CN108051345A - 一种检测除醛除异味净化球粒度的控制系统及应用 - Google Patents

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许丹宇
岳金强
段晓雨
石岩
李鹏飞
张亚慧
王艳
刘京伟
霍永青
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging using imaging, e.g. a projected image of suspension; using holography

Abstract

本发明涉及一种检测除醛除异味净化球粒度的控制系统及应用，它是由抽样系统和检验系统两部分组成；其中抽样系统：定时抽取除醛除异味净化球样本；检验系统包括：测试系统、测试装置的启动与标定、样本检测与显示、数据处理与分析。本发明的检测除醛除异味净化球粒度的控制系统与现有的人工抽样相比较，人工抽样需间隔1‑2小时进入车间进行采样检测，而本发明装置依靠计算机软件检测同时直接输出结果，测量比人工更精准。大幅度的提高了检测速度，减少所用时间，提高了检测的准确性。

Description

一种检测除醛除异味净化球粒度的控制系统及应用
技术领域
本发明涉及提供一种用于室内空气净化领域内产品造球过程中对产品粒度的检测，即一种基于激光散斑图像检测除醛除异味净化球的造粒粒度抽样检验系统及装置。
背景技术
室内环境污染是指室内空气中混入有害人体健康的氡、甲醛、苯系物、氨、挥发性有机物等气体的现象。据世界卫生组织《2008年世界卫生报告》指出：室内空气污染已经和心血管疾病、癌症等成为影响人类健康的十大杀手之一。我国每年由室内空气污染引起的超频死亡人数可达11.1万人。经研究表明，在我国造成装修后室内空气污染最严重、最普遍的为甲醛，长时间接触甲醛会咳嗽、打喷嚏、感到憋闷、恶心、免疫力下降，甚至可致癌、死亡。我国《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）中甲醛的浓度限值为0.10mg/m3。
针对室内空气污染治理，一种专用于除醛除异味的净化球造粒粒度的控制系统及装置。该装置对于净化球的工艺生产进行严格把控。不同于采用离线检测的方法，采用一种基于激光散斑图像的在线监控系统。目前，为保证产品成品粒度检测员需一天在机器工作时间内每间隔3小时去车间采一次样。这样工作情况造成了人力和财力的损失，还使产品的质量和美观受到影响。
为解决上述问题，本发明提供一种基于激光散斑图像检测除醛除异味净化球造粒粒度的控制系统及装置，既减少了工作人员的工作量，又保障了产品成品的质量。
发明内容
本发明提供了一种基于激光散斑图像检测除醛除异味净化球造粒粒度的控制系统及装置。本发明主要目的包括：
（1）专门用于除醛除异味净化球造粒粒度利用激光散斑图像检测的控制系统及装置；
（2）具有显著的效果，利用智能化系统及装置更有效地对产品粒度大小进行控制；
（3）大幅度的提高了检测速度，减少所用时间，提高了检测的准确性。
为实现上述发明目的，本发明公开了如下的技术内容
一种检测除醛除异味净化球粒度的控制系统，其特征在于它是由抽样系统和检验系统两部分组成；其中抽样系统（常规方法）：定时抽取除醛除异味净化球样本；
检验系统包括：
（1）测试系统：主要包括硬件系统与软件系统两个部分，它的工作原理硬件系统主要负责将抽取的样本成像；软件系统负责样本检测与显示；
（2）测试装置的启动与标定：
1）测试装置包括：取样与检测平台部件1、摄像机2、图像采集卡3、计算机4、软件处理5、激光器6、光路系统7、片光源8；其中摄像机正对着取样与检测平台部件，摄像机2输出端与图像采集卡3连接，图像采集卡输出端与计算机4输入端连接；计算机输出端与软件处理5输入端连接，激光器6、光路系统7连接形成片光源8，片光源在取样与检测平台一侧的位置；
2）启动与标定：CCD相机参数的初始成像标定，根据抽样数量和抽样频率的需要，设定相机快门参数，以捕捉更多信息；同时设置激光脉冲频率与CCD的拍摄帧频；将造球机所生产的除醛除异味净化球进入样品测试器，并根据检验要求控制样本数量和进样速度；
（3）样本检测与显示：依靠系统软件中的参数测量模块完成，其过程主要包括：
① 取样模块上设置定时模块和图像采集模块；
② 图像采集模块的输出端与边缘检测模块的输入端信号连接；
③ 边缘检测模块的输出端与轮廓提取模块的输入端信号连接；
④ 轮廓提取模块的输出端与信息统计模块的输入端信号连接；
⑤ 信息统计模块的输出端与信息数据化与显示模块的输入端信号连接；
⑥ 信息数据化与显示输出
（4）数据处理与分析
实时采集连续单帧图像，重复上述样品检测与显示步骤，可实现对除醛除异味净化球样本质量检测动态分析；数据处理与人机交互系统主要是通过计算机实现用户与系统的交流，实现对数据的编辑、分析和操作，按用户要求编辑数据结果、绘制相关曲线，实现分析结果可视化输出，并导出Execl格式的数据报告。
本发明更进一步公开了检测除醛除异味净化球粒度的控制系统在用于提高净化球检测速度提高检测准确性方面的应用。实验结果显示：检测准确性可达97%以上。
本发明更加详细的描述如下：
第一，定时抽取除醛除异味净化球样本：
第二，测试系统的布设：
在系统正式开始测试之前，各组成装置布局要求如下：
①调节透镜组支架，使激光器发射的激光经透镜组所生成的片光垂直进入样品测试器中；
相机的镜头面、感光面与激光片光面的三个面平行，以保证不同相机采集到的不同尺度的图象为同一物理空间中同一时刻的测试对象；
图像采集的电荷耦合型图像传感器CCD高速摄像机和镜头，最高采集速度可达100帧/秒；
第三，测试装置的启动与标定：
①CCD相机参数的初始成像标定
根据检测的尺寸要求，标定CCD相机参数。通过对照标定调焦，使标定点能清晰成现于计算机图像上，分别进行CCD相机的标定，对标定板上的标定点进行拍照后，系统通过将图像上标定点之间所占像素与实际标定点上距离的对比，自动计算出图像上的实际像素所代表实际物理空间的距离，确定像距与物距之比；根据抽样数量和抽样频率的需要，设定相机快门参数，以捕捉更多信息；
激光脉冲频率与相机帧频的设定
按具体研究目的和要求，根据抽样数量和抽样频率的需要，设置激光脉冲频率与CCD的拍摄帧频；
抽样样品进入
按具体抽样检验目的和要求，将造球机所生产的除醛除异味净化球进入样品测试器，并根据检验要求控制样本数量和进样速度；
第四，样本检测（所用到软件模块均有市售）:
除醛除异味净化球粒度检测依靠系统软件中的参数测量模块完成，其过程主要包括：
① 取样模块上设置定时模块和图像采集模块；
② 图像采集模块的输出端与边缘检测模块的输入端信号连接；
③ 边缘检测模块的输出端与轮廓提取模块的输入端信号连接；
④ 轮廓提取模块的输出端与信息统计模块的输入端信号连接；
⑤ 信息统计模块的输出端与信息数据化与显示模块的输入端信号连接；
⑥ 信息数据化与显示输出
第五，数据处理与分析
实时采集连续单帧图像，重复上述样品检测与显示步骤，可实现对除醛除异味净化球样本质量检测动态分析；数据处理与人机交互系统主要是通过计算机实现用户与系统的交流，实现对数据的编辑、分析和操作，按用户要求编辑数据结果、绘制相关曲线，实现分析结果可视化输出，并导出Execl格式的数据报告。
本发明设计的检测除醛除异味净化球粒度的控制系统及装置主要考察了人工抽样的检测方法，难点在于如何利用光学图像进行检测辅助，重点解决了利用自动化系统提高检测效率与准确性。
本发明公开的检测除醛除异味净化球粒度的控制系统及装置与现有技术相比所具有的积极效果在于：
（1）本发明的方法主要用于除醛除异味净化球造粒粒度利用光学图像检测；该系统可以大幅度的提高检测速度，减少所用时间，提高了检测的准确性。
（2）通过提高检测的准确性，在产品生产过程中能更有效地把控产品成品质量。
附图说明
图1为检测除醛除异味净化球粒度的控制系统的流程图；
图2为检测除醛除异味净化球粒度的控制系统软件系统图；
图3检测除醛除异味净化球粒度的控制系统的结构示意图；其中：
1：取样与检测平台、2：摄像机、3：图像采集卡、4：计算机、
5：软件处理、6：激光器、7：光路系统、8：片光源。
具体实施方法
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
实施例1
一种除醛除异味净化球的制备方法如下：
1．取120目硅藻土15份、120目改性活性炭8份、120目活性炭纤维15份、纳米级二氧化钛30份、50nm电气石2份、180目茶多酚10份，投入搅拌机进行混合，将其搅拌均匀；
2．将搅拌均匀的粉末、130目羧甲基纤维素钠0.8份和水4份置于造球机内；
3．再将搅拌均匀的粉末与植物精油按照重量份数比将植物精油投加至造球机内，制成直径为1cm小球；
4．取每100粒小球装至一个特质的透气性好的产品袋内，用封口机封口。
将1袋产品放置于甲醛浓度为0.28mg/m3的汽车室内，经7天后检测甲醛浓度为0.03mg/m3，符合国家标准限值，并且车内无其他异味。
实施例2
检测除醛除异味净化球粒度的控制系统：
它是由抽样系统和检验系统两部分组成；其中抽样系统（常规）：定时抽取除醛除异味净化球样本；
检验系统包括：
（1）测试系统：主要包括硬件系统与软件系统两个部分，它的工作原理硬件系统主要负责将抽取的样本成像；软件系统负责样本检测与显示；
（2）测试装置的启动与标定：
1）测试装置包括：取样与检测平台部件1、摄像机2、图像采集卡3、计算机4、软件处理5、激光器6、光路系统7、片光源8；其中摄像机正对着取样与检测平台部件，摄像机2输出端与图像采集卡3连接，图像采集卡输出端与计算机4输入端连接；计算机输出端与软件处理5输入端连接，激光器6、光路系统7连接形成片光源8，片光源在取样与检测平台一侧的位置；
测试装置包括取样与检测平台、摄像机、激光器和光路系统部件，他们的连接关系：
①取样和检测平台输入端连接造球机，将造出的产品球通过输入端口依次滚过平台（只能成一纵排依次滚过平台）；
②摄像机连接软件系统中的图像采集模块，将成像导入软件系统；
③激光器与光路系统相连接，形成片光源。
2）启动与标定：CCD相机参数的初始成像标定，根据抽样数量和抽样频率的需要，设定相机快门参数，以捕捉更多信息；同时设置激光脉冲频率与CCD的拍摄帧频；将造球机所生产的除醛除异味净化球进入样品测试器，并根据检验要求控制样本数量和进样速度；
（3）样本检测与显示：依靠系统软件中的参数测量模块完成，其过程主要包括：
① 取样模块上设置定时模块和图像采集模块；
② 图像采集模块的输出端与边缘检测模块的输入端信号连接；
③ 边缘检测模块的输出端与轮廓提取模块的输入端信号连接；
④ 轮廓提取模块的输出端与信息统计模块的输入端信号连接；
⑤ 信息统计模块的输出端与信息数据化与显示模块的输入端信号连接；
⑥ 信息数据化与显示输出
（4）数据处理与分析
实时采集连续单帧图像，重复上述样品检测与显示步骤，可实现对除醛除异味净化球样本质量检测动态分析；数据处理与人机交互系统主要是通过计算机实现用户与系统的交流，实现对数据的编辑、分析和操作，按用户要求编辑数据结果、绘制相关曲线，实现分析结果可视化输出，并导出Execl格式的数据报告。
实施例3
检测除醛除异味净化球粒度的控制系统的应用实例
使用本发明装置对一种除醛除异味净化球的造粒粒度进行监测，方法如下步骤：
（1）将造球机的输出端与平台（取样与检测平台）相连接，使产品成品小球，逐一依次滚过平台；
（2）摄像机与图像采集模块相连接，最高可达100帧/秒的速度对净化球进行图像采集；
（3）采集到的图像经过边缘检测模块与轮廓提取模块的软件进行检测；
（4）再由信息统计模块与信息数据化与显示模块的软件，对该净化球进行数据处理与导出。
最后，通过实时采集连续单帧图像，重复上述样品检测与显示步骤，可实现对除醛除异味净化球样本质量检测动态分析；数据处理与人机交互系统主要是通过计算机实现用户与系统的交流，实现对数据的编辑、分析和操作，按用户要求编辑数据结果、绘制相关曲线，实现分析结果可视化输出，并导出Execl格式的数据报告。监测出在机器工作的10小时内遗漏检测的净化球数量约占0.8%，因此检测准确率99.2%。
实施例4
对比实验
人工抽样方法，如下：
检测员每间隔1-2小时去车间采一次样，再回到研究室测量样品粒度。
结论：
（1）人工抽样与本发明装置相比较，人工抽样需间隔时间进入车间进行采样检测，而本发明装置依靠计算机软件检测同时直接输出结果，因此人工抽样所耗费的时间较长；
（2）人工抽样与本发明装置相比较，装置属于自动化程序，测量比人工更精准；
（3）人工抽样仅是1-2小时内进行一次勘测，而本发明装置属于实时监测；检测准确率99.5%。人工检测准确率78.6%。
（4）因此，本发明装置更优于人工抽样的方法。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种检测除醛除异味净化球粒度的控制系统，其特征在于它是由抽样系统和检验系统两部分组成；其中抽样系统：定时抽取除醛除异味净化球样本；
检验系统包括：
（1）测试系统：主要包括硬件系统与软件系统两个部分，它的工作原理硬件系统主要负责将抽取的样本成像；软件系统负责样本检测与显示；
（2）测试装置的启动与标定：
测试装置包括：取样与检测平台部件（1）、摄像机（2）、图像采集卡（3）、计算机（4）、软件处理（5）、激光器（6）、光路系统（7）、片光源（8）；其中摄像机正对着取样与检测平台部件，摄像机（2）输出端与图像采集卡（3）连接，图像采集卡（3）输出端与计算机（4）输入端连接；计算机（4）输出端与软件处理（5）输入端连接，激光器（6）、光路系统（7）连接形成片光源（8），片光源在取样与检测平台一侧的位置；
2）启动与标定：CCD相机参数的初始成像标定，根据抽样数量和抽样频率的需要，设定相机快门参数，以捕捉更多信息；同时设置激光脉冲频率与CCD的拍摄帧频；将造球机所生产的除醛除异味净化球进入样品测试器，并根据检验要求控制样本数量和进样速度；
（3）样本检测与显示：依靠系统软件中的参数测量模块完成，其过程主要包括：
① 取样模块上设置定时模块和图像采集模块；
② 图像采集模块的输出端与边缘检测模块的输入端信号连接；
③ 边缘检测模块的输出端与轮廓提取模块的输入端信号连接；
④ 轮廓提取模块的输出端与信息统计模块的输入端信号连接；
⑤ 信息统计模块的输出端与信息数据化与显示模块的输入端信号连接；
⑥ 信息数据化与显示输出
（4）数据处理与分析
实时采集连续单帧图像，重复上述样品检测与显示步骤，可实现对除醛除异味净化球样本质量检测动态分析；数据处理与人机交互系统主要是通过计算机实现用户与系统的交流，实现对数据的编辑、分析和操作，按用户要求编辑数据结果、绘制相关曲线，实现分析结果可视化输出，并导出Execl格式的数据报告。
2.权利要求1所述的检测除醛除异味净化球粒度的控制系统在用于提高净化球检测速度提高检测准确性方面的应用。
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