左下侧分别设有光电成像系统（2），视镜的右上侧分别设有压缩空气管道（6），压缩空气管道（6）上分别设有控制阀（3），被测管道（4）的左侧分别设有流体介质参数测量仪表（5），被测管道（4）的右侧分别设有流体温度测量仪表（12），信号线（7）的上部设有环境温度测量仪表（10）、环境湿度测量仪表（11），信号线（7）的右侧设有PLC（8）、微机（9）、交换机（13），光电成像系统（2）通过通讯总线（14）连接交换机（13），流体介质参数测量仪表（5）、流体温度测量仪表（12）、环境温度测量仪表（10）、环境湿度测量仪表（11）的输出的信号，分别通过信号线（7）连接PLC（8）输入端，压缩空气控制阀（3）的连接线由信号线（7）接PLC（8）的输出端，PLC（8）通过通讯总线（14）连接交换机（13），交换机（13）通过通讯总线（14）连接微机（9），微机（9）和PLC（8）通过交换机（13）连接进行通讯。
3.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：所述一个或多个流体输送被测管道，还包括流体存储罐；被测管道上安装的视镜，包括存储罐上安装的视镜或视管；多个流体输送管道，包括流体存储罐或者管道和罐组合；流体输送被测管道数量是根据测量需要，实际应用时任意选择配置。
4.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：所述的光电成像系统是工业相机、智能相机或视觉传感器，所述微机在光电成像系统配置为工业相机时，视觉处理及分析软件安装在所述微机上，由所述微机完成流体图像处理及分析功能；在配置为智能相机或视觉传感器时，视觉处理及分析软件安装在智能相机或视觉传感器上，由智能相机或视觉传感器完成流体图像处理及分析功能。
5.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：所述光电成像系统是满足流体工业生产管道内的流体特征成像需要的成像系统，光电成像系统包括所有原理的能直接或间接对工业生产管道内的流体进行成像的系统或装置。
6.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：光电成像系统安装有视觉处理及分析软件，用于流体图像处理，所述微机是二级管理微机，二级管理微机是否配置是根据配置需要而定，是任意选择配置。
7.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：所述镜面除冷凝水组件中，设有具有除冷凝水功能的气体。
8.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：所述镜面除冷凝水组件中，设有机械装置刮水器。
9.根据权利要求1所述的流体介质自动识别装置，其特征在于：所述测量仪表用于实时测量被测管道内的流体介质参数为温度、压力、液位、流量、电导率、PH，具体配置是根据实际使用工况对流体识别、测量需要而定，具体需要的参数测量仪表是任意选择配置。
10.根据权利要求1所述的流体介质自动识别方法，其特征在于：所述流体介质参数测量仪表输出的实时测量数据，用于图像处理，为不同流体介质的近似流体图像识别，提供进一步判断识别条件。
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