一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法与流程

1.本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法。


背景技术：

2.喷油嘴是柴油发动机供给系统中实现燃油喷射的重要部件，其功能是根据柴油发动机混合气体形成的特点，将燃油雾化成细微的油滴，并将其喷射到气缸内进行燃烧，因此喷油嘴的质量直接关系到发动机的燃烧效率和运行稳定性。
3.目前生产厂家或鉴定部门对喷油嘴的质量检测，一般采用印痕法或激光技术测量，其中，印痕法是根据喷油嘴喷射在纸张上的痕迹判断其质量是否合格，但该方法太过粗糙，存在检测不准确的情况；激光设备操作复杂又昂贵，且在生产制造中，为了降低生产成本，仅能通过抽样进行检测，同样无法保证检测准确，因此找到一种简洁、可自动化的质量检测方法，将其加入发动机制造线中提高产品质量的稳定性，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法，所采用的技术方案具体如下：
5.采集喷油嘴向下喷射过程中的喷雾图像以获取对应的灰度图像，对灰度图像进行阈值分割得到二值化图像；对二值化图像进行边缘检测，得到喷雾区域，利用霍夫直线检测获取喷雾区域两侧的直线边缘，一侧对应一条直线边缘，根据两条所述直线边缘上的终点液体像素点将喷雾区域划分为喷射区域和雾化区域；
6.根据喷射区域中所述终点液体像素点的位置和喷油嘴位置计算喷射锥角对喷射效果的有益程度；获取喷射区域对应的最远喷射距离和喷油嘴的放置高度，根据所述最远喷射距离和所述放置高度之间的距离差值计算喷射区域的喷射空间有益占比；基于所述最远喷射距离获取喷射区域中的目标液体像素点，对目标液体像素点的灰度值进行累加得到灰度值总和，根据灰度值总和计算喷射区域中最远喷射处的液体像素密度；结合所述有益程度、所述喷射空间有益占比和所述液体像素密度获取喷油嘴的喷射性能指标；
7.将雾化区域的上边缘的中心像素点作为初始像素点，在初始像素点的相邻下一行中，选取多个目标像素点，所述目标像素点为初始像素点的八邻域内的像素点，将每个目标像素点分别作为初始像素点，得到雾化区域中的所有目标像素点，将目标像素点构成树状结构图；基于所述树状结构图中相邻液体像素点之间的欧式距离获取雾化区域的雾化均匀度；计算所述喷射性能指标和所述雾化均匀度之间的相加结果，将所述相加结果作为喷油嘴的零件检测参数，由所述零件检测参数确认异常喷油嘴。
8.进一步地，所述根据两条所述直线边缘上的终点液体像素点将喷雾区域划分为喷射区域和雾化区域的方法，包括：
9.将终点液体像素点作为喷雾区域的划分点，选择位置远的终点液体像素点为最终
划分点，以最终划分点对喷雾区域作水平分界线，将水平分界线上方的作为喷射区域，水平分界线下方的作为雾化区域。
10.进一步地，所述根据所述终点液体像素点的位置和喷油嘴位置计算喷射锥角对喷射效果的有益程度的方法，包括：
11.分别计算所述终点液体像素点与喷油嘴位置之间的角度，根据角度计算喷射锥角对喷射效果的有益程度，则有益程度的计算公式为：
[0012][0013]
其中，y为有益程度；(x
m1
,y
m1
)为第1个所述终点液体像素点的坐标；(x
m2
,y
m2
)为第2个所述终点液体像素点的坐标；(xs,ys)为喷油嘴位置的坐标；180
°
为水平方向的角度。
[0014]
进一步地，所述最远喷射距离为所述最终划分点与喷油嘴位置之间对应纵坐标差值的绝对值。
[0015]
进一步地，所述喷射区域的喷射空间有益占比的计算公式为：
[0016][0017]
其中，α为喷射空间有益占比；la为喷油嘴的放置高度；y为最终划分点的纵坐标；ys为喷油嘴位置的纵坐标；|y-ys|为所述最远喷射距离。
[0018]
进一步地，所述喷射区域中最远喷射处的液体像素密度的获取方法，包括：
[0019]
根据所述最远喷射距离获取喷射区域的底边缘线，将底边缘线上的液体像素点作为目标液体像素点，对目标液体像素点的灰度值进行累加得到灰度值总和，将底边缘线作为直径计算喷射区域对应的底面圆面积，计算灰度值总和与底面圆面积之间的比值以作为液体像素密度。
[0020]
进一步地，所述结合所述有益程度、所述喷射空间有益占比和所述液体像素密度获取喷油嘴的喷射性能指标的方法，包括：
[0021]
所述喷射性能指标与所述有益程度呈负相关关系、所述喷射性能指标与所述喷射空间有益占比呈负相关关系、所述喷射性能指标与所述液体像素密度呈正相关关系，则喷射性能的计算模型为：其中，p为喷油嘴的喷射性能指标，w为所述液体像素密度，y为所述有益程度，α为所述喷射空间有益占比。
[0022]
进一步地，所述基于所述树状结构图中相邻液体像素点之间的欧式距离获取雾化区域的雾化均匀度的方法，包括：
[0023]
对所述树状结构图统计分支路线轨迹，得到3
n-1
条分支路线轨迹，其中n为大于0的正整数；
[0024]
分别计算当前分支路线轨迹上的任意两个相邻液体像素点之间的欧式距离，得到欧式距离总和，计算当前分支路线轨迹对应的行数与欧式距离总和之间的比值，将该比值作为当前分支路线轨迹的平均欧式距离；
[0025]
分别计算每条分支路线轨迹的平均欧式距离，对所有的平均欧式距离进行相加得到综合平均欧式距离，获取综合平均欧式距离与分支路线轨迹的数量之间的比值，将该比值作为雾化区域的雾化均匀度。
[0026]
本发明实施例至少具有如下有益效果：将喷雾图像中的喷雾图像划分为喷射区域和雾化区域，结合喷射区域中喷射锥角对应喷射效果的有益程度、喷射空间有益占比和喷射区域最远喷射处的液体像素密度分析喷油嘴的喷射性能指标，根据雾化区域中液体像素点的灰度值计算雾化区域的雾化均匀度，结合喷射性能指标和雾化均匀度检测喷油嘴异常，仅通过图像处理使得喷油嘴的检测结果更加准确，实现了在操作简单的前提下准确识别异常喷油嘴，同时能够达到喷嘴质量的自动化检测，解决了抽样检测带来的检测误差。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0028]
图1为本发明一个实施例提供的一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法的步骤流程图；
[0029]
图2为本发明实施例中所提供的一种树状结构图的示意图。
具体实施方式
[0030]
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0031]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
[0032]
下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法的具体方案。
[0033]
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：
[0034]
步骤s001，采集喷油嘴向下喷射过程中的喷雾图像以获取对应的灰度图像，对灰度图像进行阈值分割得到二值化图像；对二值化图像进行边缘检测，得到喷雾区域，利用霍夫直线检测获取喷雾区域两侧的直线边缘，一侧对应一条直线边缘，根据两条直线边缘上的终点液体像素点将喷雾区域划分为喷射区域和雾化区域。
[0035]
具体的，按照实验规范布置检测环境，让检测环境为黑色坏境，且放置一个辅助光源，用于拍摄喷油嘴喷射过程中的喷雾图像。利用高速相机采集喷油嘴向下喷射过程中的连续多帧喷雾图像，保留喷油嘴喷射最远所对应的一帧喷雾图像。
[0036]
对喷雾图像进行灰度化得到对应的灰度图像，然后对灰度图像进行阈值分割得到二值化图像，其中背景像素点的灰度值为0，液体像素点的灰度值为255，通过边缘检测技术手段对二值化图像进行边缘检测，能够得到二值化图像中的喷雾区域。
[0037]
根据运动学原理，在喷油嘴的喷射过程中，液体刚出喷嘴时，液体的最大加速度大
于重力加速度，使得喷射出的液体的运动轨迹沿着加速度方向作直线运动，而随着最大加速度衰减，重力加速度大于最大加速度，导致后续液体的运动轨迹呈现一个向下的抛物线，因此根据喷雾区域的边缘线可以将喷雾区域划分为两个区域，一个区域是液体做直线运动时对应的喷射区域，其两侧的边缘线为直线边缘，另一个区域是液体后续做抛物线运动所对应的雾化区域，，其两侧的边缘线为不规则曲线，则划分方法为：对喷雾区域进行霍夫直线检测能够得到喷雾区域两侧的直线边缘，一侧对应一条直线边缘；将这两条直线边缘上终点液体像素点作为划分点，选择远的终点液体像素点为最终划分点，以最终划分点对喷雾区域作水平分界线，将水平分界线上方的作为喷射区域，水平分界线下方的作为雾化区域。
[0038]
步骤s002，根据喷射区域中终点液体像素点的位置和喷油嘴位置计算喷射锥角对喷射效果的有益程度；获取喷射区域对应的最远喷射距离和喷油嘴的放置高度，根据最远喷射距离和放置高度之间的距离差值计算喷射区域的喷射空间有益占比；基于最远喷射距离获取喷射区域中的目标液体像素点，对目标液体像素点的灰度值进行累加得到灰度值总和，根据灰度值总和计算喷射区域中最远喷射处的液体像素密度；结合有益程度、喷射空间有益占比和液体像素密度获取喷油嘴的喷射性能指标。
[0039]
具体的，对于喷射区域，由喷射过程可知，喷油嘴喷射会形成锥角，锥角的大小取决于喷油嘴的口径，用于局限喷油嘴的喷射效果，锥角越小，喷射后越难分散，因此基于喷射区域的锥角获取喷射锥角对喷射效果的有益程度，具体为：分别计算两个终点液体像素点与喷油嘴位置之间的角度，根据角度计算喷射锥角对喷射效果的有益程度，则有益程度的计算公式为：
[0040][0041]
其中，y为有益程度；(x
m1
,y
m1
)为第1个终点液体像素点的坐标；(x
m2
,y
m2
)为第2个终点液体像素点的坐标；(xs,ys)为喷油嘴位置的坐标；180
°
为水平方向的角度，用于计算喷射锥角相对于水平方向的有益程度。
[0042]
进一步地，液体发生抛物线运动时，就已经逐渐进入无序的飘散状态了，相对应说明代表液体的直线运动轨迹越短，则留给后续雾散的空间越大；由于喷射方向是单方向的，所以不能以喷射区域的面积进行计算，而是喷射区域对应的最远喷射距离计算喷射区域的喷射空间有益占比，喷射空间有益占比越小，相对应后续的雾化空间越大，说明喷油嘴的性能越好，则喷射空间有益占比的获取方法为：计算最终划分点与喷油嘴位置之间纵坐标差值的绝对值，该纵坐标差值的绝对值为最远喷射距离；获取喷油嘴在检测环境中所放置的位置高度，根据最远喷射距离与位置高度之间的距离差值计算喷射区域对应的喷射空间有益占比，则喷射空间有益占比的计算公式为：
[0043][0044]
其中，α为喷射空间有益占比；la为喷油嘴在检测环境中所放置的位置高度；y为最终划分点的纵坐标；ys为喷油嘴位置的纵坐标；|y-ys|为最远喷射距离。
[0045]
需要说明的是，喷油嘴在检测环境中所放置的位置高度是指对喷油嘴进行喷射测
试时，喷油嘴所在的放置高度，可以为喷油嘴离地面的距离，也可以为喷油嘴与实验桌面之间的距离，实施者可根据自身的检测环境获取喷油嘴的放置位置高度。
[0046]
进一步地，喷油嘴的喷射过程实际是一个立体的空间喷射过程，则喷射区域对应为一个立体的圆锥形状，而圆锥底面是指在压力作用下液体喷出的最大直线运动范围，且该圆锥底面的液体密度为雾化阶段的初始密度，因此可根据圆锥底面的像素点灰度值计算底面液体密度，而考虑到喷射区域是二维的，无法直接计算圆锥底面的液体密度，则利用圆锥底面对应的横截线，也即是喷射区域的底边缘线，根据底边缘线上的像素点的灰度值计算喷射区域中最远喷射处的液体像素密度，其具体方法为：根据最远喷射距离获取喷射区域的底边缘线，将底边缘线上的液体像素点作为目标液体像素点，对目标液体像素点的灰度值进行累加得到灰度值总和，将底边缘线作为直径计算喷射区域对应的底面圆面积，将灰度值总和与底面圆面积之间的比值作为液体像素密度。
[0047]
进一步地，结合喷射区域对应的有益程度、喷射空间有益占比和液体像素密度构建喷射性能的计算模型，以获取喷油嘴的喷射性能指标，且喷射性能指标与有益程度呈负相关关系、喷射性能指标与喷射空间有益占比呈负相关关系、喷射性能指标与液体像素密度呈正相关关系，则喷射性能的计算模型为：其中，p为喷油嘴的喷射性能指标，w为液体像素密度。
[0048]
需要说明的是，将喷射锥角对喷射效果的有益程度和喷射空间有益占比之间的加和结果作为有益系数，能够得到喷油嘴喷射的液体作直线运动达到最远处时，液体密度变化的增益函数，即w＝p
(y+α)
，因此直线运动区域到达最大喷射距的最终油液密度可根据有益系数而改变，故对上式逆向计算可表示喷油嘴的原本喷射性能。
[0049]
步骤s003，将雾化区域的上边缘的中心像素点作为初始像素点，在初始像素点的相邻下一行中，选取多个目标像素点，目标像素点为初始像素点的八邻域内的像素点，将每个目标像素点分别作为初始像素点，得到雾化区域中的所有目标像素点，将目标像素点构成树状结构图；基于树状结构图中相邻液体像素点之间的欧式距离获取雾化区域的雾化均匀度；计算喷射性能指标和雾化均匀度之间的相加结果，将相加结果作为喷油嘴的零件检测参数，由零件检测参数确认异常喷油嘴。
[0050]
具体的，为了观察液体在雾化区域的飘散过程，本发明实施例基于像素点所在行的位置构建树状结构图，以根据树状结构图中液体像素点的位置获取雾化区域的雾化均匀度，则雾化均匀度的获取过程为：
[0051]
(1)基于雾化区域的上边缘线，获取上边缘线上的中心像素点，将中心像素点作为初始像素点，然后在初始像素点的相邻下一行中选取多个目标像素点，目标像素点为初始像素点的八邻域内的像素点，然后将每个目标像素点分别作为初始像素点，获取雾化区域中的所有目标像素点，将所有的目标像素点构成树状结构图。
[0052]
作为一个示例，参照附图2，将初始像素点作为根节点，在相邻下一行中得到三个目标像素点，将根节点分别与三个目标像素点相连，然后获取该行的三个目标像素点在相邻下一行中的目标像素点，同样连接起来，依次类推，遍历雾化区域中的每一行，得到一个树状结构图。
[0053]
(2)基于树状结构图中相邻液体像素点之间的欧式距离获取雾化区域的雾化均匀度。
[0054]
具体的，根据树状结构图统计分支路线轨迹，得到3
n-1
条分支路线轨迹，其中n为大于0的正整数。以一条分支路线轨迹为例，对该分支路线轨迹上的液体像素点进行任意相邻两个液体像素点之间的欧式距离计算，得到欧式距离总和，计算该分支路线轨迹对应的行数与欧式距离总和之间的比值，将该比值作为该分支路线轨迹的平均欧式距离；同理，获取树状结构图中每条分支路线轨迹的平均欧式距离，对所有的平均欧式距离进行相加得到综合平均欧式距离，获取综合平均欧式距离与分支路线轨迹的数量之间的比值，将该比值作为雾化区域的雾化均匀度。
[0055]
进一步地，结合喷射区域所获取的喷油嘴的喷射性能指标和雾化区域所获取的雾化均匀度来分析喷油嘴的零件检测参数，以根据零件检测参数确认喷油嘴是否异常，具体为：计算喷射性能指标和雾化均匀度之间的相加结果，将相加结果作为喷油嘴的零件检测参数，设置参数阈值，当零件检测参数大于或等于参数阈值时，确认喷油嘴无异常，质量合格。
[0056]
综上所述，本发明实施例提供了一种用于柴油发动机的喷油嘴异常检测方法，该方法将喷雾图像中的喷雾图像划分为喷射区域和雾化区域，结合喷射区域中喷射锥角对应喷射效果的有益程度、喷射空间有益占比和喷射区域最远喷射处的液体像素密度分析喷油嘴的喷射性能指标，根据雾化区域中液体像素点的灰度值计算雾化区域的雾化均匀度，结合喷射性能指标和雾化均匀度检测喷油嘴异常，仅通过图像处理使得喷油嘴的检测结果更加准确，实现了在操作简单的前提下准确识别异常喷油嘴，同时能够达到喷嘴质量的自动化检测，解决了抽样检测带来的检测误差。
[0057]
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0058]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。