求一种基于机器视觉的凝汽器管板焊缝检测方案

凝汽器是火电、核电、化工、造纸等行业的关键设备之一，由数以万计的小孔径冷凝管组成，在汽轮机中起冷源的作用，可提高发电机组的循环热效率。

对于汽轮机组，当凝汽器及其附属设备可靠性差时，将使机组的可用率降低3.8%左右，进而使核电厂的可用率相应降低。凝汽器一般采用胀管法，用胀管器扩大管口直径，使管子与端头管板紧密接触。

这种方法工艺先进，并且在胀管后再用氩弧焊的方法使管端与管板焊接在一起，进一步提高管口的严密性和强度。但由于制造、使用和维护等原因，难免有个别管端与管板焊接部位存在缺陷，造成凝汽器的泄漏。

现有的目视检测过程中主观因素较大容易造成不良品漏检，持续性差，而且人工检测如此大量的产品，速度与精度都很难得到保证。  

一、凝汽器原理

大型电厂机组工作流程如图所示，经由冷却水泵抽来的具有一定压力的冷却水，流过凝汽器的冷却水管(以下简称冷凝管)，把蒸汽凝结成水时放出的热量带走，而凝结水从凝汽器底部通过凝结水泵抽出，送往锅炉或蒸汽发生器继续使用。  

凝汽器内部主要由数以万计的冷凝管、前后水室及管板组成。冷凝管固定在前后水室中的管板上，机组运行时，冷却水从前水室的下半部分进来，通冷凝管进入后水室，向上折转，再经上半部分冷凝管自前水室的上部排出。汽轮机做功后的乏汽则由进汽口进来，经过冷凝管之间的缝隙往下流动，向管壁放热后凝结为水。  

二、检测需求

管板特征：方板，宽度 4.5~6.5m，高度 6~8.5m，单个凝汽器上约有1.5~2万孔，孔径约φ 20～32mm，管板竖直放置，下沿离地约0.5m，材质为银灰色纯钛。 管板焊接及检验流程：具体流程如下，目前主要分为三步检测，均基于人工目视。      

缺陷种类：目前可分为焊后成型缺陷、焊后气孔缺陷、焊缝清洁度、漏焊、PT缺陷等。

三、检测方案

视觉模块：基于前述的检测需求，视觉系统采用2000w分辨率面阵工业相机，结合28mm镜头实现高质量图像采集；经实测，以14mm孔径为例，约占图像1600pixels，则理论精度为： 14mm/1600pixels=8.75um 考虑到采样定理，有效分辨率为理论分辨率的2倍，因此理论有效精度可达： 8.75um*2=17.5um 可以确保成像精度满足缺陷检测精度要求，保证95%以上检出率。

控制模块：考虑到管板整体宽度、高度较大，不利于通过部署多台相机进行视场拼接，采用移动导轨方式进行控制模块的搭建。相机平台可通过垂直导轨进行上下移动，覆盖全部检测范围。  

检测效果：首先通过一次检测，得到所有焊孔的位置，针对每个焊孔，通过基于深度学习的特征来识别是否是漏焊，针对非漏焊的焊孔，最后通过二次检测判断是否有焊接缺陷。

 

总结 本文主要基于大型凝汽器为对象，进行视觉检测方案的分析与设计。最终系统可达到95%以上缺陷检出率及15%以下的缺陷误检率，有效提升了产品质量判定效率、精准度及稳定性。  

审核编辑：刘清