一种基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置及方法与流程

本发明涉及农机装备检测领域，特别涉及一种基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置及方法。

背景技术：

清选部件是联合收割机的核心关键部件，其作业性能和工作可靠性关系到整机的性能指标和工作可靠性。联合收割机的清选部件普遍使用风筛式结构，主要由清选离心风机及振动筛组成，当清选离心风机、振动筛及筛箱等零部件的制造和装配质量不合格时，清选系统的作业性能指标也将难以达标。因此必须在清选部件的制造装配环节进行质量检测。目前我国联合收割机生产企业在实际生产过程中对清选部件进行的质量检测较为简单粗放，急需一种在整机生产阶段就能及时检测并反映清选部件制造装配质量的检测装置及方法。

公告号为cn204924181u的实用新型专利公开了一种发动机主轴瓦装配质量检测设备，由相机、机器人、图片处理系统、显示装置等部分组成，能够通过比较实测图片于设定的标准进行发动机主轴瓦装配质量判断；公告号为cn204044087u的实用新型专利公开了一种电子烟雾化器密封圈装配质量检测装置，包括安装架、检测组件、以及控制器，通过对检测工位上的电子烟雾化器内的密封圈进行拍照实现对密封圈的装配质量检测。上述公开的专利都运用了图像处理技术进行零部件制造装配质量检测，但采集图像和分析过程均针对的是具有确定几何形体的零部件，有别于流场特征的检测分析，不能用于检测联合收割机清选系统的流场是否正常。

公开号为cn107389294a的发明专利公开了一种收割机清选装置气流场试验平台，主要包括试验装置与数据采集装置两部分，试验装置主要包括风机与气流道，数据采集装置包括高速摄影机与管道式风速变送器两部分。可以精确测量风机气流在气流道内的流速分布，实时观察农业物料在不同气流场下的运动状态，通过对风机运动参数的无级、实时调控，精确模拟不同工况条件，操作简单，测量精度高。该专利能够测量清选装置的气流场，但不能用于反映气流场与制造装配质量的关系。

公开号为cn107389294a的发明专利公开了一种用于舰船空气流场测量的piv风洞试验方法，在试验风洞的流场中布撒大量示踪粒子，令示踪粒子跟随流场运动，采用piv二维测量方式，分别改变舰模中纵线与风洞来流风向的夹角、舰模横摇角或者纵摇角，进而得到不同舰模测量截面中示踪粒子的多组测量数据，最后生成多个空气流场速度云图和空气流场流线图，完成舰模不同测量截面的空间重构。该专利能够用于舰船空气流场测量，但不能反映气流场与制造装配质量的关系，更不能直接用于联合收割机清选系统的制造装配质量检测。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置及方法，可以利用风洞流线谱特性结合图像处理及相应数学运算对联合收割机清选系统制造装配质量进行检测。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置，包括试验台本体和检测系统；所述试验台本体包括试验台机架和清选离心风机；所述清选离心风机安装在试验台机架上；所述试验台机架内部设有清选空间；

所述检测系统包括烟雾发生传导装置、二自由度烟雾定点释放机构、高速图像采集系统和控制系统；所述烟雾发生传导装置用于产生烟雾；所述二自由度烟雾定点释放机构与所述烟雾发生传导装置连接，用于使烟雾在所述清选离心风机出口处移动；

所述高速图像采集系统位于试验台本体外侧，用于高速采集清选空间的流线状烟雾图像，并将所述图像传输至控制系统；所述控制系统用于控制所述二自由度烟雾定点释放机构和存储分析所述高速图像采集系统的流线状烟雾图像。

进一步，所述二自由度烟雾定点释放机构包括烟雾释放导管、固定底座、直线移动导轨装置和旋转机构；所述固定底座安装在清选离心风机出口的上端，所述固定底座上安装直线移动导轨装置，且所述直线移动导轨装置行走方向与清选离心风机转轴的轴线平行；所述直线移动导轨装置上设有移动滑块，所述移动滑块上安装旋转机构，所述旋转机构输出端安装烟雾释放导管，且所述烟雾释放导管悬挂于所述清选离心风机出口处；所述烟雾释放导管与烟雾发生传导装置导通；

进一步，所述清选空间的上层边界由切流凹板和纵轴流凹板构成，所述清选空间的上层边界位于所述清选离心风机上方；所述清选空间的中层边界位于所述清选空间的上层边界与所述清选离心风机之间，所述清选空间的中层边界由清选筛构成；所述清选空间的下层边界位于清选离心风机出口处，所述清选空间的下层边界由清选室下风道构成；所述清选空间的后侧边界与前侧边界分别位于所述清选离心风机转轴的两侧，所述清选空间的后侧边界由内侧板构成，所述清选空间的前侧边界由外侧板构成；所述内侧板和外侧板安装在试验台机架上。

进一步，所述高速图像采集系统包括高清频闪补光灯和高速摄像机；所述高速摄像机拍摄角度垂直于清选室气流运动方向，且拍摄视角覆盖清选空间，用于高速采集烟雾在清选气流作用下形成的动态流线状烟雾图像；所述高清频闪补光灯对称布置在高速摄像机两侧，用于为高速摄像过程补光并消除流线状烟雾的阴影。

进一步，所述外侧板为透明侧板，所述内侧板表面为深色，所述高速图像采集系统正对外侧板。

进一步，所述控制系统包括电机驱动模块a、图像采集处理模块b和检测分析诊断模块c；所述电机驱动模块a用于对直线移动导轨装置和旋转机构进行驱动控制；所述图像采集处理模块b用于采集、存储、分析所述高速图像采集系统输出的动态流线状烟雾图像；所述检测分析诊断模块c用于对所述图像采集处理模块b的分析结果进行汇总、比对和诊断。

进一步，所述烟雾发生传导装置产生的颗粒粒径≤5μm的白色烟雾。

进一步，所述烟雾释放导管出口处呈“v”型，所述“v”型的两截面与所述清选离心风机的流向所形成的锐角均不小于60°。

一种基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置的方法，包括如下步骤：

出风口截面区域划分：将所述清选离心风机出风口截面划分为n×m区域，取风机截面左下角的点作为顶点o，设所述清选离心风机出风口截面内任一点的坐标设为(x，y)，其中，0≤x≤m，0≤y≤n，n和m均为自然数；

初始位置图像采集：令x0＝0，y0＝0，所述控制系统的电机驱动模块a控制直线移动导轨装置和旋转机构使所述烟雾释放导管末端移动到起始坐标值(x0，y0)，所述烟雾发生传导装置启动产生烟雾，所述高速摄像机以t帧频进行拍摄，并将采集到的图像输送到图像采集处理模块b；

所有出风口截面区域的流线谱图像采集：通过所述控制系统的电机驱动模块a控制直线移动导轨装置和旋转机构使所述烟雾释放导管末端分别移动到所有的出风口截面区域，并通过高速摄像机采集到的图像共f张；

图像分析得到流线谱：图像采集处理模块b对f张图像分析，得到所有图像的流线谱；

对流线谱比对和诊断：所有图像的流线谱输送到所述检测分析诊断模块c中，所述检测分析诊断模块c将得到所有图像的流线谱与标准库中的流线谱对比和诊断。

进一步，所述流线谱图像分析具体包括如下步骤：

确定第i张图像中流线各离散点的坐标值：记i为图像序号，1≤i≤f；初始值i＝1，依次对第i张图像进行灰度处理、图像二值化并建立坐标系，获得第i张图像中流线各离散点的坐标值记为：ai,k，其中k表示各离散点的序号，k∈n⁺；

确定第i张图像中流线各离散点的坐标值矩阵为：ai＝[ai,1,ai,2,ai,3……ai,k]；

循环判断：当i<f时，则i＝i+1，重复s01-s02步骤；当i＝f时，跳转到s04；

计算所有采集图像的均值化离散点集：

计算流线矩阵的最小二乘拟合曲线：y1＝ployfit(a(1,:),a(2,:),3)；得到的最小二乘拟合曲线即为汇总后得到的所有图像的流线谱。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置及方法，利用风洞流线谱特性结合图像处理及相应数学运算对联合收割机清选系统制造装配质量进行检测。

2.本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置及方法，电机驱动控制模块a、图像采集处理模块b和检测分析诊断模块c三个模块，便于操作控制。

3.本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置及方法，烟雾释放导管出口处呈“v”型，所述“v”型的两截面与所述清选离心风机的流向所形成的锐角均不小于60°，形成分叉结构，便于气流通过，减少阻力。

4.本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置及方法，直线移动导轨装置使烟雾释放导管在运动过程中可以始终保持与风机出风口平行。

附图说明

图1为本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置的三维图。

图2为图1的主视图。

图3为本发明所述的检测系统的轴式图。

图4为本发明所述的二自由度烟雾定点释放机构的轴式图。

图5为图3左视图。

图6为图3主视图。

图7为本发明采集不同位置点处的流线谱图像时烟雾释放导管的位置。

图8为本发明所述的清选离心风机轴测图的局部放大图。

图9为本发明所述的烟雾释放导管的轴式图。

图10为图9的主视图。

图11为本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测方法流程图。

图中：

1-试验台机架；2-切流凹板；3-清选筛；4-清选离心风机；401-风机外壳；402-风机叶轮；403-分风板；404-出风口上层板；405-出风口下层板；5-内侧板；6-纵轴流凹板；7-清选室下风道；701-输粮搅龙；702-滑板；8-外侧板；9-机架纵梁；10-风机驱动装置；1001-可调速电机；1002-电机底座；1003-传动带；1004-电机带轮；1005-风机带轮；1006-风机轴；1007-轴承座；11-烟雾发生传导装置；1101-烟雾发生器；1102-烟雾传导软管；12-二自由度烟雾定点释放机构；1201-烟雾释放导管；1202-直线移动导轨装置；1203-旋转机构；1204-固定底座；1205-移动滑台；13-高速图像采集系统；1301-高清频闪补光灯；1302-高速摄像机；1303-摄像机三角架；1304-图像传输线；14-控制系统；a-电机驱动模块；b-图像采集处理模块；c-检测分析诊断模块。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、图2和图3所示，本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测装置，包括试验台本体和检测系统；所述试验台本体包括试验台机架1和清选离心风机4；所述清选离心风机4安装在试验台机架1上；所述试验台机架1内部设有清选空间；所述清选空间可以模仿联合收割机内的清选空间，由于不同的联合收割机内的清选空间的大小和组成的位置关系有所差别，下面按照一种常规的联合收割机为例：所述清选空间的上层边界由切流凹板2和纵轴流凹板6构成，所述清选空间的上层边界位于所述清选离心风机4上方；所述清选空间的中层边界位于所述清选空间的上层边界与所述清选离心风机4之间，所述清选空间的中层边界由清选筛3构成；所述清选空间的下层边界位于清选离心风机4出口处，所述清选空间的下层边界由清选室下风道7构成；如图2所示，所述清选室下风道7由输粮搅龙701和滑板702组成；所述清选空间的后侧边界与前侧边界分别位于所述清选离心风机4转轴的两侧，所述清选空间的后侧边界由内侧板5构成，所述清选空间的前侧边界由外侧板8构成；外侧板8为透明亚克力板，内侧板5为黑色材质；所述内侧板5和外侧板8安装在试验台机架1上。上述中的切流凹板2、纵轴流凹板6、清选筛3、输粮搅龙701和滑板702均为联合收割机上的部件，其装配关系和位置关系以有国标限定或者公开专利披露，故在此不再陈述。

如图3和图8所示，所述清选离心风机4包括风机外壳401、风机叶轮402、分风板403、出风口上层板404、出风口下层板405和风机驱动装置10，所述风机外壳401一端与出风口上层板404连接，所述风机外壳401另一端与出风口下层板405连接，所述出风口上层板404和出风口下层板405相互平行，所述分风板403位于出风口上层板404和出风口下层板405之间，所述风机叶轮402位于风机外壳401回转中心；风机驱动装置10包括可调速电机1001、电机底座1002、传动带1003、电机带轮1004、风机带轮1005、风机轴1006和轴承座1007；所述风机轴1006上安装风机叶轮402，所述风机轴1006两端设有轴承座1007，所述试验台机架1包括机架纵梁9，所述机架纵梁9一侧带有凹槽，所述轴承座1007安装在机架纵梁9的凹槽上，所述风机轴1006的一端安装风机带轮1005，所述可调速电机1001安装在电机底座1002上，所述可调速电机1001的输入轴上安装电机带轮1004，所述电机带轮1004与风机带轮1005通过传动带1003连接。更换清选离心风机4时，可沿机架纵梁9的凹槽从一侧整体滑出。

如图4、图5和图6所示，所述检测系统包括烟雾发生传导装置11、二自由度烟雾定点释放机构12、高速图像采集系统13和控制系统14；所述烟雾发生传导装置11用于产生烟雾；烟雾发生传导装置11包括烟雾发生器1101和烟雾传导软管1102，烟雾发生器1101产生的颗粒粒径≤5μm的白色烟雾；所述二自由度烟雾定点释放机构12包括烟雾释放导管1201、固定底座1204、直线移动导轨装置1202和旋转机构1203；所述固定底座1204安装在清选离心风机4出口的上端，所述固定底座1204上安装直线移动导轨装置1202，且所述直线移动导轨装置1202行走方向与清选离心风机4转轴的轴线平行；所述直线移动导轨装置1202上设有移动滑块1205，所述移动滑块1205上安装旋转机构1203，所述旋转机构1203输出端安装烟雾释放导管1201，且所述烟雾释放导管1201悬挂于所述清选离心风机4出口处；所述烟雾释放导管1201与烟雾发生传导装置11通过烟雾传导软管1102导通；如图5和图7所示，所述出风口上层板404与出风口截面形成的角度记为β，所述烟雾释放导管1201与所述旋转机构1203输出端形成的角度记为α，即α＝β。即所述旋转机构1203输出端平行于出风口上层板404，烟雾释放导管1201平行于风机出风口横截面，竖直状态时所述烟雾释放导管1201发出的烟雾末端出口正好到达出风口下层板405，通过直线移动导轨装置1202和旋转机构1203的运动叠加实现烟雾在风机出风口任意位置的定点释放。

所述高速图像采集系统13位于试验台本体外侧，用于高速采集清选空间的流线状烟雾图像，并将所述图像传输至控制系统14；所述高速图像采集系统13包括高清频闪补光灯1301、高速摄像机1302、摄像机三角架1303和图像传输线1304；高速摄像机1302固定在摄像机三角架1303上，通过图像传输线1304与控制系统14连接。所述高速摄像机1302拍摄角度垂直于清选室气流运动方向，且拍摄视角覆盖清选空间，用于高速采集烟雾在清选气流作用下形成的动态流线状烟雾图像；所述高清频闪补光灯1301对称布置在高速摄像机1302两侧，用于为高速摄像过程补光并消除流线状烟雾的阴影，要求工作频率为60hz～300hz、色温5000-7000k，能自动检测摄像机频率与曝光时间。

所述控制系统14用于控制所述二自由度烟雾定点释放机构12和存储分析所述高速图像采集系统13的流线状烟雾图像。所述控制系统14包括电机驱动模块a、图像采集处理模块b和检测分析诊断模块c；所述电机驱动模块a用于对直线移动导轨装置1202和旋转机构1203进行驱动控制；所述图像采集处理模块b用于采集、存储、分析所述高速图像采集系统13输出的动态流线状烟雾图像；所述检测分析诊断模块c用于对所述图像采集处理模块b的分析结果进行汇总、比对和诊断。利用风洞流线谱特性结合图像处理及相应数学运算对联合收割机清选系统制造装配质量进行检测。

如图9和图10所示，所述烟雾释放导管1201出口处呈“v”型，所述“v”型的两截面与所述清选离心风机4的流向所形成的锐角均不小于60°，这样可以形成分叉结构，减少阻力，便于气流通过。

如图11所示，本发明所述的基于流线谱的风筛清选系统装配质量检测方法，包括如下步骤：

a1：如图6所示，将风机出风口截面划分为5×49个小区域，共有6×50个点，取风机截面左下角的点作为顶点o，轴向定为x轴(0≤x≤49)，纵向定为y轴(0≤y≤5)，设风机截面内任一点的坐标设为(x，y)。

a2：高速摄像机1302帧频设置为100帧，开始采集流线谱图像时，在电机驱动控制模块a中输入起始坐标值(0，0)，即令x0＝0，y0＝0，电机驱动控制模块a控制直线移动导轨装置1202和旋转机构1203运动使烟雾释放导管1201末端转动到坐标值(0，0)所在位置，高速摄像机1302采集图像并存储。

a3：横坐标x0的值加1，判断x0的值是否超过50，若不超过则重复步骤a2；反之则进行步骤a4。

a4：y0的值加1，判断y0的值是否超过6，若不超过则重复步骤a2～a3；反之继续进行步骤a5。

a5：得到截面内所有点的流线谱图像，共30000张。图像采集处理模块b对高速摄像机采集的30000张流线谱图像进行分析，具体如下：

s01：记i为图像序号，1≤i≤30000；初始值i＝1，依次对第i张图像进行灰度处理、图像二值化并建立坐标系，获得第i张图像中流线各离散点的坐标值记为：ai,k，其中k表示各离散点的序号，k∈n⁺；

s02：第i张图像中流线各离散点的坐标值矩阵为：ai＝[ai,1,ai,2,ai,3……ai,k]；

s03：当i<30000时，则i＝i+1，重复s01-s02步骤；当i＝30000时，跳转到s04；

s04：计算所有采集图像的均值化离散点集：

s05：计算流线矩阵的最小二乘拟合曲线：y1＝ployfit(a(1,:),a(2,:),3)；得到的最小二乘拟合曲线即为汇总后得到的所有图像的流线谱。

a6：所有图像的流线谱输送到所述检测分析诊断模块c中，所述检测分析诊断模块c将得到所有图像的流线谱与标准库中的流线谱对比和诊断。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。