本發(fā)明屬于視覺測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，用于在零照度環(huán)境下的物體間隙視覺測(cè)量，具體涉及一種空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化裝置，本發(fā)明還涉及一種空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化方法。

背景技術(shù)：

火電機(jī)組中的“回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器”是大型工業(yè)鍋爐的主要輔機(jī)之一，也稱為“容克式空氣預(yù)熱器”，簡稱“空預(yù)器”?？疹A(yù)器工作時(shí)，其轉(zhuǎn)子整體受熱不均勻，使得轉(zhuǎn)子產(chǎn)生“蘑菇”狀變形。即旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子與固定扇形板之間的密封間隙是一個(gè)變化量。密封間隙的存在導(dǎo)致大量的助燃空氣泄露到煙道，造成風(fēng)機(jī)電耗增加；同時(shí)熱空氣帶走了大量熱能，直接導(dǎo)致鍋爐燃燒熱效率下降。

因此，空預(yù)器轉(zhuǎn)子熱態(tài)變形量的檢測(cè)具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。但是，由于空預(yù)器熱端的內(nèi)部溫度高達(dá)350℃-450℃，并且煙氣中含有大量的灰塵和腐蝕性物質(zhì)，給傳感器設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。目前，轉(zhuǎn)子變形量檢測(cè)傳感器主要有探針傳感器、電渦流傳感器、激光傳感器等三種類型，而且都只是測(cè)量變形量，但是由于空預(yù)器熱態(tài)運(yùn)行工況復(fù)雜，熱態(tài)時(shí)傳感器測(cè)量值存在一定的溫度漂移，導(dǎo)致測(cè)量偏差，使操作人員沒有足夠的把握投運(yùn)空預(yù)器漏風(fēng)間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)，影響了機(jī)組效率。如果不但能夠測(cè)量，而且能夠以圖像畫面的形式實(shí)時(shí)監(jiān)視到漏風(fēng)間隙，使運(yùn)行操作人員能夠?qū)崟r(shí)看到間隙并能夠估計(jì)其大小，必然增加了運(yùn)行操作人員投入空預(yù)器漏風(fēng)間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)的信心，提高系統(tǒng)投運(yùn)率，大大降低漏風(fēng)率，提高機(jī)組發(fā)電效率。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光電成像技術(shù)及機(jī)器視覺技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于視覺的間隙檢測(cè)可為空預(yù)器轉(zhuǎn)子變形控制提供實(shí)時(shí)間隙監(jiān)測(cè)、報(bào)警信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱態(tài)時(shí)傳感器測(cè)量值存在一定的溫度漂移，導(dǎo)致測(cè)量偏差，影響機(jī)組工作效率的問題。

本發(fā)明的另一目的是提供一種空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化方法，基于視覺的間隙檢測(cè)為空預(yù)器轉(zhuǎn)子變形控制提供實(shí)時(shí)間隙監(jiān)測(cè)、報(bào)警。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化裝置，包括設(shè)置在安裝主體上的視頻采集機(jī)構(gòu)和補(bǔ)光機(jī)構(gòu)、以及設(shè)置在扇形板上的標(biāo)識(shí)物；其中，視頻采集機(jī)構(gòu)包括圖像處理器、攝像機(jī)及加長鏡頭；補(bǔ)光機(jī)構(gòu)包括補(bǔ)光源、補(bǔ)光源管路。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化方法，利用上述的空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化裝置，稱為檢測(cè)單元，按照以下步驟實(shí)施，

步驟1、在扇形板上安裝標(biāo)識(shí)物，將標(biāo)識(shí)物安裝在轉(zhuǎn)子上方距扇形板下邊緣100mm高度位置；

步驟2、將檢測(cè)單元安裝良好，通過攝像機(jī)獲取目標(biāo)區(qū)域影像，并采用霍夫變換從影像中提取出標(biāo)識(shí)物圖像，

2.1)對(duì)攝像機(jī)4進(jìn)行標(biāo)定

將攝像機(jī)的參數(shù)值作為標(biāo)定結(jié)果，并根據(jù)目標(biāo)在圖像中的姿態(tài)進(jìn)行圖像姿態(tài)校正，完成標(biāo)定，重新采集圖像；

2.2)檢測(cè)空預(yù)器的轉(zhuǎn)子與扇形板之間的間隙

利用已標(biāo)定的攝像機(jī)，根據(jù)標(biāo)識(shí)物圖像的成像原理換算完成間隙檢測(cè)；

步驟3、視頻采集機(jī)構(gòu)在補(bǔ)光機(jī)構(gòu)的配合下，將目標(biāo)的圖像信號(hào)輸送給圖像處理器，圖像處理器將處理得到的間隙尺寸反饋至扇形板控制機(jī)構(gòu)，由扇形板控制機(jī)構(gòu)對(duì)扇形板進(jìn)行位置控制，同時(shí)顯示于監(jiān)視畫面，以便實(shí)時(shí)看到間隙大小，當(dāng)間隙大小超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警提示。

本發(fā)明的有益效果是，預(yù)先在轉(zhuǎn)子法蘭面上部對(duì)應(yīng)的扇形板外側(cè)位置安裝白色陶瓷的標(biāo)識(shí)物，通過補(bǔ)光燈照射標(biāo)識(shí)物和對(duì)應(yīng)位置的空預(yù)器轉(zhuǎn)子法蘭面與扇形板之間漏風(fēng)間隙，利用攝像頭采集對(duì)應(yīng)位置的視頻，獲得空預(yù)器轉(zhuǎn)子法蘭面與扇形板上白色陶瓷標(biāo)識(shí)物下邊緣之間的距離，與白色陶瓷標(biāo)識(shí)物寬度比較，計(jì)算出間隙大小，實(shí)時(shí)反饋至扇形板控制裝置并顯示在監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)間隙的實(shí)時(shí)測(cè)量及監(jiān)視報(bào)警功能，具體包括以下方面：

1)與探針式技術(shù)、激光測(cè)距技術(shù)、電渦流測(cè)距技術(shù)相比，本發(fā)明間隙測(cè)量方法及裝置，采用圖像處理技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)同時(shí)觀察間隙畫面及間隙大小信息；

2)與探針式技術(shù)相比，本發(fā)明間隙測(cè)量方法及裝置為非接觸式測(cè)量，不存在機(jī)械磨損問題，測(cè)量效果能夠長期保持穩(wěn)定。

3)通過使用固定尺寸的白色陶瓷標(biāo)識(shí)物，采用圖像處理技術(shù)，可以自動(dòng)進(jìn)行圖像姿態(tài)校正，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)定，熱態(tài)時(shí)可以自動(dòng)校正，不存在測(cè)量值熱態(tài)溫度漂移問題；通過使用白色陶瓷標(biāo)識(shí)物，采用圖像處理技術(shù)，高效計(jì)算間隙大??；通過合理安裝白色陶瓷標(biāo)識(shí)物位置，采用圖像處理技術(shù)檢測(cè)轉(zhuǎn)子法蘭面與標(biāo)識(shí)物下邊緣的距離，簡化間隙的計(jì)算。

4)所有電子元件安裝在空預(yù)器外部，更換裝置時(shí)不需要進(jìn)入空預(yù)器內(nèi)部測(cè)量標(biāo)定物，維護(hù)、更換方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置(檢測(cè)單元)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明裝置和標(biāo)識(shí)物與空氣預(yù)熱器的安裝位置示意圖；

圖3為本發(fā)明裝置中的標(biāo)識(shí)物安裝位置示意圖；

圖4為本發(fā)明方法的間隙檢測(cè)流程圖。

圖中，1.圖像處理器，2.線纜接口，3.補(bǔ)光源，4.攝像機(jī)，5.微調(diào)頂絲一，6.微調(diào)頂絲二，7.設(shè)備保護(hù)殼，8.設(shè)備安裝座，9.進(jìn)氣口，10.球閥，11.補(bǔ)光源管路，12.高溫保護(hù)殼，13.補(bǔ)光源光路，14.加長鏡頭，15.直角棱鏡，16.凸鏡，17.檢測(cè)單元，18.爐壁，19.標(biāo)識(shí)物，20.扇形板，21.檢測(cè)間隙，22.轉(zhuǎn)子，23.固定法蘭，24.防火門，25.雙通道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化裝置的結(jié)構(gòu)是，包括設(shè)置在安裝主體上的視頻采集機(jī)構(gòu)和補(bǔ)光機(jī)構(gòu)、以及設(shè)置在扇形板20上的標(biāo)識(shí)物19；其中，視頻采集機(jī)構(gòu)主要包括圖像處理器1(包含報(bào)警設(shè)備、輸入面板及顯示器)、攝像機(jī)4及加長鏡頭14；補(bǔ)光機(jī)構(gòu)包括補(bǔ)光源3、補(bǔ)光源管路11(其內(nèi)腔為補(bǔ)光源光路13)、直角棱鏡15及凸鏡16；標(biāo)識(shí)物19為白色陶瓷材料的方塊；

其中的補(bǔ)光源管路11長直段與加長鏡頭14長直段制作為軸心線平行的一體雙孔管道結(jié)構(gòu)，稱為雙通道25；加長鏡頭14長直段內(nèi)端為拐角結(jié)構(gòu)，該拐角末端軸心線與攝像機(jī)4視向軸心線呈一定角度，角度范圍最大為90°，根據(jù)工作條件進(jìn)行設(shè)計(jì)；優(yōu)選加長鏡頭14末端開口方向與攝像機(jī)4拍攝方向呈直角；補(bǔ)光源管路11長直段內(nèi)端直角拐彎位置設(shè)置有直角棱鏡15，用于改變補(bǔ)光源光路13的方向；補(bǔ)光源管路11直角拐彎末端口安裝有凸鏡16，用于擴(kuò)散補(bǔ)光的光線范圍，保證目標(biāo)區(qū)域的光照；補(bǔ)光源管路11直角拐彎末端口與加長鏡頭14的指向方向一致；

安裝主體的結(jié)構(gòu)是，包括高溫保護(hù)殼12，高溫保護(hù)殼12靠近外端口安裝有球閥10，鄰近球閥10的外圓周上設(shè)置有固定法蘭23，固定法蘭23用于與爐壁18斜開口的法蘭安裝邊對(duì)口連接；球閥10與固定法蘭23之間的高溫保護(hù)殼12壁上開有輸入壓縮氣體的進(jìn)氣口9，根據(jù)需要，間隔一定時(shí)間從進(jìn)氣口9輸入壓縮空氣，用于降低加長鏡頭14與補(bǔ)光源管路11的工作溫度并進(jìn)行灰塵吹掃；高溫保護(hù)殼12內(nèi)端開有側(cè)開口，雙通道25內(nèi)端拐角(加長鏡頭14末端開口方向及凸鏡16)軸心線與該側(cè)開口的開口方向一致；該側(cè)開口內(nèi)設(shè)置有防火門24，防火門24通過彈簧的回復(fù)力能夠自動(dòng)關(guān)閉，防火門24和球閥10稱為保護(hù)組件；

視頻采集機(jī)構(gòu)和補(bǔ)光機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是，包括安裝在設(shè)備安裝座8外側(cè)面的攝像機(jī)4與補(bǔ)光源3，以及安裝在設(shè)備安裝座8內(nèi)側(cè)面的加長鏡頭14與補(bǔ)光源管路11；攝像機(jī)4與加長鏡頭14對(duì)應(yīng)設(shè)置，補(bǔ)光源3與補(bǔ)光源管路11對(duì)應(yīng)連通；在設(shè)備安裝座8外側(cè)面還安裝有設(shè)備保護(hù)殼7，攝像機(jī)4與補(bǔ)光源3被圍護(hù)在設(shè)備保護(hù)殼7內(nèi)腔中，設(shè)備保護(hù)殼7壁上設(shè)置有微調(diào)頂絲二6和微調(diào)頂絲一5，微調(diào)頂絲二6與攝像機(jī)4傳動(dòng)連接，微調(diào)頂絲一5與補(bǔ)光源3傳動(dòng)連接，微調(diào)頂絲二6和微調(diào)頂絲一5分別用于調(diào)節(jié)攝像機(jī)4與補(bǔ)光源3的位置，保證攝像機(jī)4與補(bǔ)光源3的照射方向能夠覆蓋并對(duì)正目標(biāo)區(qū)域；設(shè)備保護(hù)殼7上還開有光纜接口2，攝像機(jī)4與補(bǔ)光源3的線纜各自通過光纜接口2與外部的圖像處理器1連接，用來給攝像機(jī)4與補(bǔ)光源3供電及傳遞信號(hào)。

加長鏡頭14、直角棱鏡15、凸鏡16均為耐高溫材料制作而成，能夠承受1400°的高溫。

參照?qǐng)D2、圖3，標(biāo)識(shí)物19選用白色陶瓷材料制作而成，根據(jù)不同空預(yù)器設(shè)備的尺寸，確定合適大小的白色陶瓷塊，確定合適安裝位置。本實(shí)施例中，空預(yù)器的轉(zhuǎn)子22與扇形板20之間間隙大小約為0-100mm，則確定標(biāo)識(shí)物19(白色陶瓷塊)的長寬高為60*40*10mm，將標(biāo)識(shí)物19安裝在轉(zhuǎn)子22上方距扇形板20下邊緣100mm高度位置即可。

本發(fā)明上述的結(jié)構(gòu)整體上稱為一個(gè)檢測(cè)單元17。

本發(fā)明檢測(cè)單元17在爐壁18上的拆裝方法是，

參照?qǐng)D2，需要進(jìn)入工作狀態(tài)安裝結(jié)構(gòu)時(shí)，將固定法蘭23與爐壁18斜開口的法蘭安裝邊對(duì)口連接，使得高溫保護(hù)殼12與爐壁18垂直方向呈60°伸入空預(yù)器內(nèi)部，爐壁18同坐標(biāo)平面OXZ平行，即高溫保護(hù)殼12與坐標(biāo)平面OXZ呈60°，將高溫保護(hù)殼12固定可靠；再將雙通道25完全伸進(jìn)高溫保護(hù)殼12的內(nèi)腔中，此時(shí)防火門24被頂開，雙通道25的末端位置朝向爐壁18內(nèi)腔中的轉(zhuǎn)子22與扇形板20之間的間隙21，扇形板20上固定有標(biāo)識(shí)物19，標(biāo)識(shí)物19處于視頻采集范圍內(nèi)，同時(shí)，將設(shè)備安裝座8與固定法蘭23連接，使得視頻采集機(jī)構(gòu)和補(bǔ)光機(jī)構(gòu)安裝牢靠，即可開始實(shí)施檢測(cè)工作。

當(dāng)需要進(jìn)行補(bǔ)光源管路11清潔或攝像機(jī)4設(shè)備維修更換時(shí)，拆開設(shè)備安裝座8與固定法蘭23的連接，將設(shè)備安裝座8與雙通道25一起從高溫保護(hù)殼12內(nèi)腔中拔出，在拔出的過程中防火門24在自帶彈簧彈力作用下向下轉(zhuǎn)動(dòng)(移動(dòng))，將爐內(nèi)的側(cè)開口封閉，防止高溫氣體溢出，拔出部分離開球閥10時(shí)，手動(dòng)將球閥10關(guān)閉，進(jìn)一步防止高溫氣體溢出，從而保證更換過程中的安全；再將設(shè)備保護(hù)殼7取掉，即可拆下攝像機(jī)4和補(bǔ)光源3進(jìn)行維修更換；

當(dāng)光路清潔或更換完畢需要再次安裝時(shí)，先手動(dòng)打開球閥10，將雙通道25推進(jìn)高溫保護(hù)殼12內(nèi)腔中，一直推到底，防火門24被頂動(dòng)自動(dòng)開啟，然后將攝像機(jī)4和補(bǔ)光源3安裝在設(shè)備安裝座8上，將設(shè)備保護(hù)殼7安裝在設(shè)備安裝座8上并鎖緊可靠，即完成更換。

參照?qǐng)D4，本發(fā)明空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙視覺測(cè)量與可視化方法的工作過程，利用上述的檢測(cè)單元17，按照以下步驟實(shí)施，

步驟1、在扇形板20上安裝標(biāo)識(shí)物19，將標(biāo)識(shí)物19安裝在轉(zhuǎn)子22上方距扇形板20下邊緣100mm高度位置；

步驟2、將檢測(cè)單元17安裝良好，通過攝像機(jī)4獲取目標(biāo)區(qū)域影像(參照?qǐng)D3所示區(qū)域)，并采用霍夫變換從影像中提取出標(biāo)識(shí)物圖像，

2.1)判斷是否需要進(jìn)行攝像機(jī)4的標(biāo)定，若進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)成像原理計(jì)算公式(1)計(jì)算攝像機(jī)4的像距，

其中，像素尺寸(即轉(zhuǎn)子法蘭面與標(biāo)識(shí)物下邊緣像素距離)為標(biāo)識(shí)物19長度方向在圖像中所占像素?cái)?shù)，物距為目標(biāo)與加長鏡頭14末端的距離，目標(biāo)尺寸為標(biāo)識(shí)物19的實(shí)際長度(本實(shí)施例為60mm)；設(shè)置此時(shí)攝像機(jī)4的參數(shù)值，作為標(biāo)定結(jié)果，并根據(jù)目標(biāo)在圖像中的姿態(tài)(旋轉(zhuǎn)角度)進(jìn)行圖像姿態(tài)校正，完成標(biāo)定，重新采集圖像；

2.2)檢測(cè)空預(yù)器的轉(zhuǎn)子22與扇形板20之間的間隙21

利用已標(biāo)定的攝像機(jī)4，根據(jù)標(biāo)識(shí)物19圖像的成像原理換算完成間隙21的檢測(cè)；本實(shí)施例對(duì)間隙檢測(cè)的計(jì)算方式是，通過對(duì)已知目標(biāo)的圖像采集處理，獲得待測(cè)邊緣距離像素尺寸，根據(jù)下式(2)計(jì)算得到間隙實(shí)際尺寸：

步驟3、視頻采集機(jī)構(gòu)在補(bǔ)光機(jī)構(gòu)的配合下，將目標(biāo)的圖像信號(hào)輸送給圖像處理器1，圖像處理器1將處理得到的間隙尺寸反饋至扇形板控制機(jī)構(gòu)，由扇形板控制機(jī)構(gòu)對(duì)扇形板20進(jìn)行位置控制，同時(shí)顯示于監(jiān)視畫面，以便實(shí)時(shí)看到間隙大小，當(dāng)間隙大小超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警提示。

本發(fā)明的裝置及方法，包括對(duì)攝像機(jī)4及加長鏡頭14末端的設(shè)計(jì)，以及補(bǔ)光源3與補(bǔ)光源管路11的設(shè)計(jì)；通過攝像機(jī)4獲取目標(biāo)區(qū)域影像，采用霍夫變換提取標(biāo)識(shí)物長度像素尺寸及帶檢測(cè)邊緣距離像素尺寸；根據(jù)已標(biāo)定的攝像機(jī)4實(shí)現(xiàn)間隙大小的檢測(cè)，通過計(jì)算標(biāo)識(shí)物19下邊緣與轉(zhuǎn)子法蘭面之間的距離，減小檢測(cè)誤差。相比現(xiàn)有間隙檢測(cè)技術(shù)，安裝簡單方便，大大降低了成本和設(shè)備功耗，同時(shí)可實(shí)時(shí)反饋間隙大小，實(shí)際檢測(cè)間隙范圍為0-100mm以上，及時(shí)對(duì)間隙異常狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警。