本發(fā)明屬于有色冶金熔煉行業(yè)中的金屬液態(tài)質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及基于雙目視覺的有色金屬液態(tài)質(zhì)量含氫量的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、減振性和散熱性好等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。但鎂合金鑄件中顯微氣孔的存在，嚴(yán)重地影響鎂合金的力學(xué)性能，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等。研究表明顯微氣孔主要來源于鎂熔液中的氫，因此鎂熔液中含氫量的檢測(cè)成為控制鎂合金鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的鎂熔液含氫量檢測(cè)方法大體上分為取樣法和直接測(cè)定法。

取樣法是先用鎂熔液澆注成固態(tài)樣品，然后從鎂樣品中抽真空萃取氫，再將萃取的氫氣在氣相色譜儀中分析從而確定氫含量的檢測(cè)方法，如真空萃取法等。減壓凝固法^[1]也可歸于取樣法，其需要對(duì)鎂熔液樣本進(jìn)行抽真空凝固，使氫氣泡來不及析出而停留在鎂合金固體中，然后用測(cè)量密度的方法近似表征氫在鎂合金熔體中的濃度，該檢測(cè)方法的前提條件是在減壓凝固過程中氣體沒有從鎂合金熔體中溢出；沒有氣體固溶在鎂合金中，只是從熔體中析出，其在試樣中以氣泡的形式存在。

氫分離法^[2]是直接測(cè)定方法的常用方法。首先氫氣的分離發(fā)生在離管內(nèi)，一端連接到氬氣供給出口，另一端接到一組氣體收集器；其次將預(yù)熱后的分離管垂直浸入鎂熔液中到一定深度，由于壓力差的作用使鎂熔液進(jìn)入分離管；然后氬氣噴嘴經(jīng)加熱除濕后連到分離管開放的進(jìn)口端，經(jīng)過氬氣萃取的氫氣被氣囊收集；最后將收集的氫氣進(jìn)行氣相色譜分析，當(dāng)氣相色譜儀檢測(cè)值達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，就能計(jì)算出鎂熔液中氫的濃度。該測(cè)試方法能對(duì)鎂熔液中氫含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，且無需從固體中取樣，相比真空萃取法有更高的效率；然而其需要花費(fèi)大量的時(shí)間，同時(shí)由于氫氣的擴(kuò)散嚴(yán)重依賴于溫度，會(huì)導(dǎo)致其檢測(cè)不準(zhǔn)確。

綜上所述，真空萃取法的檢測(cè)依賴于其前提條件、樣品準(zhǔn)備和抽真空，同時(shí)由于管壁吸附層對(duì)含氫量會(huì)產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致其不能精確檢測(cè)；氫分離法雖能直接測(cè)量鎂熔液中的氫，但其測(cè)試時(shí)間較長且不精確。因此，鎂熔液含氫量的精確檢測(cè)方法成為鎂熔液含氫量檢測(cè)研究的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有檢測(cè)方法的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種基于雙目視覺的鎂熔液含氫量檢測(cè)方法，以期集快速性和精確性于一身，達(dá)到自動(dòng)、精確、快速檢測(cè)鎂熔液含氫量的目的。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明基于雙目視覺的鎂熔液含氫量檢測(cè)方法建立在第一氣泡法基礎(chǔ)上，首先將鎂熔液樣本上方經(jīng)過真空抽取后，兩個(gè)同步CCD工業(yè)相機(jī)拍攝第一氣泡析出前后的序列圖像，圖像序列數(shù)據(jù)流經(jīng)視頻解碼后進(jìn)入雙目視覺圖像處理系統(tǒng)，進(jìn)行圖像處理定位并識(shí)別出鎂熔液表面析出的第一個(gè)氣泡；其次當(dāng)圖像匹配處理程序檢測(cè)到氣泡自身對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)與液面完全重合時(shí)，以太網(wǎng)通訊將檢測(cè)信號(hào)立即傳遞給PLC控制系統(tǒng)；最后PLC快速響應(yīng)，采集微壓力傳感器及熱電偶數(shù)據(jù)，經(jīng)模擬模塊信號(hào)放大、濾波以及A/D轉(zhuǎn)換并根據(jù)含氫量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行科學(xué)計(jì)算并顯示結(jié)果。

上述鎂熔液含氫量檢測(cè)數(shù)學(xué)模型：這里A、B是與鎂合金成分有關(guān)的常數(shù)；C_H是含氫量，cm³/100g；P_H是氫分壓，Pa；T是鎂熔液溫度，K。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

1、從鎂熔液含氫量測(cè)試原理出發(fā)，提出了鎂熔液第一氣泡析出過程中的三種不同狀態(tài)：剛露頭、氣泡露出一半和脫離液面，只有氣泡自身對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)與液面重合時(shí)，P_H＝P_測(cè)才成立，即微壓力傳感器測(cè)量的壓力值才是氫分壓的真實(shí)值，從理論數(shù)學(xué)模型上保證了檢測(cè)結(jié)果的精確度。

2、雙目視覺系統(tǒng)具有空間深度感知特性，能夠利用圖像匹配技術(shù)獲取目標(biāo)的特征信息---圓點(diǎn)和重合點(diǎn)，避免了人眼觀察或單目視覺的測(cè)量誤差問題，從而保證測(cè)量結(jié)果的精確性。

3、采用以太網(wǎng)通訊傳遞信號(hào)比發(fā)脈沖速度要快得多，實(shí)時(shí)性更好，測(cè)量結(jié)果更精確。

附圖說明

圖1是鎂熔液含氫量精確檢測(cè)方法原理圖。

圖2是鎂熔液含氫量精確檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是鎂熔液含氫量精確檢測(cè)氣泡析出過程示意圖。

圖中：1-真空泵、2-鎂熔液樣本、3-第一氣泡、4-坩堝內(nèi)嵌玻璃、5–穹頂光源、6-雙攝像頭、7-玻璃隔板、8-雙目視覺處理系統(tǒng)、9-以太網(wǎng)電纜、10-PLC控制系統(tǒng)、11-溫度模塊、12-壓力模塊、13-顯示屏、14-熱電偶、15-液面上方氣泡形狀對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)、16-氣泡自身對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明檢測(cè)裝置中可以活動(dòng)的部件均使用密封圈實(shí)現(xiàn)密封，以保證內(nèi)外空氣隔絕；同時(shí)設(shè)計(jì)了加熱線圈和保溫棉，以免溫度變化太快。

首先固定好測(cè)試裝置，并通過真空泵1將鎂熔液樣本2上方抽取真空，玻璃隔板7隔離外部空氣進(jìn)入且增強(qiáng)透光性；其次調(diào)整穹頂光源5的亮度使其達(dá)到最佳，坩堝內(nèi)嵌玻璃4保證良好的透光，并利用兩個(gè)相互垂直的CCD工業(yè)相機(jī)6拍攝第一氣泡3析出的序列圖像，穹頂光源固定在工業(yè)相機(jī)上，保證其同軸度；將兩組序列圖像經(jīng)視頻解碼后同時(shí)傳輸?shù)诫p目視覺圖像處理系統(tǒng)8，經(jīng)DM642圖像匹配處理算法后，判斷液面上方氣泡形狀對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)15與氣泡自身對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)16的重合度；若兩圓心點(diǎn)重合時(shí)雙目視覺圖像處理系統(tǒng)通過以太網(wǎng)電纜9發(fā)出檢測(cè)信號(hào)給PLC控制系統(tǒng)10，PLC快速作出響應(yīng)，采集溫度和壓力信號(hào)并通過溫度模塊11和壓力模塊12還原鎂熔液上方的真實(shí)溫度T和真實(shí)壓力P_測(cè)，其中熱電偶14測(cè)量鎂熔液樣本溫度；最后PLC控制系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)置的含氫量檢測(cè)數(shù)學(xué)模型程序?qū)瑲淞窟M(jìn)行計(jì)算并在顯示屏13中顯示結(jié)果。

圖3是鎂熔液含氫量精確檢測(cè)氣泡析出過程示意圖。圖3(a)為第一氣泡剛露頭時(shí)刻，液面上方氣泡形狀對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)15與氣泡自身對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)16不重合；圖3(b)為第一氣泡露出一半，液面上方氣泡形狀對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)15與氣泡自身對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)16重合；圖3(c)為第一氣泡快脫離液面時(shí)刻，液面上方氣泡形狀對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)15與氣泡自身對(duì)應(yīng)圓心點(diǎn)16不重合。雙目視覺圖像處理系統(tǒng)經(jīng)圖像匹配算法檢測(cè)到圖3(b)所示的狀態(tài)時(shí)，此時(shí)測(cè)得壓力值P_測(cè)才是真正的氫分壓值P_H，即P_H＝P_測(cè)。