基于视觉传感器的水下曝气器清洗车的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及曝气器领域，尤其是一种水下曝气器清洗车，属于计算机传感器技术、 图像识别技术和控制技术在微孔曝气器的清洗装置方面的应用。
【背景技术】
[0002] 曝气系统式水处理中的一个重要的组成部分，在污水好氧处理中，通过曝气向污 水中通入适量的空气，以保持污水中生物的生存和有效工作。膜片类微孔曝气器，可以产生 非常细密的气泡，有效增加气泡与水接触的面积，提高污水中溶解氧的含量，因此在现代水 处理设备中应用广泛。
[0003] 但膜片类曝气器存在着易堵塞、难清洗等缺点，很多污水处理厂不得不停止生产， 排空曝气池污水，对曝气器进行逐个清洗、更换，或者增加曝气器清洗管路，导致污水处理 成本升高。
【发明内容】
[0004] 为了克服已有水下曝气器清洗方式的操作不方便、使用寿命较短、污水处理成本 较高的不足，本发明提供一种操作方便、延长曝气器的使用寿命、降低污水处理成本的基于 视觉传感器的水下曝气器清洗车。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，包括可移动小车、用于夹紧曝气器的 夹具，和用于清洗曝气器的清洗刷，所述夹具固定在端盖上，所述清洗刷位于端盖的下方， 所述夹具与用于带动转盘转动的清洗电机连接，所述端盖与用于带动端盖和夹具上下运动 的升降机构；用于视频测量曝气器及其夹具之间偏差的视觉传感器安装在所述端盖上，用 于视频测量曝气器位置的视觉传感器安装在所述清洗刷上，两个视觉传感器均与微处理器 连接，所述微处理器包括：
[0007] 图像数据读取模块，用于读取从视觉传感器传过来的视频图像信息；
[0008] 虚拟外形轮廓定制模块，用于设定与采集的曝气器外形轮廓图像进行比较的标准 轮廓；
[0009] 边缘检测模块，用于对所读取视频图像进行边缘检测处理，得到曝气器外形边缘 轮廓；
[0010] 检测与控制模块，用于将边缘检测模块中所得到的曝气器外形边缘轮廓与虚拟外 形轮廓定制模块所定制的虚拟外形轮廓进行比对，计算出偏移量，然后根据所计算出的偏 移量，得到小车的移动距离并向小车驱动装置发出移动指令；计算虚拟外形轮廓图像上曝 气器直径与曝气器外形轮廓图像上直径的长度比来获得升降机构的下移距离，并向升降机 构发出下移指令；当曝气器外形边缘轮廓与虚拟外形轮廓定制模块所定制的虚拟外形轮廓 重叠，且清洗刷到达曝气器微孔膜片位置时启动所述清洗电机按照预设的清洗周期工作。
[0011] 进一步，所述检测和控制模块中，所述小车的移动距离的计算过程如下：通过计算 两条直径的中点之间的距离来获得小车所需要移动的距离ΔΧ、ΛΥ，首先移动ΛΧ、ΛΥ的 距离计算，计算公式由（1)所示，
【主权项】
1. 一种基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：所述水下曝气器清洗车包 括可移动小车、用于夹紧曝气器的夹具，和用于清洗曝气器的清洗刷，所述夹具固定在端盖 上，所述清洗刷位于端盖的下方，所述夹具与用于带动转盘转动的清洗电机连接，所述端盖 与用于带动端盖和夹具上下运动的升降机构；用于视频测量曝气器及其夹具之间偏差的 视觉传感器安装在所述端盖上，用于视频测量曝气器位置的视觉传感器安装在所述清洗刷 上，两个视觉传感器均与微处理器连接，所述微处理器包括： 图像数据读取模块，用于读取从视觉传感器传过来的视频图像信息； 虚拟外形轮廓定制模块，用于设定与采集的曝气器外形轮廓图像进行比较的标准轮 廓； 边缘检测模块，用于对所读取视频图像进行边缘检测处理，得到曝气器外形边缘轮 廓； 检测与控制模块，用于将边缘检测模块中所得到的曝气器外形边缘轮廓与虚拟外形轮 廓定制模块所定制的虚拟外形轮廓进行比对，计算出偏移量，然后根据所计算出的偏移量， 得到小车的移动距离并向小车驱动装置发出移动指令；计算虚拟外形轮廓图像上曝气器直 径与曝气器外形轮廓图像上直径的长度比来获得升降机构的下移距离，并向升降机构发出 下移指令；当曝气器外形边缘轮廓与虚拟外形轮廓定制模块所定制的虚拟外形轮廓重叠， 且清洗刷到达曝气器微孔膜片位置时启动所述清洗电机按照预设的清洗周期工作。
2. 如权利要求1所述的基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：所述检测 和控制模块中，所述小车的移动距离的计算过程如下：通过计算两条直径的中点之间的距 离来获得小车所需要移动的距离ΔΧ、ΛΥ，首先移动ΛΧ、ΛΥ的距离计算，计算公式由（1) 所示，
需要移动Λ X距离，Λ X计算公式由（2)所示，
式中，（χΓ，yl'）、（x2'，y2'）是虚拟外形轮廓图像上直径上的两个点的坐标；(xl， yl)、（x2, y2)是曝气器外形轮廓图像上直径上的两个点的坐标； 将小车移动一个偏移值，使虚拟外形轮廓图像上的中心点与曝气器外形轮廓图像上的 中心点重合。
3. 如权利要求1或2所述的基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：所述 检测和控制模块中，所述下移距离的计算过程如下：检测清洗刷到曝气器微孔膜片所需的 距离ΛΖ，计算内轴所需要的下移距离ΛΖ，通过计算虚拟外形轮廓图像上曝气器直径与曝 气器外形轮廓图像上直径的长度比来获得内轴的下移距离，首先要计算两者缩放的比例N， 计算公式用（3)表示，
式中，N表示虚拟外形轮廓图像上的直径与曝气器外形轮廓图像上直径的长度比，N越 大表示内轴离曝气器的曝气器膜片距离越远，反之越近，当N为1时表示清洗刷以准确下移 到曝气器的膜片上方；通过下移距离Δ Z标定回归的方式来确定内轴的下移距离Λ Z与缩 放的比例N之间的关系，即Δ Z = f (N)，从（3)所求得的缩放的比例N根据Δ Z = f (N)的 函数关系得到下方距离ΔΖ。
4. 如权利要求3所述的基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：确定升降 机构的下移距离ΔΖ与缩放的比例N之间的关系的过程为：采用分别测量清洗刷曝气器的 微孔膜片距离为20mm、50mm、100mm、200mm时计算得到不同的N值，然后采用回归的方法计 算出下降距离与缩放的比例N之间的关系曲线。
5. 如权利要求1或2所述的基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：在所 述的边缘检测模块中，采用边缘检测算法对所读取视频图像进行加工，得到曝气器外形边 缘轮廓。
6. 如权利要求1或2所述的基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：所述 升降机构包括用于可上下移动的内轴和用于带动内轴可上下移动的执行模块，所述内轴可 上下滑动地套装在外轴内，所述外轴固定在所述可移动小车的车架上，转轴与所述内轴的 内孔螺纹连接，所述转轴与所述执行模块连接。
7. 如权利要求1或2所述的基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：所述 的视觉传感器是模拟式摄像装置。
8. 如权利要求1或2所述的基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，其特征在于：所述 的视觉传感器是数字式摄像装置。
【专利摘要】一种基于视觉传感器的水下曝气器清洗车，包括可移动小车、用于夹紧曝气器的夹具，和用于清洗曝气器的清洗刷，所述夹具固定在端盖上，所述清洗刷位于端盖的下方，所述夹具与用于带动转盘转动的清洗电机连接，所述端盖与用于带动端盖和夹具上下运动的升降机构；用于视频测量曝气器及其夹具之间偏差的视觉传感器安装在所述端盖上，用于视频测量曝气器位置的视觉传感器安装在所述清洗刷上，两个视觉传感器均与微处理器连接，所述微处理器包括：图像数据读取模块，虚拟外形轮廓定制模块、边缘检测模块和检测与控制模块。本发明操作方便、延长曝气器的使用寿命、降低污水处理成本。
【IPC分类】B08B1-04, B08B13-00, B08B1-00
【公开号】CN104858158
【申请号】CN201510171798
【发明人】孙毅, 单继宏, 沈建强
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月13日