阅读说明：本技术 一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法及系统 (Method and system for online automatic detection of corrugated depth of corrugated plate of heat exchanger ) 是由 陈柏金 伍乘星 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于换热设备无损检测领域,并具体公开了一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法及系统。所述方法包括：首先,获取多个连续的表征待检测截面形貌的坐标点；然后根据预设分段准则,以单截面数据为处理单元,将待检测截面划分为多个连续的单截面子区间；再由所述单截面子区间内的坐标点拟合构建子区间内截面曲线模型,以获取各截面子区间内的波纹深度。所述系统包括数据处理模块、逻辑运动控制模块以及数据采集模块。本发明通过该检测方法实现了对换热波纹板片波纹深度的无接触式自动测量,具备检测效率高,可操作性强、结果可靠,且能实现高效存储,批量检测等优点。(The invention belongs to the field of nondestructive testing of heat exchange equipment, and particularly discloses a method and a system for automatically detecting the corrugation depth of a corrugated plate of a heat exchanger on line. The method comprises the following steps: firstly, obtaining a plurality of continuous coordinate points representing the appearance of a section to be detected; then dividing the section to be detected into a plurality of continuous single-section subintervals by taking the single-section data as a processing unit according to a preset segmentation criterion; and fitting and constructing a sectional curve model in the subinterval by the coordinate points in the single-section subinterval to obtain the ripple depth in each sectional subinterval. The system comprises a data processing module, a logic motion control module and a data acquisition module. The invention realizes the non-contact automatic measurement of the corrugation depth of the heat exchange corrugated plate through the detection method, and has the advantages of high detection efficiency, strong operability, reliable result, high-efficiency storage, batch detection and the like.)

一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法及系统

技术领域

本发明属于换热设备无损检测领域，更具体地，涉及一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法及系统。

背景技术

板式换热器是现今工业领域传热过程的高效换热设备，广泛的应用于石油、化工等工业领域，其结构组成上主要由一系列波纹型传热板片通过橡胶垫片密封堆叠而成。波纹板片作为核心组件，其成型加工通常采用一次性冲压成形。常见的板型样式有：人字形波纹板、水平平直波纹板和倾斜波纹板。

波纹板片的质量将直接影响板式换热器的换热效果、流道两侧承压能力及其使用寿命。作为考核板片质量的重要指标之一的波纹深度，其通常被定义为单个波纹节距内的最高点与最低点之间的深度差值。目前在生产质量检测领域通常是采用千分尺实施人工接触式测量。该方法存在检测效率低，工作量大，且测量精度相对较低等特点。因而无法满足企业质检生产的要求；除此之外，针对市场上出现的智能深度检测仪，则由于其装置需与待测物体直接接触，将会存在移动速度慢及对物体表面可能造成损伤等缺点。

鉴于此，本领域亟待提供一种能够在线实施无接触自动检测换热器波纹板片波纹深度的方法，以实现对换热板片波纹深度的无接触式自动测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法及系统，其中结合换热器波纹板片自身的结构特征及光学无损检测方法的工艺特点，相应通过采集表征待检测面形貌的坐标点，并依据待测波纹板片的理论波纹深度，对测量得到的坐标点进行扫描深度基准值以及扫描深度差值阈值限定；相应的可以此来准确将待检测面划分成多个连续的单截面子区间；并根据所述单截面子区间内的坐标点拟合构建子区间截面曲线模型，以获取波纹板片各单截面子区间内的波纹深度。本发明通过该检测方法实现了对换热板片波纹深度的无接触式自动测量，具备检测效率高，可操作性强、结果可靠，且能实现高效存储，批量检测等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法，包括以下步骤：

S1根据待测波纹板片表面特征将待测波纹板片划分为多个横截面，将每个横截面作为一个待检测截面，采用测量装置扫描待检测截面，以获取多个连续的表征待检测截面形貌的坐标点；

S2根据待测波纹板片的理论波纹深度，设定波纹板的扫描深度基准值最高点depth_max和扫描深度基准值最低点depth_min，并以此将其中一个待检测截面划分成多个连续的单截面子区间，根据所述单截面子区间内的坐标点拟合构建单截面子区间截面曲线模型，从而获取该单截面子区间内的波纹深度；

S3重复步骤S2，以获取所述待检测截面中各单截面子区间内的波纹深度；

S4重复步骤S2和S3，直至获取所有待检测截面的各单截面子区间内的波纹深度。

作为进一步优选的，步骤S2中，将其中一个待检测截面划分成多个连续的单截面子区间具体包括以下步骤：

S11逐一判断该待检测截面内各坐标点的z值与最高点depth_max和最低点depth_min的差值；当提取到首个坐标点p_ij(x_i，y_ij，z_ij)满足判断模型时，则进入步骤S12；否则，继续判断下一个相邻的坐标点，直至所判断的坐标点满足判断模型，进入步骤S12，其中，所述判断模型为：

其中，H为所述待测波纹板片的理论波纹深度；

S12根据待测波纹板片的波纹节距Δ，构建分段子区间长度L＝|y_ij+Δ|；

S13根据所述分段子区间长度L，以满足判断模型的坐标点p_ij(x_i，y_ij，z_ij)为起点，将该待检测截面划分成多个连续的单截面子区间。

作为进一步优选的，所述最高点depth_max和最低点depth_min的差值至少大于所述待测波纹板片的理论波纹深度H。

作为进一步优选的，步骤S2中，根据所述单截面子区间内的坐标点拟合构建子区间内截面曲线模型，以获取该单截面子区间内的波纹深度，具体包括以下子步骤：

S21构建单截面子区间截面曲线模型，并根据该曲线拟合模型对所述单截面子区间内的m个坐标点进行拟合，得到拟合曲线；

S22获取所述拟合曲线在该单截面子区间内的最大值和最小值，该单截面子区间内的最大值与最小值的差值即为该单截面子区间内的波纹深度。

作为进一步优选的，所述曲线拟合模型为：

其中，a_n为待求解拟合系数，n为拟合模型的最高次幂，y_i(j+k)为单截面分段子区间中m个坐标点中的任意一个坐标点的坐标值。

按照本发明的另一方面，提供了一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测系统，包括数据处理模块、逻辑运动控制模块以及数据采集模块，其中，

所述数据处理模块用于根据待测波纹板片表面特征将待测波纹板片划分为多个横截面；所述逻辑运动控制模块根据所述数据处理模块划分的多个横截面实时规划数据采集模块的运动轨迹；所述数据采集模块根据所述运动轨迹动作，以获取多个连续的表征待检测面形貌的坐标点，并将该坐标点信息发送给所述数据处理模块；所述数据处理模块根据待测波纹板片的理论波纹深度，设定波纹板的扫描深度基准值最高点depth_max和扫描深度基准值最低点depth_min，并以此将待检测面划分成多个连续的单截面子区间；根据所述单截面子区间内的坐标点拟合构建子区间截面曲线模型，以获取各单截面子区间内的波纹深度。

作为进一步优选的，所述数据采集模块包括机架、工作台以及设于所述机架与工作台之间的运动机构和测量机构，所述运动组件包括关于所述工作台对称布置的第一丝杠导轨组件、第二丝杠导轨组件以及垂直于所述第一丝杠导轨组件和第二丝杠导轨组件布置的第三丝杠导轨组件，所述第一丝杠导轨组件、第二丝杠导轨组件和第三丝杠导轨组件均由伺服电机驱动，所述测量机构包括设于所述第一丝杠导轨组件上的第一编码器、设于所述第三丝杠导轨组件上的第二编码器和激光位移传感器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明基于无损检测技术，采用光学传感器实施波纹板片多截面数据采集，借助相应的数据处理算法得到相应的波纹深度信息。检测精度高、可靠性强，并且可以实现全面检测。

2.本发明采用非接触式测量，不受待测波纹板片材质，表面形貌复杂度的影响。实现了换热板片波纹深度的自动检测，极大地提高了检测效率。适用于各种波纹板及复杂异形板的深度检测。

附图说明

图1是本发明实施例涉及的一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法的流程图；

图2是本发明实施例涉及的一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例涉及的一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测装置的逻辑运动控制模块的运动轨迹示意图；

图4是按照本发明的优选实施例所构建的波纹板片波纹深度求解示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-机架，2-第一伺服电机，3-第一编码器，4-第一丝杠导轨组件，5-第三丝杠导轨组件，6-第二编码器，7-第二伺服电机，8-工作台，9-激光位移传感器，10-第二丝杠导轨组件，11-波纹板片截面线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2、图3以及图4所示，本发明一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测系统，包括数据处理模块、逻辑运动控制模块以及数据采集模块，其中，

所述数据处理模块用于根据待测波纹板片表面特征将待测波纹板片划分为多个横截面；所述逻辑运动控制模块根据所述数据处理模块划分的多个横截面实时规划数据采集模块的运动轨迹；所述数据采集模块根据所述运动轨迹动作，以获取多个连续的表征待检测面形貌的坐标点，并将该坐标点信息发送给所述数据处理模块；所述数据处理模块根据待测波纹板片的理论波纹深度，设定波纹板的扫描深度基准值最高点depth_max和扫描深度基准值最低点depth_min，并以此将待检测面划分成多个连续的单截面子区间；根据所述单截面子区间内的坐标点拟合构建子区间截面曲线模型，以获取各单截面子区间内的波纹深度。进一步的，本发明中，所述数据采集模块包括机架1、工作台8以及设于所述机架1与工作台8之间的运动机构和测量机构，所述运动组件包括关于所述工作台8对称布置的第一丝杠导轨组件4、第二丝杠导轨组件10以及垂直于所述第一丝杠导轨组件4和第二丝杠导轨组件10布置的第三丝杠导轨组件4，所述第一丝杠导轨组件4、第二丝杠导轨组件10和第三丝杠导轨组件5均由伺服电机驱动，所述测量机构包括设于所述第一丝杠导轨组件4上的第一编码器3、设于所述第三丝杠导轨组件5上的第二编码器6和激光位移传感器9。

更进一步的，在工作中，待测波纹板片放置于检测工作台上，激光位移传感器9需要在Y轴方向上做等距“之字”运动。数据采集模块以激光位移传感器9起始测量位置为坐标原点。系统首先由第二伺服电机7驱动滑块带动测头在第三丝杠导轨组件5(Y轴方向)上完成单截面扫描，并由第二编码器6依据采样频率及采样速度依次记录激光位移传感器9在Y轴方向记录每个点的位置信息；而后再由第一伺服电机2驱动滑块带动第三丝杠导轨组件5完成X轴方向的指定距离的进给运动，第一编码器3记录此时位置，激光位移传感器9折回继续测量；重复上述步骤，直至整个板片扫描工作完成。

具体而言，本发明一种换热器波纹板片波纹深度在线自动检测的方法具体包括以下步骤：

步骤一：根据待测波纹板片表面特征将待测波纹板片划分为多个横截面，将每个横截面作为一个待检测截面，采用测量装置扫描待检测截面，以获取多个连续的表征待检测截面形貌的坐标点p_ij(x_i，y_ij，z_ij)；其中，i为待检测截面位置编号，j为待检测截面上坐标点位置编号。

步骤二：根据待测波纹板片的理论波纹深度，设定波纹板的扫描深度基准值最高点depth_max和扫描深度基准值最低点depth_min，并以此将其中一个待检测截面划分成多个连续的单截面子区间；根据所述单截面子区间内的坐标点拟合构建子区间截面曲线模型，以获取该单截面子区间内的波纹深度。在本发明中，所述最高点depth_max和最低点depth_min的差值至少大于所述待测波纹板片的理论波纹深度H。更进一步而言，在本发明中，最高点depth_max至少不小于所述待检测截面中所有坐标点中z坐标的最大值。最低点depth_min至少不大于所述待检测截面中所有坐标点中z坐标的最大值。更进一步而言，在本发明中，所述最高点depth_max和最低点depth_min的差值为所述待测波纹板片的理论波纹深度H的1.2倍。

其中，将其中一个待检测截面划分成多个连续的单截面子区间具体包括以下步骤：

(a)逐一判断该待检测截面内各坐标点的z值与最高点depth_max和最低点depth_min的差值。当提取到首个数据点p_ij(x_i，y_ij，z_ij)满足判断模型，则进入步骤(b)；否则，继续判断下一个相邻的坐标点，直至所判断的坐标点满足判断模型，进入步骤(b)，其中，所述判断模型为：

其中，H为所述待测波纹板片的理论波纹深度；

(b)根据待测波纹板片的波纹节距Δ，构建分段子区间长度L＝|y_ij+Δ|；然后，根据所述子区间长度L，以满足判断模型的坐标点p_ij(x_i，y_ij，z_ij)为起点，将该待检测截面划分成多个连续的单截面子区间。

其中，根据所述单截面子区间内的坐标点拟合构建子区间内截面模型，以获取该单截面子区间内的波纹深度。具体包括以下子步骤：

S11构建曲线拟合模型，并根据该曲线拟合模型对所述单截面子区间内的m个坐标点进行拟合，得到拟合曲线；所述曲线拟合模型为：

其中，a_n为待求解拟合系数，n为拟合模型的最高次幂，y_i(j+k)为单截面分段子区间中m个坐标点中的任意一个坐标点的坐标值。

S12获取所述拟合曲线在该单截面子区间内的最大值和最小值，该单截面子区间内的最大值与最小值的差值即为该单截面子区间内的波纹深度。

步骤三：重复步骤二，以获取所述待检测面中各单截面子区间内的波纹深度

步骤四：重复步骤二和步骤三，直至获取所有待检测面的各单截面子区间内的波纹深度。

本发明中结合光学传感器来实施自动在线检测，其检测过程主要分为以下几步：依据所规划的扫描路径，通过激光位移传感器对板片截面实施往返扫描，得到板片的表面形貌数据；然后为提高数据处理效率及计算精度，对截面数据实施分段处理，由各截面各分段拟合模型得到相应区间的波纹深度值。本发明有效改善了传统检测方法在测量波纹板或复杂异形板的一些成形参数时检测效率低，存在破坏性检测，且通常采用抽检的方式实施检测的缺点，实现了对整个待测板片的全面无损检测，进一步提升了企业的生产效率。总之，本发明实现了对换热器波纹板片波纹深度的在线无损检测，不受待测物的复杂形貌影响且测量精度高、所测结果可靠性强。本发明尤其适用于复杂异形板的深度值测量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。