CN117147760A - 一种基于机器视觉的硫酸盐检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种基于机器视觉的硫酸盐检测装置，包括反应杯，反应杯底部设有搅拌子，搅拌子的下方设有磁铁,磁铁安装在电机上；贮存瓶，多个贮存瓶分别通过滴定管连接至反应杯上端，滴定管上安装有直流电机蠕动泵或步进电机蠕动泵；摄像头，摄像头设在反应杯上方；本发明通过摄像头对滴定进度进行识别，实现滴定过程通过数据化跟踪，便于控制滴定过程；封闭环境装置设计，装置内壁四周固定LED条形灯带，使用白色珍珠棉覆盖条形灯带，使形成稳定均质的白光检测环境，避免灯带的强反射光影响摄像头摄取反应溶液颜色。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于机器视觉的硫酸盐检测装置。
背景技术
湿法磷酸是用硫酸分解磷矿制得，过量的硫酸量不仅随矿源的矿石质量变化，而且随磷酸生产方法变化，对于有大量回浆的单槽流程，二水硫酸钙结晶的大小，以及因包裹效应造成的未分解P2O5损失取决于液相SO42-浓度的控制，随液相SO42-浓度提高，P2O5损失逐步减少；SO42-浓度太高时，二水硫酸钙结晶形状变细长，该细长针状结晶具有较高的表面积/体积比，在形成的滤饼上有宽的裂缝，从而大大提高了料浆的粘度，使石膏难以过滤。为实现磷资源的高效利用，减少磷矿石消耗、提高磷收率及降低磷石膏总磷含量等，生产过程料浆中适宜的SO42-浓度监测与控制尤为重要。
在实际生产中一般每0.5h测定一次SO42-含量，因此要求SO42-测定方法不但准确而且要快速。目前，常用的测定SO42-的方法主要为电感耦合等离子体原子发射光谱，该仪器测定虽然准确可靠，但是设备价格昂贵，对样品分析含量范围有限制，需要固定场所安装；硫酸钡重量法虽然设备价格低廉，准确度高，但是测定过程手续繁琐费时，对沉淀形式要求较高；分光光度浊度法测定范围窄，不适用于生产控制分析；热敏滴定法测定结果准确可靠、方法简单，但是容易受环境温度影响；玫瑰红酸钡目视比色方法简单，依靠人眼经验判断，只能实现半定量分析。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于机器视觉的硫酸盐检测装置。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种基于机器视觉的硫酸盐检测装置，包括：
反应杯，反应杯底部设有搅拌子,搅拌子的下方设有磁铁,磁铁安装在电机上；
贮存瓶，多个贮存瓶分别通过滴定管连接至反应杯上端，滴定管上安装有直流电机蠕动泵或步进电机蠕动泵；
摄像头,摄像头设在反应杯上方；
所述步进电机蠕动泵与驱动器连接，驱动器与工程计算机连接，直流电机蠕动泵和摄像头与摄像头控制器连接，摄像头控制器与无线芯片连接，无线芯片通过物联网控制平台与移动端连接。
所述反应杯安装在支撑板上，支撑板通过支撑杆安装在称重器上，所述支撑板和称重器之间通过支撑架安装有安装槽，电机安装在安装槽内，支撑架、安装槽、电机与称重器支撑板、支撑杆不接触。
所述多个贮存瓶分别为磷酸萃取液瓶、氯化钡溶液瓶及标准硫酸溶液瓶、玫瑰红酸钠溶液瓶，其中酸萃取液瓶、氯化钡溶液瓶及标准硫酸溶液瓶上的滴定管上安装有步进电机蠕动泵，玫瑰红酸钠溶液瓶上的滴定管安装直流电机蠕动泵。
所述滴定管和摄像头通过固定架固定在反应杯上方，摄像头固定在翻盖中心，滴定管环摄像头设置，固定架固定在翻盖上。
所述翻盖铰接在壳体内壁上，在固定架周围还有固定槽安装在翻盖上，称重器和反应杯安装在壳体内。
所述壳体的内壁上还安装有灯带，多个灯带均匀环绕反应杯布置，灯带的外端通过珍珠棉包裹。
所述摄像头支持最大AGV分辨输入，帧率为60fps。
本发明的有益效果在于：通过摄像头对滴定进度进行识别，实现滴定过程通过数据化跟踪，便于控制滴定过程；封闭环境装置设计，装置内壁四周固定LED条形灯带，使用白色珍珠棉覆盖条形灯带，使形成稳定均质的白光检测环境，避免灯带的强反射光影响摄像头摄取反应溶液颜色。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的实物结构示意图；
图3是本发明的称重器和电机隔离结构示意图；
图4是本发明的控制系统结构示意图；
图5是本发明的控制系统操作界面；
图6是本发明的控制系统数据处理界面；
图7是本发明的控制系统自动保存的数据；
图中：1-称重器，2-壳体，3-电机，31-支撑架，32-安装槽，4-磁铁，5-支撑杆，6-支撑板，61-应力固定板，7-搅拌子，8-灯带，9-珍珠棉，10-滴定管，11-固定架，12-反应杯，13-摄像头，14-直流电机蠕动泵，15-贮存瓶，16-步进电机蠕动泵，17-驱动器，18-工程计算机，19-摄像头控制器，20-无线芯片，21-物联网控制平台，22-移动端，23-称重器固定架，24-翻盖，25-固定槽。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
一种基于机器视觉的硫酸盐检测装置，包括反应杯12，反应杯12底部设有搅拌子7,搅拌子7的下方设有磁铁4,磁铁4安装在电机3上；贮存瓶15，多个贮存瓶15分别通过滴定管10连接至反应杯12上端，滴定管10上安装有直流电机蠕动泵14或步进电机蠕动泵16；摄像头13,摄像头13设在反应杯12上方；步进电机蠕动泵16与驱动器17连接，驱动器17与工程计算机18连接，直流电机蠕动泵14和摄像头13与摄像头控制器19连接，摄像头控制器19与无线芯片20连接，无线芯片20通过物联网控制平台21与移动端22连接。
如图3所示，本申请中通过在称重器上通过支撑杆5和支撑板6对反应杯进行处置，再通过独立的支撑架31对电机3进行支撑，使磁力搅拌器电机与称重器1隔离，实现溶液搅拌与称重互不干扰，电机运行过程中的振动不会传递到称重器，使称重器的精度提高0.02g。
如图3所示，称重器1采用诺盛2DC高级UEr19.0智力重力传感器，实现1200Hz A/D采用速率，并且具有极强的抗干扰能力。
本发明以摄像头为控制中心，摄像头在溶液滴定过程中以60fps的频率对溶液反应过程进行拍照，并将照片传输到工程计算机，工程计算机提取图像中要处理的区域，将目标区域的颜色转换为RGB值，根据RGB的变化值控制玫瑰红酸钠溶液的滴定流量和电机3的转速。
反应杯12内放置的搅拌子7，通过其下方的磁铁带动其在反应杯内转动，将反应杯12安装在支撑板6上，支撑板6的下端边缘固定有多个支撑杆5，个支撑杆5将支撑板6支撑在称重器1上，所述电机3安装在支撑板6下方且在多个支撑杆5中心搅拌装置和天平装置均连接在壳体上，但是该两个装置是相隔离的，防止搅拌振动影响天平称重，通过称重器来监控滴入反应杯内溶液的滴定量。
多个贮存瓶15分别为磷酸萃取液瓶、氯化钡溶液瓶及标准硫酸溶液瓶、玫瑰红酸钠溶液瓶，其中酸萃取液瓶、氯化钡溶液瓶及标准硫酸溶液瓶上的滴定管10上安装有步进电机蠕动泵16，玫瑰红酸钠溶液瓶上的滴定管10安装直流电机蠕动泵14，使用步进电机蠕动泵16在反应前分别往反应杯内滴入定量的溶液，在反应过程中通过直流电机蠕动泵14持续滴入玫瑰红酸钠溶液，直流电机蠕动泵14通过工程计算机直接控制，该控制器通过电机模块输出2路PWM信号控制直流电机蠕动泵14和电机3的转速。反应杯中依次自动准确加入氯化钡溶液20ml、磷酸萃取液3ml及玫瑰红酸钠0.5ml，滴加完毕并混合均匀后，先快速滴定标准硫酸进行溶液反应，根据视觉算法预设置的终点之前慢速标准硫酸滴定，当检测到滴定终点时且溶液颜色在5s内保持不变即停止滴定，整个滴定反应自动结束。此过程均由自编的上位机软件逻辑控制。
所述滴定管10和摄像头13通过固定架11固定在反应杯12上方，摄像头13固定在翻盖24中心，滴定管10环摄像头13设置，固定架11固定在翻盖24上。
所述翻盖24铰接在壳体2内壁上，在固定架11周围还有固定槽25安装在翻盖24上，称重器1和反应杯12安装在壳体2内。固定槽25在翻盖24盖在反应杯上时，边缘与反应杯接触形成密封结构。
反应杯在实验过后需要清理，所以将翻盖24铰接在壳体2内壁上，在反应过程中翻盖24盖在反应杯上形成一个封闭的反应环境，并且将称重器1和反应杯12安装在壳体2内。在壳体2的内壁上还安装有灯带8，多个灯带8均匀环绕反应杯12布置，灯带8的外端通过珍珠棉9包裹。使用白色珍珠棉覆盖条形灯带，使形成稳定均质的白光检测环境，避免灯带的强直射光影响摄像头摄取反应溶液颜色；
所述摄像头13支持最大AGV分辨输入，帧率为60fps。
如图3所示，工程计算机内的控制系统分为磁力搅拌器转速设置、时序精准控制依次加入氯化钡溶液20ml、萃取磷酸3ml及玫瑰红酸钠0.5ml，滴加完毕后，先快速滴定标准硫酸进行溶液反应，当达到滴定终点之前慢速标准硫酸滴定、反应过程溶液颜色实时采集、数据滤波、数据分析及数据本地管理工作，均由上位机操控程序精准时序控制完成。整个软件功能系统主要分为OpenMV视觉程序、ESP32S物联网程序、阿里云控制平台程序、PC端上位机操控程序四个部分。
在滴定时打开上位机操控LabVIEW程序，图5右边是界面操控区，该操控区从上往下分别为溶液颜色显示和搅拌器控制区域、实验类型与数据保存路径选择区域、自动手动功能操作四个区域组成。实验过程中需设置磁力搅拌器转速，点击“萃取实验”按钮，反应杯中依次自动准确加入氯化钡溶液20ml、磷酸萃取液3ml及玫瑰红酸钠0.5ml，滴加完毕并混合均匀后，先变频快速滴定标准硫酸进行溶液反应，当达到滴定终点之前慢速标准硫酸滴定，当OpenMV摄像头采集到反应溶液颜色由微红色至白色且5s后白色保持不变时，整个滴定过程停止，同时界面程序的左边实时记录整个滴定过程反应溶液RGB颜色随时间变化曲线，该整个实验加液、控制及检测过程均由上位机自动完成；同时点击“标本实验”按钮同样方法做对照实验，即可完成整个过程数据采集和数据保存工作；程序界面中设置了个性化操作区域是为了单个设备个性化排液、调试及诊断操作；同时移动端实时监控现场RGB颜色随时间变化曲线，控制测试现场硬件的运行。
点击主程序“数据处理”按钮打开数据处理子程序，显示截面中图4为数据操作部分，图5为曲线回放和滴定终点选择部分，操作过程中分别导入测试样数据和空白样数据，输入过程相关数据，整个测试过程中的过程结果和SO3含量即可计算输出，点击保存按钮，过程参数、过程结果及SO3含量excel数据追加保存，方便实现后期的数据管理及数据统计工作，如图6所示。
Claims (7)
1.一种基于机器视觉的硫酸盐检测装置，其特征在于，包括：
反应杯(12)，反应杯(12)底部设有搅拌子(7)，搅拌子(7)的下方设有磁铁(4)，磁铁(4)安装在电机(3)上；
贮存瓶(15)，多个贮存瓶(15)分别通过滴定管(10)连接至反应杯(12)上端，滴定管(10)上安装有直流电机蠕动泵(14)或步进电机蠕动泵(16)；
摄像头(13)，摄像头(13)设在反应杯(12)上方；
所述步进电机蠕动泵(16)与驱动器(17)连接，驱动器(17)与工程计算机(18)连接，直流电机蠕动泵(14)和摄像头(13)与摄像头控制器(19)连接，摄像头控制器(19)与无线芯片(20)连接，无线芯片(20)通过物联网控制平台(21)与移动端(22)连接。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的硫酸盐检测装置，其特征在于：所述反应杯(12)安装在支撑板(6)上，支撑板(6)通过支撑杆(5)安装在称重器(1)上，所述支撑板(6)和称重器(1)之间通过支撑架(31)安装有安装槽(32)，电机(3)安装在安装槽(32)内，支撑架(31)、安装槽(32)、电机(3)与称重器(1)、支撑板(6)、支撑杆(5)之间不接触。
3.如权利要求1所述的基于机器视觉的硫酸盐检测装置，其特征在于：所述多个贮存瓶(15)分别为磷酸萃取液瓶、氯化钡溶液瓶及标准硫酸溶液瓶、玫瑰红酸钠溶液瓶，其中酸萃取液瓶、氯化钡溶液瓶及标准硫酸溶液瓶上的滴定管(10)上安装有步进电机蠕动泵(16)，玫瑰红酸钠溶液瓶上的滴定管(10)安装直流电机蠕动泵(14)。
4.如权利要求1所述的基于机器视觉的硫酸盐检测装置，其特征在于：所述滴定管(10)和摄像头(13)通过固定架(11)固定在反应杯(12)上方，摄像头(13)固定在翻盖(24)中心，滴定管(10)环型设置在摄像头(13)四周，固定架(11)固定在翻盖(24)上。
5.如权利要求4所述的基于机器视觉的硫酸盐检测装置，其特征在于：所述翻盖(24)铰接在壳体(2)内壁上，在固定架(11)周围还有固定槽(25)安装在翻盖(24)上，称重器(1)和反应杯(12)安装在壳体(2)内。
6.如权利要求5所述的基于机器视觉的硫酸盐检测装置，其特征在于：所述壳体(2)的内壁上还安装有灯带(8)，多个灯带(8)均匀环绕反应杯(12)布置，灯带(8)的外端通过珍珠棉(9)包裹。
7.如权利要求1所述的基于机器视觉的硫酸盐检测装置，其特征在于：所述摄像头(13)支持最大AGV分辨输入，帧率为60fps。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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