CN117355734A - 检测热交换装置流体引导元件泄漏的方法 - Google Patents
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Abstract
检测热交换装置(12)的流体引导元件(16、18)泄漏的方法，包括以下步骤：a)使用3D传感器(34)获取三维虚拟空间(48)中热交换装置(12)的点云(44)，每个点代表热交换装置(12)外表面上的表面点(46a)；b)在点云(44)中搜索对应于具有预定外径的管的结构(50)；c)在获得的结构(50)中搜索关注区域(52)，在该关注区域中管的直径或方向改变；d)一旦找到关注区域(52)，确定气体泄漏检测器(24)的嗅探探头(22)接近点云(44)内的该关注区域(52)的接近路径(58)；以及e)嗅探探头(22)沿接近路径(58)物理地自动接近热交换装置(12)的测试区域(20)，测试区域(20)对应于点云(44)内的关注区域(52)。
Description
本发明涉及一种用于检测测试对象上的泄漏的泄漏检测器。
例如专利DE 10 2005 022 157 A1(Inficon)中公开了泄漏检测器。该泄漏检测器包括探头，其探头尖端抵靠测试对象的预定测试区域放置。测试对象充满测试气体，例如氦气。泄漏的测试气体将经由该探头尖端被基本单元吸入并且将被供应至测试气体检测器，该测试气体检测器可以被设计为例如质谱仪。
使用泄漏检测器时，将测试对象(如空调系统或冰箱制冷机组等)充满测试气体，用嗅探器探查测试气体是否从测试对象中泄漏出来。在工业产品的质量检测中，探头尖端应用于测试对象可能存在泄漏的特定测试区域。在此过程中，操作人员手动将探头移动到测试区域。在此过程中，很难验证探头尖端是否已经移动到测试对象的所有相关测试区域。操作人员可能会无意中略过某些测试区域或跳过在其主观评估中认为不重要的其他测试区域。
美国专利US 4,945,305(Ascension)中描述了一种位置确定系统，包括用于生成脉冲DC磁场的发射器和布置在物体上的接收器。该方法尤其适合于确定瞬时位置、将其与期望位置进行比较以及反馈。位于发射器和接收器之间视线内的非磁性物体不会造成干扰。由于待检查的装置是静态的，因此可以通过校准来消除由大量可磁化金属(例如压缩机机体和制冷机)引起的残余干扰。已发现该方法对于实现本公开尤其有用。
WO 2009/016160 A1中公开了一种泄漏检测器，其包括通过软管连接至探头的基本单元。将探头尖端放置在测试对象的测试区或测试区域上。如果测试气体从测试对象中逸出，则由基本单元中的测试气体检测器检测到。提供了一种位置确定系统，其包括发射器、设置在探头内部的接收器以及供应和评估单元。由此，监测并确认各个测试区域中探头尖端的存在。
在自动化领域，已知使用3D传感器捕获物理对象的数字数据，从而获取三维虚拟空间中的点云，其中该点各自代表物理对象外表面上的表面点。自动化行业(例如汽车等产品的自动化制造)中使用的机器人由使用捕获的数字数据的软件算法进行控制。这通常用于感测整个物理对象的外周或表面，以便定位、抓取、移动或重新定位对象，或者例如用喷漆机械臂对对象的外表面进行涂漆，例如在汽车制造行业中。
对冰箱、空调、热泵等换热设备进行嗅探泄漏检测是换热设备质量检查的一部分。操作人员需要目视识别换热器上的相关测试区域，例如导液管，并手动将探头逐个移动到测试区域。这种对热交换装置进行嗅探泄漏检测的方式非常耗时，并且容易受到人为因素造成的错误的影响，例如忽略测试区域或嗅探探头没有充分接近测试区域。
本发明的目的是提供对热交换装置的流体引导元件中的泄漏的更可靠且更快的检测。
本发明的方法由独立权利要求1的特征限定。
由此，
a)使用3D传感器从热交换装置获取三维虚拟空间中的点云，每个点代表热交换装置外表面上的表面点。
b)在获取点云之后，在点云中搜索对应具有预定外径的管的结构。这种管可以对应于需要检查是否有泄漏的热交换装置的流体引导元件。
c)在根据b)获得的结构中搜索至少一个关注区域，其中管的直径或方向改变或管终止，例如对应于以下情况的直径增加：熔焊或钎焊点或熔焊或钎焊位置、与另一管的接头或接合点、通过例如熔焊或钎焊连接到另一管的连接区域、或管的端部。管的方向的改变可以是管的弯曲，其中管的主纵向轴线(中心轴线)的方向改变。管的方向的改变也可以是管的外壁的弯曲。这些关注区域代表所搜索的流体引导元件的弱点，并且因此对于热交换装置的自动化制造过程中的质量检查期间的嗅探泄漏检测特别相关。
d)一旦找到关注区域，本发明的方法就确定用于使气体泄漏检测系统的气体泄漏检测器的嗅探探头接近点云内的关注区域的接近路径。这通常可以在物理嗅探探头实际接近热交换装置之前通过计算虚拟空间中的点云内的多个接近路径来执行。
e)一旦确定了接近路径，嗅探探头就沿着该接近路径以物理方式手动接近热交换装置的测试区域。物理热交换装置上的测试区域对应于先前获得的点云内的关注区域。
换句话说，本发明提供使用3D传感器获取热交换装置的至少一部分的虚拟模型或模拟，其中搜索虚拟模型或模拟以寻找可能的泄漏区(物理热交换装置上的测试区域)，可能的泄漏区对应于虚拟模型的相应的关注区域。在将嗅探探头实际物理地接近这样的测试区域之前，本发明提供使用虚拟模型而不是物理热交换装置来确定适用的接近路径，以便仅在已经找到了虚拟模型的相应关注区域的接近路径后再将嗅探探头物理地接近测试区域。
因此，本发明提供了针对热交换装置的流体引导元件的更可靠的自动化且更快速的嗅探泄漏检测。流体引导元件通常很小并且隐藏在热交换装置的外周内或外周下方。具体地，不同类型的热交换装置的待测试的流体引导结构的位置通常不同。因此，本发明还能够以可靠且快速的方式自动搜索不同类型的热交换装置。
优选地，由包括气体泄漏检测器，优选地机器人，的泄漏检测系统自动执行该方法。
三维虚拟空间中的点云优选地从由光学相机获得的图像数据中生成，优选地从成像系统的至少两个光学相机获得的图像数据中生成。3D传感器可以是具有至少一个光学相机和至少一个照明装置(例如LED或激光源)的成像系统。
在步骤a)之后，可以将点云与要在点云内搜索的热交换装置的结构的数字参考数据进行比较。这可用于识别和/或定位该结构，例如热交换装置的框架或其他部件，例如压缩机。数字参考数据优选是先前获得的热交换装置的CAD数据。数字参考数据可以存储在本发明的泄漏检测系统的存储器内。
根据一实施例，可以基于点云与数字参考数据的比较来选择或获取点云内的至少一个搜索区域。可以使用点云内热交换装置的位置的位置数据来获得搜索区域，该位置数据可以通过步骤b)来获得。例如，一旦通过步骤b)获得了与具有预定外径的管相对应的结构，则可以获取并存储这样的结构的位置。该位置数据可用于选择搜索区域，在该搜索区域中搜索所获得的结构或管的直径变化，以便由此获得要执行泄漏检测的关注区域。
该参考数据可以由泄漏检测系统的3D传感器从同一热交换装置或从相同类型的对应装置生成。
可以通过跟踪并分析对应于根据步骤b)找到的管的点云内的那些点来执行步骤c)。
根据步骤d)，可以计算出用于管或测试区域的气体泄漏检测的嗅探探头的理想位置。
步骤d)可以包括确定所确定的接近路径是否导致嗅探探头与热交换装置的结构发生碰撞，并且如果预期先前确定的接近路径发生碰撞，则步骤d)包括确定另外的接近路径。
可以重复步骤d)直到确定了预期嗅探探头与热交换装置的结构不会发生碰撞的接近路径。步骤d)可以附加地或可替代地包括使用先前获得和存储的用于执行步骤e)的嗅探探头和/或机器人的数字数据，例如CAD数据。特别地，至少步骤e)可以由机器人执行，该机器人可以是泄漏检测系统的一部分。
步骤a)～d)中的至少一个可以通过包括泄漏检测器并且优选地包括上述机器人的泄漏检测系统的软件算法来执行。
步骤d)可以包括生成在虚拟空间中的点云内或穿过虚拟空间中的点云的轨迹，当执行实际泄漏检测时，携带嗅探探头的机器人遵循该轨迹。
可针对多个关注区域至少重复步骤b)～d)，并且可随后执行对应次数的步骤e)以随后使嗅探探头接近与关注区域对应的各个测试区域。
在步骤e)之后，本发明的方法可以执行步骤f)，利用嗅探探头嗅探测试区域，以对测试区域内的管进行泄漏检测，以识别流体引导结构中可能的泄漏。
嗅探探头可以包括具有两个向远侧延伸的嗅探臂的大致U形的嗅探尖端。其中至少一个嗅探臂包括入口开口。U形嗅探尖端将接近测试区域，使得两个嗅探尖端臂定位在待测试的管的相对侧上。
一旦步骤d)确定接近路径导致嗅探探头与热交换装置发生碰撞，则嗅探探头或嗅探探头的嗅探尖端可自动重新配置、转化或交换为另一嗅探探头或嗅探尖端。
本发明的方法可以适应新型热交换装置，即通过提供关于至少一个关注区域的位置信息和/或关于至少一个(另一个)管的直径或方向改变的位置信息、关于要在关注区域内搜索的方向信息和/或关于要在步骤b)中搜索的预定义外径改变的信息。
下面结合附图对本发明的实施例进行更加详细的描述，其中
图1示出了泄漏检测系统和热交换装置的示意图；
图2示出了从根据图1的热交换装置获取的虚拟空间中的点云的示意图；
图3示出了另一热交换装置的细节的示意图；以及
图4示出了从根据图3的热交换装置获取的虚拟空间中的点云的示意图。
图1示出了冰箱形式的热交换装置12。本公开中使用的表述“热交换装置”涉及包括热交换器的系统或装置，例如冰箱、空调系统、热泵等。热交换装置在其下后侧14处包括若干管形式的流体引导元件16、18，其在冰箱的制造过程中熔接在冰箱的后侧上。作为全自动质量控制的一部分，需要识别特定的测试区域20，以便在测试区域20中执行泄漏检测。测试区域20被认为是热交换装置中安装有管或管熔接或钎焊在一起的区域、管终止的区域、管与另一管连接的区域、或者管彼此接合或相交的区域。在图1所示的实施例中，第一流体引导元件16竖直布置，并且第二流体引导元件18的一端连接至第一流体引导元件16。管16、18连接的区域被认为是测试区域20，在图1中由虚线圈示出。
更典型的例子如图3和图4所示，其中不同直径的两个管16、18沿着公共纵向轴线17彼此连接。
本发明的目的是将嗅探泄漏检测器24的嗅探探头22自动移动到测试区域20，使得嗅探探头22的嗅探尖端25定位得足够近以吸入从检测区域20内的管道16、18之一的可能泄漏处逸出的气体。嗅探探头22以常规方式经由连接软管26连接到气体泄漏检测器24。
嗅探探头22安装到机器人32的机器臂30的远端28。
以成像系统36形式的3D传感器34从热交换装置12的下后侧14捕获数字图像数据，该成像系统36包括两个光学相机38、40和LED灯形式的照明装置42。以公知的方式，照明装置42照明热交换装置12，并且特别是热交换装置12的下后侧14。相机38、40捕获反射光，并且成像系统36生成数字图像数据，从该数字图像数据获取三维虚拟空间48中的点46的云44。
图2和图4示出了所获取的点云44的简化图形表示，其以仅出于说明目的而简化为二维矩阵的方式来描绘。事实上，由3D传感器34获取的点云44是三维的，例如以三维网络或网格的形式。换句话说，点云44的每个点46包括三个坐标x、y、z以及表示例如由相机38、40捕获的反射照明的强度的幅度值。
根据本发明，在点云44中搜索对应于具有预定外径的管的结构。例如，可以在点46的幅度值中搜索具有预定外径的管的几何结构的特定范围内和特定距离内的值，该预定外径对应于管16、18的直径。
在图2和图4中，对应于管16、18的云44的点设有附图标记46a，并且由实心圆表示，而其他点46由空心圆表示。线50连接点46a，从而使虚拟空间48中的热交换装置12的管16、18的结构或表示15、19可视化。
表述“虚拟空间”通常涉及热交换装置12、机器人32、机器臂30和嗅探探头22以及探头22和热交换装置12之间的空间的模拟环境。
作为下一步骤，本发明的方法搜索所获得的结构或点46a的直径变化。例如，如果在图2中从左向右沿着对应于左水平管18的点46a或线50，则当管18的结构表示19与竖直管16的结构表示15相交并连接时，虚拟空间48中的管18的结构表示19的直径改变。例如，这可以通过分析成对的点46a之间的距离并将这些距离与沿着线50的后续点46a的相应距离进行比较来发现。当从左到右分析时，竖直管16的结构表示15的点46a看似为管18的结构表示19的直径的增加。
同样地，当从下到上分析竖直管16的结构表示15时，在竖直管16的结构表示15与水平管18的结构表示19相交的区域中，成对的点46a之间的距离增大，这看似是管16的直径的增加。
发现这种直径增加的区域在图2和图4中用虚线标记为关注区域52。该关注区域52被存储在泄漏检测系统56的存储器中，该存储器可以被包括在机器人32和/或3D传感器36内，或者在连接到机器人32和/或3D传感器36的单独计算机装置内。泄漏检测装置56包括泄漏检测器24、机器人32和3D传感器34。
虚拟空间48中的关注区域52对应于热交换装置12的测试区域20，其中嗅探探头22需要接近该测试区域12以进行泄漏检测。
作为下一步骤，将确定用于使嗅探探头接近测试区域20以及用于使点云44中的嗅探探头22的图形表示接近关注区域52的接近路径58。这是通过采用嗅探探头22及其嗅探尖端25的CAD数据并且通过将点云44与CAD数据进行比较来实现的。由此，可以识别点云44内对应于嗅探尖端25或嗅探探头22的点46b。此后，计算用于使嗅探尖端25接近虚拟空间48内的测试区域20或关注区域52的接近路径58。由此，将确定接近路径58，其避免嗅探尖端25、嗅探探头22和/或机械臂30或连接软管26与热交换装置12或其任何结构或部件发生碰撞。该接近路径58由图2中的四个箭头和点46c表示。
仅在已经确定了接近路径58不会导致虚拟空间48或模拟环境内发生碰撞之后，嗅探尖端25才实际上通过机器人32和机器臂30接近现实中的真实测试区域20。
因此，与由人类操作员执行的热交换装置的传统嗅探泄漏检测相比，可以更快且更可靠地完全自动化地执行制造业中的泄漏检测和质量控制。
Claims (21)
1.检测热交换装置(12)的流体引导元件(16、18)泄漏的方法，包括以下步骤：
a)使用3D传感器(34)获取三维虚拟空间(48)中所述热交换装置(12)的点云(44)，每个点代表所述热交换装置(12)外表面上的表面点(46a)；
b)在所述点云(44)中搜索与具有预定外径的管相对应的结构(50)；
c)在获得的所述结构(50)中搜索关注区域(52)，在所述关注区域中所述管的直径或方向改变；
d)一旦找到关注区域(52)，确定气体泄漏检测器(24)的嗅探探头(22)接近所述点云(44)内的所述关注区域(52)的接近路径(58)；以及
e)所述嗅探探头(22)沿所述接近路径(58)物理地自动接近所述热交换装置(12)的测试区域(20)，所述测试区域(20)对应于所述点云(44)内的所述关注区域(52)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法由包含所述气体泄漏检测器(24)的泄漏检测系统(56)自动执行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述三维虚拟空间(48)中的所述点云(44)从成像系统(36)的至少两个光学相机(38、40)获得的图像数据中生成。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述3D传感器(34)是具有至少一个光学相机和至少一个照明装置(42)的成像系统(36)。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤a)之后，将所述点云(44)与要在所述点云(44)内搜索的所述热交换装置(12)的所述结构的数字参考数据进行比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述数字参考数据是先前获得的所述热交换装置(12)的CAD数据。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中基于与所述数字参考数据的比较来选择所述点云(44)内的至少一个搜索区域。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中使用步骤b)中获得的所述点云(44)内所述热交换装置(12)的位置的位置数据来选择所述搜索区域。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其中所述数字参考数据由所述3D传感器(34)从同一热交换装置(12)或从相同类型的对应热交换装置(12)中生成。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中通过跟踪并分析对应于根据步骤b)找到的所述管的所述点云(44)内的点(46a)来执行步骤c)。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中根据步骤d)，计算出用于所述管或测试区域(20)的气体泄漏检测的所述嗅探探头(22)的理想位置。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤d)包含确定所确定的接近路径(58)是否导致所述嗅探探头(22)与所述热交换装置(12)的结构发生碰撞，并且如果预期先前确定的接近路径(58)会发生碰撞，则步骤d)包含确定另外的接近路径(58)。
13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中重复步骤d)直到确定了预期所述嗅探探头(22)与所述热交换装置(12)的结构不会发生碰撞的接近路径(58)。
14.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤d)包含使用先前获得并存储的用于执行步骤e)的所述嗅探探头(22)和/或机器人(32)的数字数据，例如CAD数据。
15.根据任一前述权利要求所述的方法，其中至少步骤e)是由机器人执行的。
16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤a)～d)中的至少一个通过包括泄漏检测器和机器人的泄漏检测系统(56)的软件算法来执行。
17.根据任一前述权利要求所述的方法，其中步骤d)包含生成轨迹(46c)，携带所述嗅探探头(22)的机器人(32)将遵循所述轨迹(46c)。
18.根据任一前述权利要求所述的方法，其中针对多个关注区域至少重复步骤b)～d)，并且随后执行对应次数的步骤e)以随后使所述嗅探探头(22)接近与所述关注区域对应的各个测试区域。
19.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在步骤e)之后，所述方法执行：
f)利用所述嗅探探头(22)嗅探所述测试区域，以对所述测试区域(20)内的所述管进行泄漏检测，以识别所述流体引导结构(16、18)中可能的泄漏。
20.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述嗅探探头(22)包含具有两个向远侧延伸的嗅探臂的大致U形的嗅探尖端。
21.根据任一前述权利要求所述的方法，其中一旦步骤d)确定接近路径(58)导致所述嗅探探头(22)与所述热交换装置(12)的结构发生碰撞，则所述嗅探探头(22)或所述嗅探探头(22)的嗅探尖端(25)自动重新配置、转化或交换为另一嗅探探头(22)或嗅探尖端。
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