CN106526122A - 一种基于双目视觉的镁熔液含氢量检测方法 - Google Patents

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许四祥
高培青
王忍宝
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Abstract

本发明公开了一种基于双目视觉的镁熔液含氢量检测方法，属于有色冶金熔炼行业中的金属液态质量检测领域。该方法首先将镁熔液样本上方抽取真空后，两个同步CCD工业相机拍摄第一气泡析出前后的序列图像，双目视觉处理系统经图像处理定位并识别出镁熔液表面析出的第一个气泡；其次当图像匹配处理程序检测到气泡自身对应圆心点与液面完全重合时，以太网通讯将检测信号立即传递给PLC控制系统；最后PLC快速响应，采集微压力传感器及热电偶数据，经模拟模块信号放大、滤波以及A/D转换并根据含氢量数学模型进行科学计算并显示结果。本发明检测方法集快速性和精确性于一身，达到自动、精确、快速检测镁熔液含氢量的目的。

Description

一种基于双目视觉的镁熔液含氢量检测方法
技术领域
本发明属于有色冶金熔炼行业中的金属液态质量检测领域，具体涉及基于双目视觉的有色金属液态质量含氢量的检测方法。
背景技术
镁合金作为最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、减振性和散热性好等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”。但镁合金铸件中显微气孔的存在，严重地影响镁合金的力学性能，如抗拉强度、屈服强度、延伸率等。研究表明显微气孔主要来源于镁熔液中的氢，因此镁熔液中含氢量的检测成为控制镁合金铸件质量的关键。
传统的镁熔液含氢量检测方法大体上分为取样法和直接测定法。
取样法是先用镁熔液浇注成固态样品，然后从镁样品中抽真空萃取氢，再将萃取的氢气在气相色谱仪中分析从而确定氢含量的检测方法，如真空萃取法等。减压凝固法[1]也可归于取样法，其需要对镁熔液样本进行抽真空凝固，使氢气泡来不及析出而停留在镁合金固体中，然后用测量密度的方法近似表征氢在镁合金熔体中的浓度，该检测方法的前提条件是在减压凝固过程中气体没有从镁合金熔体中溢出；没有气体固溶在镁合金中，只是从熔体中析出，其在试样中以气泡的形式存在。
氢分离法[2]是直接测定方法的常用方法。首先氢气的分离发生在离管内，一端连接到氩气供给出口，另一端接到一组气体收集器；其次将预热后的分离管垂直浸入镁熔液中到一定深度，由于压力差的作用使镁熔液进入分离管；然后氩气喷嘴经加热除湿后连到分离管开放的进口端，经过氩气萃取的氢气被气囊收集；最后将收集的氢气进行气相色谱分析，当气相色谱仪检测值达到稳定时，就能计算出镁熔液中氢的浓度。该测试方法能对镁熔液中氢含量进行实时监控，且无需从固体中取样，相比真空萃取法有更高的效率；然而其需要花费大量的时间，同时由于氢气的扩散严重依赖于温度，会导致其检测不准确。
综上所述，真空萃取法的检测依赖于其前提条件、样品准备和抽真空，同时由于管壁吸附层对含氢量会产生较大误差，导致其不能精确检测；氢分离法虽能直接测量镁熔液中的氢，但其测试时间较长且不精确。因此，镁熔液含氢量的精确检测方法成为镁熔液含氢量检测研究的重点。
发明内容
鉴于现有检测方法的不足，本发明要解决的技术问题是提出一种基于双目视觉的镁熔液含氢量检测方法，以期集快速性和精确性于一身，达到自动、精确、快速检测镁熔液含氢量的目的。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明基于双目视觉的镁熔液含氢量检测方法建立在第一气泡法基础上，首先将镁熔液样本上方经过真空抽取后，两个同步CCD工业相机拍摄第一气泡析出前后的序列图像，图像序列数据流经视频解码后进入双目视觉图像处理系统，进行图像处理定位并识别出镁熔液表面析出的第一个气泡；其次当图像匹配处理程序检测到气泡自身对应圆心点与液面完全重合时，以太网通讯将检测信号立即传递给PLC控制系统；最后PLC快速响应，采集微压力传感器及热电偶数据，经模拟模块信号放大、滤波以及A/D转换并根据含氢量数学模型进行科学计算并显示结果。
上述镁熔液含氢量检测数学模型：这里A、B是与镁合金成分有关的常数；CH是含氢量，cm3/100g；PH是氢分压，Pa；T是镁熔液温度，K。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、从镁熔液含氢量测试原理出发，提出了镁熔液第一气泡析出过程中的三种不同状态：刚露头、气泡露出一半和脱离液面，只有气泡自身对应圆心点与液面重合时，PH＝P测才成立，即微压力传感器测量的压力值才是氢分压的真实值，从理论数学模型上保证了检测结果的精确度。
2、双目视觉系统具有空间深度感知特性，能够利用图像匹配技术获取目标的特征信息---圆点和重合点，避免了人眼观察或单目视觉的测量误差问题，从而保证测量结果的精确性。
3、采用以太网通讯传递信号比发脉冲速度要快得多，实时性更好，测量结果更精确。
附图说明
图1是镁熔液含氢量精确检测方法原理图。
图2是镁熔液含氢量精确检测结构示意图。
图3是镁熔液含氢量精确检测气泡析出过程示意图。
图中：1-真空泵、2-镁熔液样本、3-第一气泡、4-坩埚内嵌玻璃、5–穹顶光源、6-双摄像头、7-玻璃隔板、8-双目视觉处理系统、9-以太网电缆、10-PLC控制系统、11-温度模块、12-压力模块、13-显示屏、14-热电偶、15-液面上方气泡形状对应圆心点、16-气泡自身对应圆心点。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。
本发明检测装置中可以活动的部件均使用密封圈实现密封，以保证内外空气隔绝；同时设计了加热线圈和保温棉，以免温度变化太快。
首先固定好测试装置，并通过真空泵1将镁熔液样本2上方抽取真空，玻璃隔板7隔离外部空气进入且增强透光性；其次调整穹顶光源5的亮度使其达到最佳，坩埚内嵌玻璃4保证良好的透光，并利用两个相互垂直的CCD工业相机6拍摄第一气泡3析出的序列图像，穹顶光源固定在工业相机上，保证其同轴度；将两组序列图像经视频解码后同时传输到双目视觉图像处理系统8，经DM642图像匹配处理算法后，判断液面上方气泡形状对应圆心点15与气泡自身对应圆心点16的重合度；若两圆心点重合时双目视觉图像处理系统通过以太网电缆9发出检测信号给PLC控制系统10，PLC快速作出响应，采集温度和压力信号并通过温度模块11和压力模块12还原镁熔液上方的真实温度T和真实压力P测，其中热电偶14测量镁熔液样本温度；最后PLC控制系统根据内置的含氢量检测数学模型程序对含氢量进行计算并在显示屏13中显示结果。
图3是镁熔液含氢量精确检测气泡析出过程示意图。图3(a)为第一气泡刚露头时刻，液面上方气泡形状对应圆心点15与气泡自身对应圆心点16不重合；图3(b)为第一气泡露出一半，液面上方气泡形状对应圆心点15与气泡自身对应圆心点16重合；图3(c)为第一气泡快脱离液面时刻，液面上方气泡形状对应圆心点15与气泡自身对应圆心点16不重合。双目视觉图像处理系统经图像匹配算法检测到图3(b)所示的状态时，此时测得压力值P测才是真正的氢分压值PH，即PH＝P测。

Claims (1)

1.一种基于双目视觉的镁熔液含氢量检测方法，其特征在于，该方法建立在第一气泡法基础上，具体包括以下步骤：
(1)将镁熔液样本上方经过真空抽取后，两个同步CCD工业相机拍摄第一气泡析出前后的序列图像，图像序列数据流经视频解码后进入双目视觉图像处理系统，进行图像处理定位并识别出镁熔液表面析出的第一个气泡；
(2)当图像匹配处理程序检测到气泡自身对应圆心点与液面完全重合时，以太网通讯将检测信号立即传递给PLC控制系统；
(3)PLC控制系统快速响应，采集微压力传感器及热电偶数据，经模拟模块信号放大、滤波以及A/D转换并根据镁熔液含氢量数学模型进行科学计算并显示结果；
所述镁熔液含氢量检测数学模型：
其中：A、B是与镁合金成分有关的常数；CH是含氢量，cm3/100g；PH是氢分压，Pa；T是镁熔液温度，K。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1699957A (zh) * 2005-06-16 2005-11-23 华中科技大学 铸造铝合金熔液含氢量的定量检测方法及装置
CN102213670A (zh) * 2011-03-28 2011-10-12 安徽工业大学 一种镁合金熔液含氢量实时检测的方法及其装置
CN204989045U (zh) * 2015-10-10 2016-01-20 安徽工业大学 一种镁合金含氢量快速检测装置

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