CN104165735A - 一种气瓶气密性试验成套装置 - Google Patents

Abstract

气瓶气密瓶性试验成套装置，包括试验装置、数据采集装置、远程监控***，所述试验装置包括气体压缩机、充气主管、充气支管、检测水池和传送带，充气主管和气体压缩机排气孔相连，充气支管并排与充气主管垂直相连；所述数据采集装置包括压力传感器、压力变送器、工业摄像头、摄像头支架和采集一体机，采集一体机内置模拟量采集模块和工控机，压力传感器采用焊接方式安装在充气主管上，模拟量采集模块与工控机采用串口通讯，压力传感器与压力变送器相连，压力变送器与采集一体机内的模拟量采集模块相连，工业摄像头与采集一体机内的工控机相连，工控机内置数据监测软件；远程监控***包括远程服务器和监检软件平台，远程服务器与采集一体机通过网络连接，监检软件平台部署在远程服务器上。

Description

一种气瓶气密性试验成套装置

技术领域

本发明涉及一种气瓶气密性试验成套装置，尤其涉及利用计算机视觉、传感器技术对气瓶采用浸水法进行气密性试验的成套装置。

背景技术

近年来，气瓶生产企业逐年增加，气瓶产量也不断增大，为了提高在生产过程中的检测检验效率，国内外研究者、工程师开发了各种各样的检测检验***、设备或装置用于气瓶生产过程中的各个检验环节，如在线硬度检测***、在线超声检测***、自动化水压外测法试验***等，这些***或装置降低了人员因素对检测结果的影响，有效的提高了检测效率、准确率并降低了生产成本。

气瓶通常指钢质无缝气瓶、焊接气瓶、铝合金无缝气瓶和缠绕气瓶，其试验主要包括水压试验与气密性试验两种方法。水压试验通常采用国家标准《GB/T9251-2011气瓶水压试验方法》所记述的方法进行，包括外测法(水套测定法)和内测法(直接膨胀法)，主要用于测量气瓶在水压试验压力下产生的容积变形(容积弹性变形和卸压后的容积残余变形)。气密性试验则通常采用国家标准《GB/T12137-2002气瓶气密性试验方法》所记述的方法进行，包括浸水法和涂液法，浸水法是指将充有规定压力气体的受试瓶浸入水槽中以检查其气密性的试验方法，它适用于受试瓶整体或局部部位的气密性试验，涂液法是指在充有规定压力气体的受试瓶的待查部位上涂以检查液，以检查该处气密性的试验方法，它适用于受试瓶瓶阀螺纹连接处、瓶阀阀杆处、瓶阀侧接嘴、易熔塞或气瓶其他部位的气密性试验。

目前国内外专家学者主要针对水压试验的相关方法与装置展开了重点研究，如美国作为世界上最大的气瓶生产国和使用国,其气瓶水压试验装置代表了当今气瓶水压试验装置的发展水平，在90年代后，部分生产厂家研制了计算机控制的气瓶水压试验装置。我国气瓶水压试验装置的发展一直滞后于气瓶研制，随着信息技术的发展，国内也开始了自动化水压试验装置的研制。赵志刚(华东理工大学，2008)年分析了国内外气瓶水压试验装置的现状与特点，按GB/T9251-1997《气瓶水压试验方法》、GB15385-94《气瓶水压***试验方法》和CGAC-1《压缩气体气瓶的水压试验方法》的相关要求研制开发一套计算机控制的气瓶外测法及***试验装置，该装置设计了以计算机控制与信号采集为核心的气瓶外测法及***水压试验装置，采用了上位计算机和下位PLC实现分布式两级控制方式，利用VB6.0在WindowsXP平台上开发了一套面向对象的可视化数据采集软件，实现了对压力信号、水量信号的采集、显示和处理，以及水压试验报告的生成、修改与输出。黄冠宇(华东理工大学，2008)等开发了基于IEEE802.15.4/ZigBee技术的高压容器水压试验无线短程网络通讯***，主要实现了现场水压试验相关数据的短程无线采集。朱佳华(华东理工大学，2011)等对基于机器视觉技术的气瓶水压试验装置展开了研究，该装置主要基于图像方法检测气瓶由于压力产生的体积变化，测量过程为干式测量并无接触。杨晓欣(新疆大学，2011)等设计并开发了基于组态软件MCGS的压缩天然气钢瓶水压试验监控***，实现了压缩天然气钢瓶水压试验现场数据的采集、人机界面、实时流程动画显示、实时和历史数据显示、报告输出等功能，避免了在水压试验现场的大量的人工操作，降低了检测工人的劳动强度和检测的危险性，提高了检测效率。慕晓鸽(新疆大学，2011)等开发了钢瓶水压试验检验数据自动化采集***，主要用于实时采集检验压力、温度等数据。上述自动化装置的研制，大大减少了现场手动操作，降低了水压试验的危险度和工作强度，提高了检测工作效率，节约了气瓶检测时间，从而减小了气瓶定期检验带来的不便，同时人工填表的繁琐和误差，减少了对检验结果进行整理和保存的工作量，且检测结果以符合行业标准规范的数据库表格进行存储，存储信息量大大增加。

气密性试验与水压试验的基本原理与检测项目完全不同，因此，上述自动装置在气密性试验上并不适用。国内在气密性试验自动化装置研究方面也取得了一定的进展。汪维钧(上海大学，2008)(一种新型的气密测试装置[J].机械设计与制造,2008(5):196-198)等开发了一种新型的气密测试装置，采用PLC控制自动加压并根据压力传感器检测小气室的压力变化来自动判断是否漏气，对于漏气的受试瓶则触发摄像头进行拍照，是一种直压式检测法。袁海林(基于PLC控制的气密液压检测***的设计与实现[D]。成都：成都理工大学，2013)同样开发了一套直压式气密性检测***。吴春龙(基于机器视觉的气密性检测装置研究与设计[D]。杭州：浙江理工大学，2013)设计开发了一套用于空压机气罐的气密性试验装置，实质为浸水法，其中的气泡检测采用计算机视觉的方法进行。

目前国内绝大部分气瓶生产厂家的气密性试验仍采用传统的浸水法，这种方法操作简单、成本低，然而，它存在着明显的不足，首先，生产厂家试验过程通常采用计件制，工人为了多拿报酬经常少检或漏检，同时为了降低成本，气密性试验时存在试验压力达不到标准要求或保压时间不足的情况，存在导致质量安全隐患，为避免这种情况的出现，目前通常的做法是驻厂监检，即由特种设备检验机构对气瓶的监检通常在生产现场采用巡检与抽检的方式进行，而在出具检验报告时难以核对少检与漏检的情况。气瓶气密性试验通常在生产厂家自行实施，由特种设备检验机构实行监督检验。出现上述问题的原因正是当前自动化检测装置是独立的***，缺乏对生产过程中相关参数的自动采集以及对人为因素的有效监管。

鉴于气瓶气密性试验的重要性并为了解决上述监检过程存在的问题，基于计算机视觉与传感器技术发明一种气瓶气密性试验成套装置，不仅有助于提高企业的检验效率和保证钢瓶的质量安全，实现监检的智慧化，而且有助于降低气瓶生产监检成本以及提高特种设备生产监检效率与水平，对于实施特种设备智慧监检具有重要的推广示范效应。

发明内容

为了克服现有检测装置中存在的无法监督少检漏检、加压不足等问题，本发明提供了一种气瓶气密性试验成套装置。

为了解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种气瓶气密性试验成套装置，包括试验装置、数据采集装置、远程监控***，其中，所述试验装置包括气体压缩机、充气主管、充气支管、检测水池和传送带，充气主管和气体压缩机排气孔相连，充气支管并排与充气主管垂直相连；所述数据采集装置包括压力传感器、压力变送器、工业摄像头、摄像头支架和采集一体机，采集一体机内置模拟量采集模块和工控机，压力传感器采用焊接方式安装在充气主管上，模拟量采集模块与工控机采用串口通讯，压力传感器与压力变送器相连，压力变送器与采集一体机内的模拟量采集模块相连，摄像头支架置于检测水池上方，工业摄像头安装在摄像头支架上，工业摄像头的镜头面向检测水池，工业摄像头与采集一体机内的工控机相连，采集一体机提供软件界面，可以交互输入工人工号、受试气瓶编号以及受试气瓶在试验过程中是否存在气泡，工控机内置数据监测软件；所述远程监控***包括远程服务器和监检软件平台，远程服务器与采集一体机通过网络连接，监检软件平台部署在远程服务器上，监检软件平台采用B/S架构，电脑和智能手机利用浏览器通过监检软件平台访问气瓶编号、保压时间、保压开始时间、保压时间内的平均试验压力、工人工号、试验图像、某段时间内试验的气瓶数量、保压合格率、试验合格率。

所述采集一体机内置的工控机内置的数据监测软件用于实时采集试验压力和试验图像，具体步骤如下：

(1)每次试验为一组，一组有n只受试气瓶，工人将n只受试气瓶按顺序从传送带安放到检测水池中，然后在采集一体机软件界面上输入这n只受试气瓶编号，1≤n≤15；

(2)数据监测软件通过压力传感器、压力变送器及模拟量采集模块采集到试验压力，通过工业摄像头采集到试验图像，同时提供如下方法实现试验压力与试验图像之间的同步采集：

(2.1)通过标定得到试验压力从初始值P₀加载到试验额定压力值P_max所需要的加压时间为T秒，它也是从额定压力值P_max卸载到初始值P₀所需要的卸压时间；

(2.2)数据监测软件以轮询方式每隔δ秒分别通过压力传感器采集一次试验压力和通过工业摄像头采集一张试验图像，则在任意T秒内的采集次数为K＝Round(T/δ)，Round表示四舍五入取整函数；

(2.3)令t时刻及其前面的T秒内的K次压力数据为 $\left\{P_i^t\right|i=K,K-1,\·\·\·,1\},$ 对应的试验图像为 $\left\{G_i^t\right|i=K,K-1,\·\·\·,1\},$ 采用最小二乘法对点集进行直线拟合，得到其斜率λ；

(2.4)若ε＜λ且则表示本组的n只受试气瓶开始加载成功，将此时的t记录为该次气密性试验保压开始的时间；若0≤|λ|≤ε且则表示本组的n只受试气瓶正处于保压状态；若0≤|λ|≤ε且则表示气密性试验处于空闲时间；若λ＜0且|λ|＜ε且则表示本组的n只受试气瓶的气密性试验已经完成，即完成了卸压，将此时的t-T记录为该次气密性试验保压结束的时间；上述描述中，ε、ρ为事先选定的阈值，ε∈(0,0.2]，ρ∈(0，20％]；

(2.5)根据上述判断方法，假设在数据采集序列中，t₁为某次试验保压开始的时间，t₂为该次气密性试验完成的时间，则B＝t₂-T-t₁为保压时间，令M＝Round(B/δ)表示数据采集序列的数量，则保压时间内的试验图像序列为保压时间内的试验压力序列为其中k表示从t₁到t₂-T之间采集到的试验图像和试验压力序号，r_k表示t₁到t₂-T之间的第k个采集点的时间，满足r_k+1＝r_k+δ，r₁＝t₁；

(2.6)在试验过程中，工人通过观察法判断每只受试气瓶是否产生气泡，若有气泡产生，则表示试验不合格，否则，表示试验合格；

(2.7)该组气密性试验完成时，将n只气瓶编号、保压时间B、保压开始时间t₁、保压时间内的平均试验压力P_B、工人工号、试验图像工人观察到的试验是否合格的结果保存至数据库中，其中

(2.8)若B≥B₀且P_B∈[0.8*P_max,1.2*P_max]，则该次试验为保压合格；若B＜B₀且P_B∈[0.8*P_max,1.2*P_max]，则该次试验为保压时间不足；若B≥B₀且则该次试验为保压不足；若B＜B₀且则该次试验为保压时间与压力均不足，其中后三种情况均为保压不合格，B₀为气密性试验事先选定的最少时间，B₀≥60秒。

本发明的技术构思为：发明了一种气瓶气密性试验成套装置，它利用传感器完成试验压力数据的采集和利用工业摄像头完成试验图像的采集，并采用一定的方法实现二者的同步，进一步采用帧差法实现气密性的判断，最后采用B/S结构的监检软件平台对试验现场进行实时监控。

本发明的有益效果为：所发明的气瓶气密性试验装置实现了试验过程中压力数据及图像数据的实时采集，即可以实现试验现场的实时监控，又可以在企业向特种设备监检机构申请产品合格证书时，特种设备监检机构可以通过监检软件平台对所申请产品的试验过程进行回放查询以便验证其气密性试验是否正常进行、是否合格，这不仅有助于提高企业的检验效率和保证钢瓶的质量安全，实现监检的智慧化，而且有助于降低气瓶生产监检成本以及提高特种设备生产监检效率与水平，对于实施特种设备智慧监检具有重要的推广示范效应。

附图说明

图1为本发明的气瓶气密性试验成套装置结构图。

图2是图1的A-A向剖视图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，一种气瓶气密性试验成套装置，包括试验装置、数据采集装置、远程监控***，如图1所示，试验装置由气体压缩机14、充气主管11、充气支管10、检测水池5组成，充气主管11和气体压缩机14的排气孔相连，充气支管10并排与充气主管11垂直相连；数据采集装置包括压力传感器12、压力变送器13、工业摄像头6、摄像头支架15和采集一体机1，采集一体机1内置模拟量采集模块和工控机，压力传感器12采用焊接方式安装在充气主管11上，模拟量采集模块与工控机采用串口通讯，压力传感器12与压力变送器13采用数据线2相连，压力变送器13与采集一体机1内的模拟量采集模块相连，摄像头支架15置于检测水池5上方，工业摄像头6安装在摄像头支架15上，工业摄像头6的镜头面向检测水池5，工业摄像头6与采集一体机1内的工控机相连，采集一体机提供软件界面，可以交互输入工人工号、受试气瓶编号以及受试气瓶在试验过程中是否存在气泡，工控机内置数据监测软件；远程监控***包括远程服务器7和监检软件平台，远程服务器7与采集一体机1通过网络连接，监检软件平台部署在远程服务器7上，监检软件平台采用B/S结构，电脑和智能手机利用浏览器通过监检软件平台访问气瓶编号、保压时间、保压开始时间、保压时间内的平均试验压力、工人工号、试验图像、某段时间内试验的气瓶数量、保压合格率、试验合格率。

所述采集一体机内置的工控机内置的数据监测软件用于实时采集试验压力和试验图像，具体步骤如下：

(1)每次试验为一组，一组有n只受试气瓶，工人将n只受试气瓶按顺序从传送带安放到检测水池中，然后在采集一体机软件界面上输入这n只受试气瓶编号，1≤n≤15，在本实施例中，n＝10；

(2)数据监测软件通过压力传感器、压力变送器及模拟量采集模块采集到试验压力，通过工业摄像头采集到试验图像，同时提供如下方法实现试验压力与试验图像之间的同步采集：

(2.1)通过标定得到试验压力从初始值P₀加载到试验额定压力值P_max所需要的加压时间为T秒，它也是从额定压力值P_max卸载到初始值P₀所需要的卸压时间；

(2.2)数据监测软件以轮询方式每隔δ秒分别通过压力传感器采集一次试验压力和通过工业摄像头采集一张试验图像，则在任意T秒内的采集次数为K＝Round(T/δ)，Round表示四舍五入取整函数；

(2.3)令t时刻及其前面的T秒内的K次压力数据为 $\left\{P_i^t\right|i=K,K-1,\·\·\·,1\},$ 对应的试验图像为 $\left\{G_i^t\right|i=K,K-1,\·\·\·,1\},$ 采用最小二乘法对点集进行直线拟合，得到其斜率λ；

(2.4)若ε＜λ且则表示本组的n只受试气瓶开始加载成功，将此时的t记录为该次气密性试验保压开始的时间；若0≤|λ|≤ε且则表示本组的n只受试气瓶正处于保压状态；若0≤|λ|≤ε且则表示气密性试验处于空闲时间；若λ＜0且|λ|＜ε且则表示本组的n只受试气瓶的气密性试验已经完成，即完成了卸压，将此时的t-T记录为该次气密性试验保压结束的时间；上述描述中，ε、ρ为事先选定的阈值，ε∈(0,0.2]，ρ∈(0，20％]，在本实施例中，ε＝0.1，ρ＝0.1；

(2.5)根据上述判断方法，假设在数据采集序列中，t₁为某次试验保压开始的时间，t₂为该次气密性试验完成的时间，则B＝t₂-T-t₁为保压时间，令M＝Round(B/δ)表示数据采集序列的数量，则保压时间内的试验图像序列为保压时间内的试验压力序列为其中k表示从t₁到t₂-T之间采集到的试验图像和试验压力序号，r_k表示t₁到t₂-T之间的第k个采集点的时间，满足r_k+1＝r_k+δ，r₁＝t₁；

(2.6)在试验过程中，工人通过观察法判断每只受试气瓶是否产生气泡，若有气泡产生，则表示试验不合格，否则，表示试验合格；

(2.7)该组气密性试验完成时，将n只气瓶编号、保压时间B、保压开始时间t₁、保压时间内的平均试验压力P_B、工人工号、试验图像、工人观察到的试验是否合格的结果保存至数据库中，其中

(2.8)若B≥B₀且P_B∈[0.8*P_max,1.2*P_max]，则该次试验为保压合格；若B＜B₀且P_B∈[0.8*P_max,1.2*P_max]，则该次试验为保压时间不足；若B≥B₀且则该次试验为保压不足；若B＜B₀且则该次试验为保压时间与压力均不足，其中后三种情况均为保压不合格，B₀为气密性试验事先选定的最少时间，B₀≥60秒，本实施例中，B₀＝300秒。

实施本发明后，当企业向特种设备监检机构申请产品合格证书时，特种设备监检机构可以通过监检软件平台对所申请产品的试验过程进行回放查询以便查证其气密性试验的保压压力、保压时间、试验是否合格。

Claims (1)

1.一种气瓶气密性试验成套装置，由试验装置、数据采集装置和远程监控***构成，其特征在于：

所述试验装置包括气体压缩机、充气主管、充气支管、检测水池和传送带，充气主管和气体压缩机排气孔相连，充气支管并排与充气主管垂直相连；

所述数据采集装置包括压力传感器、压力变送器、工业摄像头、摄像头支架和采集一体机，采集一体机内置模拟量采集模块和工控机，压力传感器采用焊接方式安装在充气主管上，模拟量采集模块与工控机采用串口通讯，压力传感器与压力变送器相连，压力变送器与采集一体机内的模拟量采集模块相连，摄像头支架置于检测水池上方，工业摄像头安装在摄像头支架上，工业摄像头的镜头面向检测水池，工业摄像头与采集一体机内的工控机相连，采集一体机提供软件界面，可以交互输入工人工号、受试气瓶编号以及受试气瓶在试验过程中是否存在气泡，工控机内置数据监测软件，该数据监测软件按如下方法采集试验压力和试验图像：

(1)每次试验为一组，一组有n只受试气瓶，工人将n只受试气瓶按顺序从传送带安放到检测水池中，然后在采集一体机软件界面上输入这n只受试气瓶编号，1≤n≤15；

(2)数据监测软件通过压力传感器、压力变送器及模拟量采集模块采集到试验压力，通过工业摄像头采集到试验图像，同时提供如下方法实现试验压力与试验图像之间的同步采集：

(2.1)通过标定得到试验压力从初始值P₀加载到试验额定压力值P_max所需要的加压时间为T秒，它也是从额定压力值P_max卸载到初始值P₀所需要的卸压时间；

(2.2)数据监测软件以轮询方式每隔δ秒分别通过压力传感器采集一次试验压力和通过工业摄像头采集一张试验图像，则在任意T秒内的采集次数为K＝Round(T/δ)，Round表示四舍五入取整函数；

(2.3)令t时刻及其前面的T秒内的K次压力数据为 $\left\{P_i^t\right|i=K,K-1,\·\·\·,1\},$ 对应的试验图像为 $\left\{G_i^t\right|i=K,K-1,\·\·\·,1\},$ 采用最小二乘法对点集进行直线拟合，得到其斜率λ；

(2.4)若ε＜λ且则表示本组的n只受试气瓶开始加载成功，将此时的t记录为该次气密性试验保压开始的时间；若0≤|λ|≤ε且则表示本组的n只受试气瓶正处于保压状态；若0≤|λ|≤ε且则表示气密性试验处于空闲时间；若λ＜0且|λ|＜ε且则表示本组的n只受试气瓶的气密性试验已经完成，即完成了卸压，将此时的t-T记录为该次气密性试验保压结束的时间；上述描述中，ε、ρ为事先选定的阈值，ε∈(0,0.2]，ρ∈(0，20％]；

(2.5)根据上述判断方法，假设在数据采集序列中，t₁为某次试验保压开始的时间，t₂为该次气密性试验完成的时间，则B＝t₂-T-t₁为保压时间，令M＝Round(B/δ)表示数据采集序列的数量，则保压时间内的试验图像序列为保压时间内的试验压力序列为其中k表示从t₁到t₂-T之间采集到的试验图像和试验压力序号，r_k表示t₁到t₂-T之间的第k个采集点的时间，满足r_k+1＝r_k+δ，r₁＝t₁；

(2.6)在试验过程中，工人通过观察法判断每只受试气瓶是否产生气泡，若有气泡产生，则表示试验不合格，否则，表示试验合格；

(2.7)该组气密性试验完成时，将n只气瓶编号、保压时间B、保压开始时间t₁、保压时间内的平均试验压力P_B、工人工号、试验图像工人观察到的试验是否合格的结果保存至数据库中，其中

(2.8)若B≥B₀且P_B∈[0.8*P_max,1.2*P_max]，则该次试验为保压合格；若B＜B₀且P_B∈[0.8*P_max,1.2*P_max]，则该次试验为保压时间不足；若B≥B₀且则该次试验为保压不足；若B＜B₀且则该次试验为保压时间与压力均不足，其中后三种情况均为保压不合格，B₀为气密性试验事先选定的最少时间，B₀≥60秒；

所述远程监控***包括远程服务器和监检软件平台，远程服务器与采集一体机通过网络连接，监检软件平台部署在远程服务器上，监检软件平台采用B/S结构，电脑和智能手机利用浏览器通过监检软件平台访问气瓶编号、试验压力、保压时间、试验起始时间、是否漏气、工人工号、当日试验气瓶数量、合格率、试验现场图像。