CN110596421A - 一种清选风机出风口风向检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种清选风机出风口风向检测装置及方法，包括风向示踪装置、图像采集装置和控制器；风向示踪装置安装在出风口外，且风向示踪装置可沿风机轴向移动；风向示踪装置包括能够旋转的示踪条；图像采集装置用于采集出风口示踪条的图像，并传递到控制器；控制器与图像采集装置连接，控制器根据图像处理分析示踪条与水平线的夹角，得到风向角度值，为检测风向提供了一种新的检测手段。本发明提供的检测方法自动化程度高，通过检测方法进行图像采集和处理得到相应的角度值，误差小，处理速度快，方法简单，精度高。

Description

一种清选风机出风口风向检测装置及方法

技术领域

本发明属于农机领域，具体涉及一种清选风机出风口风向检测装置及方法。

背景技术

风向检测是风机气流动态参数监测的重要方面。在以空气为介质的流体机械领域，已有的风向检测技术主要用于通风管道等场景，针对风机出风口的风向检测技术鲜有报道。

联合收获机在田间收获时，清选装置通过风机和振动筛的配合作用对筛面混合物料进行清选，去除杂质并获得干净籽粒。联合收获机风机出风口的风向对清选室内部的气流场具有重要影响，且风机在制造与装配过程中产生的误差有可能对风机出风口风向产生不良影响，通过风机出风口的风向检测也能够在一定程度上反映清选风机的制造装配质量，但目前尚无针对联合收获机风机出风口风向的技术。

专利号为CN208254397U的实用新型专利公开了一种基于霍尔角度传感器的手持式风向仪，包括风向传感器、手持杆、信号处理装置和显示屏；风向传感器包括风向标和霍尔角度传感器；该专利通过风向标转角与输出电信号之间所存在的对应关系，计算出风向。但该专利自动化程度不高，需要人工手持检测仪器，易受检测环境的影响，检测误差较大，不适用于风机出风口的风向检测。

专利号为CN104535790B的发明专利公开了一种基于压电效应的风速风向检测装置，包括感应系统、测量系统，感应系统包括橡胶材料制成的竖直杆、压电陶瓷片、旋转装置和接收风装置。该发明安装于建筑物顶部，让接受风装置随风摆动，带动竖直杆上的压电陶瓷片发生形变，产生电荷通过测量电路输出电压，与采集电压大小比较，将会有个最大的正电压和负电压，根据电压的正、负来确定风向，然后将风向显示到显示屏中。该专利提供了一种风向检测方法，但该专利所测得的风向只能通过电压的正负来判断，对风向的角度不能直接得到结果，且主要用于建筑物顶部的开阔空间内的粗放式风向检测，不适用于风机出风口风向的检测。

专利号为CN207881825U的实用新型专利公开了一种超声波风向风速测量装置，包括底座、第一传感器安装板、第二传感器安装板、超声波传感器、第一超声波反射板和第二超声波反射板；所述第二传感器安装板固定于底座上，第二传感器安装板的上端固定有第二超声波反射板，在所述第二超声波反射板上呈正三角形排布三个超声波传感器；所述第一传感器安装板的下端固定有第一超声波反射板，在所述第一超声波反射板上与第二超声波反射板上的超声波传感器对应的位置安装有三个超声波传感器。但该装置体积仍然偏大，安装繁琐，因此不适用于清选风机的风向检测。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种清选风机出风口风向检测装置和方法，至少解决上述问题之一。本发明通过图像采集装置采集出风口示踪条的图像，并传递到控制器；所述控制器根据图像处理分析示踪条与水平线的夹角，得到风向角度值，提供了一种新的风机出风口的风向检测技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种清选风机出风口风向检测装置，包括示踪条、图像采集装置和控制器；

所述示踪条能够旋转的安装在出风口外；

所述图像采集装置用于采集出风口示踪条的图像，并传递到控制器；

所述控制器与图像采集装置连接，所述控制器根据图像处理分析示踪条与水平线的夹角，得到风向角度值。

上述方案中，还包括背景板；所述示踪条能够转动的安装在背景板上；

所述图像采集装置用于采集示踪条在背景板上的图像。

进一步的，所述背景板上设有示踪条支杆，示踪条的一端能够绕示踪条支杆旋转。

上述方案中，所述背景板能够沿风机轴向移动；

所述背景板安装在固定杆上；

所述固定杆的底部设有滑块，所述滑块安装在滑槽上。

上述方案中，所述背景板上还设有水平参考线；

所述示踪条的一端与水平参考线的一端相交；

所述背景板上还设有十字标志。

上述方案中，所述图像采集装置包括相机、变焦镜头和环形光源；

所述相机的镜头为变焦镜头；所述环形光源安装在相机上。

上述方案中，所述示踪条包括上层布条和下层布条；上层布条和下层布条粘接；

上层布条和下层布条之间布置有若干质量片，质量片之间存在间隙；

所述示踪条呈流线型。

上述方案中，所述风机的出风口沿轴向标记多个点位，所述图像采集装置采集示踪条在每个点位相同高度的位置图像；

所述风机的出风口沿轴向标记的多个点位以出风口径向的中线对称分布。

一种根据所述的清选风机出风口风向检测装置的检测方法，包括以下步骤：

图像采集和风向计算：所述图像采集装置采集出风口示踪条的图像，并传递到控制器；所述控制器根据图像处理分析示踪条与水平线的夹角，得到风向角度值。

上述方案中，所述图像采集和风向计算的过程具体为：

将所述示踪条移动至第一个点位，所述图像采集装置采集此处示踪条的图像，并传递到控制器；将示踪条移动至同一高度的下一个点位，图像采集装置采集此处示踪条的图像，并传递到控制器；直至全部点位的示踪条图像全部采集完毕；

控制器计算每个点位示踪条与水平参考线的夹角，取平均值，得出风机出风口在轴向同一高度位置风向角度值的检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过图像采集装置采集出风口示踪条的图像，并传递到控制器；所述控制器根据图像处理分析示踪条与水平线的夹角，得到风向角度值，为检测风向提供了一种新的检测手段。本发明提供的检测方法自动化程度高，通过检测方法进行图像采集和处理得到相应的角度值，误差小，处理速度快，方法简单，精度高。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施方式的清选风机出风口风向检测装置的轴侧图；

图2是本发明一实施方式的示踪装置的侧视图；

图3是本发明一实施方式的示踪装置的前视图；

图4是图3I处的放大图；

图5是本发明一实施方式的检测装置的前视图；

图6是本发明一实施方式的示踪条结构示意图；

图7是本发明一实施方式的检测装置框图；

图8是本发明一实施方式的角度测量流程图。

图中：1-风机，2-出风口，3-背景板，4-示踪条，5-固定杆，6-环形光源，7-工业CCD，8-滑块，9-滑槽，10-三角架，11-控制器，301-十字标志，302-示踪条支杆，303-水平参考线，304-阶梯槽，401-卡扣，402-金属片，403-上层布条，404-下层布条，701-变焦镜头。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示为本发明所述清选风机出风口风向检测装置的一种较佳实施方式，所述清选风机出风口风向检测装置包括风向示踪装置、图像采集装置和控制器11；所述风向示踪装置安装在出风口2外，且风向示踪装置可沿风机1轴向移动；所述风向示踪装置包括能够旋转的示踪条4；所述图像采集装置用于采集出风口2示踪条4的图像，并传递到控制器11；所述控制器11与图像采集装置连接，所述控制器11根据图像处理分析示踪条4与水平线的夹角，得到风向角度值。本发明基于图像处理方法检测风机出风口的风向角，通过检测示踪条与水平参考线的夹角反映风向，为检测风向提供了一种新的检测手段。

根据本实施例，优选的，所述控制器可以为计算机。

根据本实施例，优选的，所述风向示踪装置还包括背景板3，如图2所示，所述示踪条4能够转动的安装在背景板3上；所述图像采集装置用于采集示踪条4在背景板3上的图像。如图2所示，虚线部分表示示踪条4在初始状态，即风机未启动时的位置；实线部分表示示踪条4在风机运转时的位置，即风机稳定工作时。

根据本实施例，优选的，所述背景板3上还设有水平参考线303；所述示踪条4的一端与水平参考线303的一端相交。根据本实施例，优选的，所述背景板3上还设有十字标志301。具体的，所示十字标志301共有三个，分别位于背景板3的左上角，右上角和右下角；水平参考线303位于背景板3下侧，水平参考线303与示踪条支杆302中心和右下角的十字标志301连接形成的水平线共线，作为示踪条4转动的参考基准；

根据本实施例，优选的，所述背景板3左下角设有示踪条支杆302，如图3和4所示，所述示踪条支杆302上设有阶梯槽304，示踪条4的一端通过卡扣401安装到阶梯槽304内，示踪条4的一端能够绕示踪条支杆302旋转。所述示踪条4在风机1轴向方向与背景板3存在一定的距离，约为8mm，示踪条4在出风口2气流的作用下可以绕示踪条支杆302转动。

根据本实施例，优选的，所述背景板3安装在固定杆5上；固定杆5的底座通过螺栓固定在滑块8上，所述滑块8安装在滑槽9上，滑块8可以在滑槽9内沿风机1轴向移动。

根据本实施例，优选的，所述图像采集装置包括相机、变焦镜头701、环形光源6和三角支架10，如图5所示，所述相机可以为工业CCD7，所述变焦镜头701安装在工业CCD7上，所述工业CCD7和环形光源6固定在三脚支架10上，通过数据线与控制器11连接。所述工业CCD7的镜头要求无畸变，且镜头为变焦镜头701，实现焦距在一段范围内的调整，便于构图；所述工业CCD7分辨率满足200～400万像素之间，帧率为30帧/秒；拍摄照片时要求每秒拍15～20张。所述环形光源6轴线与工业CCD7的变焦镜头701轴线重合，且环形光源6的色温可调。

根据本实施例，优选的，所述示踪条4包括上层布条403和下层布条404，如图6所示；上层布条403和下层布条404粘接，上层布条403和下层布条404之间布置有若干质量片402，质量片402之间存在间隙。所述示踪条4的长宽比为8:1，长度为80mm。

根据本实施例，优选的，所述示踪条4呈流线型，便于气流通过，抑制示踪条4的剧烈波动，保证示踪条4在出风口2外侧平稳波动。

根据本实施例，优选的，所述背景板3与示踪条4形成颜色对比，如黑白颜色对比，便于图像处理。所述质量片402为铁片，每片质量可为50g，可以从根据图6布置铁片及数量。

根据本实施例，优选的，所述风机1的出风口2沿轴向标记多个点位，所述图像采集装置采集风向示踪装置的示踪条4在每个点位相同高度的位置图像。

根据本实施例，优选的，所述风机1的出风口2沿轴向标记的多个点位以出风口2径向的中线对称分布，若测得的对称位置的两个点位风向角度不成镜面，在一定程度上反应风机的制造装配质量有问题。所述滑块8在每个点位上停止，所述工业CCD7进行拍照存储；工业CCD7与环形光源6位置始终不变，当背景板3与示踪条4随滑块8移动到下一个点位时，变焦镜头701的焦距根据镜头与示踪条4的距离以及背景板3上的十字标志301，始终保证拍摄到的图像中的示踪条4大小一致，便于图像处理。所述工业CCD7的镜头轴线垂直于背景板3、且拍摄视角覆盖示踪条4，用于拍摄示踪条4在风机出风口2气流的作用下与水平参考线303形成的图像。

基于上述硬件和软件，通过连续采集、处理、分析在不同位置处示踪条4相对于水平参考线303的角度，统计每个位置测得的角度，得到该位置的风向角。

如图7所示，所述控制器11包括图像接收模块、图像处理模块和结果显示模块。

图像接收模块负责采集出风口示踪条4图像，并传输到图像处理模块；图像处理模块负责对图像进行处理分析，计算示踪条4与水平参考线303的夹角；结果显示模块负责对处理结果进行显示和存储。所述图像接收模块、处理模块、显示模块由MATLAB语言编写的程序组成。所述图像接收模块控制工业CCD7对出风口2前侧的示踪条4进行拍照，将所拍摄图像输入到控制器11进行图像处理，处理得到示踪条4与水平参考线303的夹角。所述图像处理模块对采集到的示踪条4图像先进行灰度处理，再进行二值化处理，再用MATLAB语言中的Canny函数进行边缘提取，把图像的像素点看做一个二维数组，用两点确定一条直线的方式，将此直线求出斜率，然后在视觉的绝对坐标系下转化为角度，作为示踪条4所反映出来的风向角度。本发明利用MATLAB语言对图像进行图像处理、曲线拟合等方法进行量化，提供的检测方法自动化程度高，通过检测方法进行图像采集和处理得到相应的角度值，误差小，处理速度快，方法简单，精度高。

图8所示为一种根据所述的清选风机出风口风向检测装置的检测方法，包括以下步骤：

准备阶段：布置图像采集装置和风向示踪装置；

启动阶段：启动图像采集装置中的工业CCD7和控制器11；

图像采集和风向计算：所述图像采集装置采集出风口2示踪条4的图像，并传递到控制器11，所述控制器11根据图像处理分析示踪条4与水平线的夹角，得到风向角度值。

根据本实施例，优选的，所述图像采集和风向计算的过程具体为：

将所述示踪条4移动至第一个点位，调节变焦镜头701的焦距，使背景板3上的十字标志301在拍摄到的图像内；所述图像采集装置采集此处示踪条4的图像，并传递到控制器11的图像接收模块；图像接收模块将图像传递给图像处理模块，图像处理模块对示踪条4的图像进行处理，进而得到示踪条4与水平线的夹角，图像处理模块将角度值输入到结果显示模块；

将示踪条4通过滑块8移动至同一高度的下一个点位，调节变焦镜头701的焦距，根据镜头701与示踪条4的距离以及背景板3上的十字标志301，始终保证拍摄到的图像中的示踪条4与第一个点位拍摄图像中的示踪条4大小一致；图像采集装置采集此处示踪条4的图像，并传递到控制器11的图像接收模块；图像接收模块将图像传递给图像处理模块，图像处理模块对示踪条4的图像进行处理，进而得到示踪条4与水平线的夹角，图像处理模块将角度值输入到结果显示模块；直至全部点位的示踪条4图像全部采集完毕；

所述控制器11的图像处理模块计算每个点位示踪条4与水平参考线303的夹角，取平均值，得出风机出风口2在轴向同一高度位置风向角度值的检测。

根据本实施例，优选的，计算每个点位示踪条4与水平参考线303的夹角具体通过以下步骤进行：

所述控制器11读取图像采集装置示踪条4的图像，对图像进行灰度处理、边缘提取；本方法图像处理中使用了边缘提取方法，其优点是有较低的误判率，很少把边缘点误认为非边缘点，并且有很高的定位精度，即精确地把边缘点定位在灰度变化最大的像素上。

确定此图像中的像素点的二维数组，建立坐标系，取行数Y1，Y2，并定义初始变量X1，X2；

为防止噪声干扰，对测量计算的像素点i进行范围限制，循环采点，遍历给定行的所有像素点且在一定的范围内；

用两点确定一条直线的方式，将此直线求出斜率k，然后通过斜率k在视觉的绝对坐标系下转化为角度，在时间t内，对图像进行循环采集，处理，得到的角度平均值，得到风向角度值。

本发明通过连续采集、处理、分析在同一高度不同位置处示踪条4相对于水平参考线303的角度，统计每个位置测得的角度，求平均值得到同一高度位置的风向角。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，包括示踪条(4)、图像采集装置和控制器(11)；

所述示踪条(4)能够旋转的安装在出风口(2)外；

所述图像采集装置用于采集出风口(2)处示踪条(4)的图像，并传递到控制器(11)；

所述控制器(11)与图像采集装置连接，所述控制器(11)根据图像处理分析示踪条(4)与水平线的夹角，得到风向角度值。

2.根据权利要求1所述的清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，还包括背景板(3)；所述示踪条(4)能够转动的安装在背景板(3)上；

所述图像采集装置用于采集示踪条(4)在背景板(3)上的图像。

3.根据权利要求2所述的清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，所述背景板(3)上设有示踪条支杆(302)，示踪条(4)的一端能够绕示踪条支杆(302)旋转。

4.根据权利要求2所述的清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，所述背景板(3)能够沿风机(1)轴向移动；

所述背景板(3)安装在固定杆(5)上；

所述固定杆(5)的底部设有滑块(8)，所述滑块(8)安装在滑槽(9)上。

5.根据权利要求1所述的清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，所述背景板(3)上还设有水平参考线(303)；

所述示踪条(4)的一端与水平参考线(303)的一端相交；所述背景板(3)上还设有十字标志(301)。

6.根据权利要求1所述的清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，所述图像采集装置包括相机、变焦镜头(701)和环形光源(6)；

所述相机的镜头为变焦镜头(701)；所述环形光源(6)安装在相机上。

7.根据权利要求1所述的清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，所述示踪条(4)包括上层布条(403)和下层布条(404)；上层布条(403)和下层布条(404)粘接；

所述上层布条(403)和下层布条(404)之间布置有若干质量片(402)，质量片(402)之间存在间隙；

所述示踪条(4)呈流线型。

8.根据权利要求1所述的清选风机出风口风向检测装置，其特征在于，所述风机(1)的出风口(2)沿轴向标记多个点位，所述图像采集装置采集示踪条(4)在每个点位相同高度的位置图像；

所述风机(1)的出风口(2)沿轴向标记的多个点位以出风口(2)径向的中线对称分布。

9.一种根据权利要求1-8所述的清选风机出风口风向检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

图像采集和风向计算：所述图像采集装置采集出风口(2)示踪条(4)的图像，并传递到控制器(11)；所述控制器(11)根据图像处理分析示踪条(4)与水平线的夹角，得到风向角度值。

10.根据权利要求9所述的清选风机出风口风向检测装置的检测方法，其特征在于，所述图像采集和风向计算的过程具体为：

将所述示踪条(4)移动至第一个点位，所述图像采集装置采集此处示踪条(4)的图像，并传递到控制器(11)；将示踪条(4)移动至同一高度的下一个点位，图像采集装置采集此处示踪条(4)的图像，并传递到控制器(11)；直至全部点位的示踪条(4)图像全部采集完毕；

所述控制器11计算每个点位示踪条(4)与水平参考线(303)的夹角，取平均值，得出风机出风口(2)在轴向同一高度位置风向角度值的检测。