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机械臂倒液任务中透明容器的液位高度视觉检测与控制

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仪器仪表学报 2023年第10期44卷 283-293页

作者：朱美强汤力凡王鸿璞李明王军地下空间智能控制教育部工程研究中心徐州221116 中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116

针对包含多类透明容器与多种液体的机械臂倒液任务,提出了一种不需要相机标定与标尺辅助的液位相对高度视觉检测方法与闭环控制方案。首先,分析了服务机器人倒液任务的特点,使用计算机视觉中的目标检测方法同时检测液体与容器,利用液体... 详细信息

针对包含多类透明容器与多种液体的机械臂倒液任务,提出了一种不需要相机标定与标尺辅助的液位相对高度视觉检测方法与闭环控制方案。首先,分析了服务机器人倒液任务的特点,使用计算机视觉中的目标检测方法同时检测液体与容器,利用液体与容器的高度比例关系得到相对液位高度,避免了测量液位绝对高度所需的繁杂标定过程。其次,利用小孔成像模型对所提的相对液位高度检测方案进行几何建模与分析,推理出典型情形下测量的误差规律;再次,采集多种液体、多类容器的图像作为训练集来训练YOLOv5s,用于检测目标物以获得液位相对高度。测试结果验证了所提的液位检测方法的有效性,新方法对于训练集中未出现的新形状容器中的新液体的平均配对检出精度为86.7%;最后,为了避免求解或估计视觉伺服理论中复杂的雅可比矩阵,将求得的相对液位高度与PD控制结合组成液位闭环控制系统。系统使用相同的PD控制器参数在两种倒液平台上的多类倒液任务中均取得成功,验证了液位闭环控制方案的有效性与鲁棒性。

关键词：机械臂倒液目标检测液位检测视觉检测

基于图像分析的气体继电器积气体积辨识及自动取气方法

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南方电网技术 2023年第9期17卷 112-119,150页

作者：周威振马越邓集瀚黄星吉毛玉星南方电网超高压输电公司大理局云南大理671000 重庆大学电气工程学院重庆400044

气体继电器是油浸式变压器的重要保护装置,通过收集油中分解气体触发报警信号及产生保护动作,然而难以动态掌握积气容量情况而且需要人工参与后续处理。为此提出了一种基于图像分析的积气体积动态辨识及自动检测方法,自动将气体引入气... 详细信息

气体继电器是油浸式变压器的重要保护装置,通过收集油中分解气体触发报警信号及产生保护动作,然而难以动态掌握积气容量情况而且需要人工参与后续处理。为此提出了一种基于图像分析的积气体积动态辨识及自动检测方法,自动将气体引入气体传感器系统进行特征气体的成分分析,从而实时监测变压器的运行状态,排查安全隐患,提高可靠性。首先,在气体继电器观测窗安装内窥摄像头获取油位图像,通过图像分析算法检测油面位置;其次,通过BP神经网络建立油位与积气容量的非线性映射关系,从而计算出积气容量。实验结果显示,本方法检测误差率仅为3.61%,且绝大部分测试样本的预测误差都在2%以内,准确度高,能够可靠地实现对于油浸式变压器的的自动保护。

关键词：油浸式变压器气体继电器图像分析液位检测故障预警

基于FDC2214的非接触式液位检测系统的设计

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传感技术学报 2024年第4期37卷 597-602页

作者：徐振宇吴建锋刘伟浙江树人学院信息科技学院浙江杭州310015 杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所浙江杭州310018

为解决有腐蚀性、易气化、易固化等特殊液体液位测量的问题,提出了一种基于FDC2214电容式传感器的非接触式液位测量系统。设计了由STM32F103主控芯片、FDC2214电容传感器等组成的非接触式液位测量硬件系统,通过对电容值变化量与温度的... 详细信息

为解决有腐蚀性、易气化、易固化等特殊液体液位测量的问题,提出了一种基于FDC2214电容式传感器的非接触式液位测量系统。设计了由STM32F103主控芯片、FDC2214电容传感器等组成的非接触式液位测量硬件系统,通过对电容值变化量与温度的变化曲线进行数据分析,搭建了对应的温度补偿系统。此外,系统采用卡尔曼滤波算法对测量数据进行滤波处理,有效地提高了系统的测量精度和稳定性。实验测试结果表明:液位测量系统对10组不同的液位进行测量,液位计灵敏度为190.5 pF/m;液位测量系统可以在不改变液体容器结构的情况下完成液位测量;卡尔曼滤波算法可以有效提高液位计的测量精度和稳定性。

关键词：液位检测 FDC2214 卡尔曼滤波电容传感器非接触式

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基于机器视觉的注射泵注射器液位检测

传感器与微系统 2023年第8期42卷 139-142,147页

作者：刘云晞郭淼高晶敏李越北京信息科技大学自动化学院北京100192

提出一种检测注射泵输液的方法,以减少护士与患者的接触频率,减轻护士的劳动强度。利用机器视觉技术,结合Bilateral filter和Prewitt算子,对采集到的注射泵图片进行处理,获得准确的液位位置。图像由工业相机拍摄。经过灰度处理和图像滤... 详细信息

提出一种检测注射泵输液的方法,以减少护士与患者的接触频率,减轻护士的劳动强度。利用机器视觉技术,结合Bilateral filter和Prewitt算子,对采集到的注射泵图片进行处理,获得准确的液位位置。图像由工业相机拍摄。经过灰度处理和图像滤波后,利用Prewitt边缘检测算法得到清晰的边缘图像,再利用Shi-Tomas角点检测算法和亚像素坐标显示检测注射器液位,无需外部辅助测量设备。通过精确定位注射泵的液位,可以远程获取注射泵输液的实时流量和药液剩余量,从而提高护士的工作效率。对50 mL注射器的26幅不同液位图像进行多次测试后,测试结果表明:该相对误差为-2.625%~4%。26张图片绝对误差均在±0.58 mL以内,有25张图片的检测结果绝对误差在±0.5 mL以内。

关键词：机器视觉 Prewitt算法液位检测角点检测

基于EEMD-VMD的空气耦合超声储油罐乳化层液位检测

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中国测试 2022年第5期48卷 31-37页

作者：常俊杰吴中权罗文斌徐洋董德秀南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室江西南昌330063 珠海格力电器股份有限公司广东珠海519060 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司辽宁沈阳110043

运用A0模态Lamb波对罐内原油乳化层进行非浸入式液位检测。为滤去杂波,用信号EEMD分解得到的IMF1分量的能量值作为特征参数来衡量罐内不同液体介质对Lamb波能量泄漏的影响程度;为避免EEMD分解时频率失真,对信号进行EMD分解,用前4阶IMF... 详细信息

运用A0模态Lamb波对罐内原油乳化层进行非浸入式液位检测。为滤去杂波,用信号EEMD分解得到的IMF1分量的能量值作为特征参数来衡量罐内不同液体介质对Lamb波能量泄漏的影响程度;为避免EEMD分解时频率失真,对信号进行EMD分解,用前4阶IMF分量的过零点数作为特征参数来衡量罐内液体介质对Lamb波频率分量的影响;针对EMD分解和EEMD分解的不足,对信号进行2阶VMD分解分离出A0模态Lamb波,用IMF分量的中心频率作为特征参数来表征罐内不同介质对A0模态和非A0模态频率分量的影响。用信号的特征参数和其对应的液体介质作为样本,建立BP神经网络液位识别模型,测试结果显示对水-乳化层界面和乳化层-原油界面的识别误差分别为0.2%和13.8%,达到较好的液位检测效果。

关键词：空气耦合超声乳化层液位检测 EEMD VMD BP神经网络

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单晶硅熔液面位置检测的图像处理方法研究

光学技术 2020年第5期46卷 562-567页

作者：徐亚顺李轩王晓杰莫绪涛马四海黄仙山安徽工业大学电气与信息工程学院安徽马鞍山243002 安徽工业大学数理科学与工程学院安徽马鞍山243002 安徽易芯半导体有限公司安徽合肥230000

利用单晶炉中特殊结构在硅熔液上的倒影图像目标,通过图像处理进行高温硅熔体液面变化的非接触式检测。首先比较不同图像分割方法对倒影图像处理的效果,选取最优图像分割方法处理不同单晶硅液位的倒影图像,其次采用不同角度、不同尺寸R... 详细信息

利用单晶炉中特殊结构在硅熔液上的倒影图像目标,通过图像处理进行高温硅熔体液面变化的非接触式检测。首先比较不同图像分割方法对倒影图像处理的效果,选取最优图像分割方法处理不同单晶硅液位的倒影图像,其次采用不同角度、不同尺寸ROI(感兴趣区域)对图像进行分割,并提取分割后的目标像素面积,最后利用像素面积变化与对应液位变化之间的比值系数和像素面积变化的标准差相结合的评价函数对图像处理效果进行对比。结果表明,采用动态局部阈值分割法和大尺寸且垂直于相机视角的ROI对图像进行处理,使得评价函数值最大,兼顾了单晶硅液位检测的灵敏度和精密度。

关键词：光学测量单晶硅液位检测图像处理 ROI 评价函数

浮法玻璃熔窑液位检测与控制系统的研究与实现

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浮法玻璃熔窑液位检测与控制系统的研究与实现

作者：李康阳河北科技大学

学位级别：硕士

浮法玻璃工艺是建筑、光伏、汽车等行业平板玻璃生产的主流工艺。熔窑是浮法玻璃工艺流水线中最重要的热工设备,主要承担将固态原料熔制成为合格玻璃熔液的工作。熔窑内玻璃液位高度会影响燃料热效率、熔窑寿命和玻璃良品率等方面。因... 详细信息

浮法玻璃工艺是建筑、光伏、汽车等行业平板玻璃生产的主流工艺。熔窑是浮法玻璃工艺流水线中最重要的热工设备,主要承担将固态原料熔制成为合格玻璃熔液的工作。熔窑内玻璃液位高度会影响燃料热效率、熔窑寿命和玻璃良品率等方面。因此熔窑玻璃液位的连续精确检测与稳定控制对提高生产自动化水平、减少能耗、延长熔窑年限和降低次品率有重要意义。但是目前的熔窑液位检测方法中存在检测效率低、检测误差大和维护成本高等问题,无法实时准确反映液位高度变化。同时,当前熔窑液位控制为线性控制,控制误差大,需要人工修正,自动化水平较低。针对熔窑液位高度检测存在精度低、难度大的问题,建立图像式玻璃液位高度测量系统,通过检测熔窑壁标志物与玻璃液面边缘的距离,结合像素距离放大系数计算玻璃液面高度。然后针对现有的边缘检测算法在高温场景下检测误差大、边缘定位精度下降的问题,提出一种基于多尺度特征融合的CHED模型,通过改进特征提取网络和多尺度侧输出层并融合自适应Canny算法,提高了边缘检测准确率和检测速度。最后通过Zernike矩方法拟合亚像素边缘,进一步提高液位检测精度,降低检测误差。针对熔窑液位控制存在误差大、自动化水平低的问题,通过分析熔窑玻璃液位影响因素,提出一种结合BP神经网络和模糊PID控制的液位预测控制模型。首先添加动量因子和修正学习率改进BP神经网络,提高其训练收敛速度、缓解了训练震荡现象。然后利用改进的BP神经网络预测液位高度偏差,根据设定的模糊规则,在线整定PID控制器参数,完成对熔窑内液位的优化控制。仿真实验表明,提出的控制模型超调量明显减小,进入稳态时间更短,能够降低玻璃液位扰动对玻璃成型质量和火耗的影响。最后以多尺度特征融合CHED模型和改进BP&模糊PID控制模型为基础,结合工业相机、报警装置、工业计算机,开发熔窑玻璃液位检测与控制系统。进行系统部署运行,结果表明该系统提高了液位检测的效率和精度,对熔窑液位控制的有效性。

关键词：浮法玻璃计算机视觉液位检测边缘提取模糊控制 PID控制

基于机器视觉的流水线玻璃瓶封装质量检测系统

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基于机器视觉的流水线玻璃瓶封装质量检测系统

作者：陈飞龙华中师范大学

学位级别：硕士

随着社会的日益发展,人们对食品安全的要求也越来越高。自动化饮品封装流水线上可能会出现质量不合格的产品,因此,饮品流水线封装质量检测的智能化升级开始成为一种发展趋势。传统的人工检测效率低、准确率差,现有的检测设备在某些特殊... 详细信息

随着社会的日益发展,人们对食品安全的要求也越来越高。自动化饮品封装流水线上可能会出现质量不合格的产品,因此,饮品流水线封装质量检测的智能化升级开始成为一种发展趋势。传统的人工检测效率低、准确率差,现有的检测设备在某些特殊场景下的效果不佳。为进一步提高企业生产效率,本文设计了一款性价比较高、稳定性较强的玻璃瓶封装质量检测系统,实现了对无盖、歪盖、高盖等异常瓶盖状态的检测,并能够在液位波动或带气泡等特殊场景下稳定地识别液位状态。本文的主要研究内容如下:首先,设计了系统的总体架构和核心硬件。以需求分析为基础,确定系统的整体架构,选型了工业相机、工控机、光源等硬件。对系统的核心硬件进行了设计,实现了基于ARM的下位机辅助控制器、IO信号模块和基于电流与光强双闭环的LED控制器。其中双闭环LED控制器使用Buck变换电路,通过GB32微控制器,利用串级PID对LED的发光强度进行闭环控制,提高了系统经济性,解决了因LED结温变化导致发光强度不稳定的问题。其次,设计了一种基于加权灰度值的区域积分液位检测算法。针对生产线出现波动、浓稠饮品易产生气泡等情况导致的液位检测困难问题,该算法在整定后的灰度值加权系数的基础上,引入滑动窗口权重表思想,对ROI区域进行加权积分,并结合区域积分标准值输出液位检测结果。测试结果表明,在光照稳定情况下,算法精度较高,在液位波动或带气泡的状态下更稳定、综合性能较优。然后,设计了一种基于Canny和瓶身倾斜矫正技术的瓶盖检测算法。该算法使用Sobel算子计算瓶盖边缘特征点的梯度和方向,并使用非极大值抑制和双阈值策略算法对边缘进行细化和判定。通过角度离散化和瓶身倾斜矫正信息并结合优化后的相似性度量公式输出检测结果。针对生产线180度成像视野下瓶盖检测稳定性欠佳的问题,设计了360度图像采集系统。测试结果表明,算法效果较好。最后,设计了系统软件并完成了系统软硬件联调测试。采用MFC框架以及模块化的设计思路,实现了检测结果管理、实时图像显示、历史数据、下位机控制、产品管理、生产管理等软件模块。系统测试表明,本文设计的系统稳定性较强、精度较高,具有一定的理论意义和实用价值。

关键词：机器视觉串级PID 边缘检测液位检测瓶盖缺陷检测 MFC

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矿浆液位与浓度智能监测与控制系统研究

矿浆液位与浓度智能监测与控制系统研究

作者：冒守靖长沙矿山研究院

学位级别：硕士

浮选作为目前成熟的选矿方法之一已经广泛应用于有色冶金选矿作业流程中。在当下的有色冶金选矿流程中,浮选工艺的应用占比超过50%并呈现出逐年上升的趋势。由于矿浆液位和浓度作为直接影响选矿品位的关键参数,所以对矿浆液位和浓度的... 详细信息

浮选作为目前成熟的选矿方法之一已经广泛应用于有色冶金选矿作业流程中。在当下的有色冶金选矿流程中,浮选工艺的应用占比超过50%并呈现出逐年上升的趋势。由于矿浆液位和浓度作为直接影响选矿品位的关键参数,所以对矿浆液位和浓度的实时监测与智能控制在我国大力推行节能减排的今天就显得格外重要。矿浆由于其构成复杂,其为固、液、气混合物,表层有5-10mm厚的泡沫且矿浆液面存在剧烈波动,使得矿浆液位与浓度的测量存在很大的难度。同时矿浆有很强的腐蚀性和黏附性,直接测量对传感器等检测设备的损耗很大。针对上述困难,本文基于四川某钢铁企业计划项目“浮选槽矿浆液位与浓度智能测控系统”对矿浆液位与浓度检测装置和液位智能控制展开研究。在此基础上提出气体溢流法测量矿浆液位,趋势预测法控制矿浆液位,超声波衰减法检测矿浆浓度,进行相关的实验,并取得了理想的实验结果,本文所做工作具体流程如下:(1)查阅相关文献与专利,熟悉浮选工艺的流程与特征,深入了解目前已有的矿浆液位与浓度检测方法,研究矿浆液位与浓度检测面临的难点,提出解决相关问题的方案。(2)依照提出的解决方案设计相关的检测机械结构,电气原理图,PLC控制程序和滤波电路。(3)设计系统实验并记录实验数据,建立数学模型,通过MATLAB软件对实验数据进行拟合,修正液位与浓度计算公式,减少测量误差。(4)在四川某钢铁企业选钛厂现场试验,测试整套检测与控制系统,验证计算公式,实验结果表明液位测量与控制误差在±10mm以内。(5)根据溢流法提出一种浓度检测方法,进行相关理论分析与计算,并建立数学模型。

关键词：浮选液位检测趋势预测液位控制