基于图像的包衣机颗粒混合与传热过程的实验测量方法研究

发布时间：2017-10-27 16:27

  本文关键词：基于图像的包衣机颗粒混合与传热过程的实验测量方法研究

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【摘要】：包衣机是一种可以对糖果、片剂、丸剂等颗粒进行水溶薄膜包衣和有机薄膜包衣的重要过程设备,广泛适用于制药、食品等行业。影响包衣质量优劣的主要因素是颗粒的混合过程及传热过程,而这两者是相互耦合的,给包衣机的设计和操作优化带来困难。为此,国内外学者在颗粒混合动力学仿真、热动力学建模方面开展了大量的理论研究工作。但是,由于实验测量方法的缺乏,目前对颗粒混合-传热过程进行综合实验研究相对较少,一般仅局限于对单个过程进行测量,而且大多采用热电偶等侵入式温度测量手段,不能反映包衣机内颗粒的真实情况,无法为理论模型的验证提供可靠实验测量数据。因此,急需研究一种能同时获取颗粒混合及传热过程信息的非接触式实验测量方法。针对以上问题,本课题依托教育部科研项目,以BY600包衣机为具体研究对象,提出一种基于可见光-红外图像处理的包衣机颗粒混合及传热过程的非接触式实验测量方法;在此基础上,研究不同操作条件下颗粒混合时间与传热时间之间的关系,具有较高的理论价值与重要的工程意义。论文完成的具体工作和主要结论有:(1)采用可见光摄像头(RGB)和红外摄像头(IR),设计了一套可见光-红外图像采集系统,给出了兴趣区域的定位方法,可同时实现对包衣机颗粒混合过程及传热过程的视频图像采集;采用VC++编程开发了对红外图像温度分析软件进行了完善,实现了对每帧红外图像像素点对应温度数据的导出与分析功能。(2)提出了一种基于可见光图像的颗粒混合过程实验测量方法和基于红外图像的颗粒传热过程实验测量方法。基于可见光图像,计算颗粒混合过程的特征量(接触点数),测量出接触点数随时间的动态变化曲线;基于红外图像,引入兴趣区域颗粒的温度方差,作为传热过程的特征量。实验测量结果表明,接触点数曲线和温度方差曲线能较好地反映混合过程及传热过程随时间的动态变化。(3)在本文实验条件下,接触点数曲线(混合过程曲线)和温度方差曲线(传热过程曲线)在经过一小段时间调整后,均到达稳定状态,可以用一阶系统阶跃函数来描述。本文通过对两种过程曲线进行最小二乘拟合,给出了颗粒混合时间和传热时间的量化计算公式。(4)根据以上提出的测量方法,进行了8组物理实验,测量了不同转速和初始温度下颗粒混合过程曲线及传热过程曲线,以研究颗粒混合时间与传热时间的关系。为了能够对这两种不同的物理过程进行比较和分析,引入了无量纲变量,对曲线进行了归一化处理。对比分析结果表明:在本文的实验条件下,颗粒混合时间以及传热时间均随转速的增加而减小。在相同转速下,改变颗粒的初始温度时,颗粒混合时间不变,但是传热达到稳态所需要的时间变长。这与已有文献中的理论研究结果一致,间接表明了本文所提出的基于图像的颗粒混合与传热过程实验测量方法的有效性。
【关键词】：包衣机 图像处理 颗粒 混合过程 传热过程 过程测量
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41;TB486
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 绪论14-19
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.3 选题意义17-18
• 1.4 本文主要内容18-19
• 第2章 可见光-红外图像采集系统的设计与实现19-35
• 2.1 BY600包衣机技术参数19-20
• 2.2 可见光-红外图像采集系统硬件平台设计20-24
• 2.3 本文所采用的图像处理软件24-29
• 2.4 实验参数及实验步骤29-32
• 2.4.1 实验参数29-30
• 2.4.2 实验步骤30-32
• 2.5 可见光图像与红外图像对比分析32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 基于图像的颗粒混合时间与传热时间测量方法35-51
• 3.1 基于可见光图像的颗粒混合时间测量方法35-41
• 3.1.1 颗粒混合过程特征量Contact的图像检测算法35-37
• 3.1.2 颗粒混合过程Contact曲线分析37-38
• 3.1.3 颗粒混合过程曲线的拟合模型38-40
• 3.1.4 颗粒混合时间的计算方法40-41
• 3.2 基于红外图像的颗粒传热时间测量方法41-50
• 3.2.1 颗粒发射率的选取方法41-44
• 3.2.2 颗粒传热过程特征量（温度方差）的图像检测算法44-46
• 3.2.3 颗粒传热过程曲线分析46-47
• 3.2.4 颗粒传热过程曲线的拟合模型47-50
• 3.2.5 颗粒传热时间的计算方法50
• 3.3 本章小结50-51
• 第4章 测量方法有效性分析51-62
• 4.1 混合过程曲线与传热过程曲线的归一化处理51-53
• 4.2 实验数据有效性对比分析53-61
• 4.2.1 转速对颗粒混合过程与传热过程的影响验证53-60
• 4.2.2 初始温度对颗粒混合过程与传热过程的影响验证60-61
• 4.3 本章小结61-62
• 结论与展望62-64
• 1. 结论62-63
• 2. 今后工作的展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录69-70
• 附录B MATLAB源程序70-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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2 关向东;陈友安;;基于包衣机生产中出料均匀性的控制系统设计[J];机械工程与自动化;2013年01期

3 李佩;张红;李新娥;;无线温度采集系统实现分析[J];数字技术与应用;2012年01期

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8 潘，

本文编号：1104307