本发明属农业机械技术领域，具体涉及一种基于热红外成像的喷雾雾形检测装置和方法。
背景技术：
随着信息技术快速普及和发展，热红外成像技术日益成熟，已受到农业科学工作者的广泛关注。目前热红外成像技术已成为精细农业领域的热点和难点。国内外学者在热红外成像技术上取得了诸多研究成果，为更好发挥热红外成像技术在农业生产中的优势奠定了理论及技术基础。
喷头是植保机械药液雾化的关键装置，其性能优劣对喷雾质量有重要影响，喷雾角是影响喷头雾化效果的主要特性参数。作业前对雾锥角进行计算，实现对喷头喷雾雾形进行检查是保证喷雾效果的重要方法，目前对喷头喷雾形状进行检测的方法有网格直接测量法以及视觉处理法。视觉处理法一般采用ccd高速摄像机对喷雾进行连续快速拍照，但是喷雾多为无色透明的液体工质，视觉观察法难以实现对喷雾雾形进行准确的测量，同时由于农田条件多变，在阴雨、风尘天气作业时，高速相机得到的图像很难实现对喷雾边缘进行准确的图像处理，而且不同压力下的喷雾形状以及不同喷头下的喷雾雾形差异较大，需要多次测量计算，过程繁琐。由上可以看出，现有的测量方法难以实现对喷雾形状进行准确、定量的研究，需要用新颖的方法对喷雾形状进行测量观测。
因此，需要提供一种实现对喷药器械喷雾形状检测的方法及装置，以确保植保喷药机械作业时工作参数符合规定的要求，从而提高作业质量。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于热红外成像的喷雾雾形检测装置和方法。
本发明由喷雾雾形获取装置a、机械小臂组件b、机械大臂组件c、仿鸡脖骨关节减震支撑装置d、旋转和移动底座e和plc控制器f组成，其中喷雾雾形获取装置a位于机械小臂组件b的前端，机械小臂组件b、机械大臂组件c、仿鸡脖骨关节减震支撑装置d、旋转和移动底座e自上而下顺序排列；喷雾雾形获取装置a的安装板ⅰ5和安装板ⅱ6置于机械臂小臂组件b的右板ⅰ21和左板ⅰ25之间，且固接于机械臂小臂组件b的输出轴ⅰ9中部；机械小臂组件b的连接套筒20置于机械大臂组件c的右上板32和左上板34之间，且固接于机械大臂组件c的输出轴ⅲ30中部；机械大臂组件c的左下板37和右下板39置于仿鸡脖骨关节减震支撑装置d的右板ⅱ48和左板ⅱ50之间，且固接于仿鸡脖骨关节减震支撑装置d的输出轴ⅳ44中部；仿鸡脖骨关节减震支撑装置d中转动杆ⅱ60的下端固接于旋转和移动底座e中输出轴ⅴ62的上端；喷雾雾形获取装置a中的蜂鸣报警器2、光电报警器4，机械小臂组件b中的电机ⅰ8、机械大臂组件c中的电机ⅲ26，仿鸡脖骨关节减震支撑装置d中的电机ⅳ42，旋转和移动底座e中的电机ⅴ74、电机ⅵ80和陀螺仪传感器76均由plc控制器f控制。
所述的喷雾雾形获取装置a由红外热像仪1，蜂鸣报警器2，数据传输线3，光电报警器4，安装板ⅰ5和安装板ⅱ6组成，安装板ⅰ5固接于红外热像仪1的后端左面，安装板ⅱ6固接于红外热像仪1的后端右面，蜂鸣报警器2、数据传输线3和光电报警器4自前至后排列，固接于红外热像仪1的上表面。
所述的机械臂小臂组件b由安装架ⅰ7、电机ⅰ8、输出轴ⅰ9、轴承ⅰ10、轴承ⅱ11、臂块ⅰ12、转动杆ⅰ13、套筒14、臂块ⅱ15、输出轴ⅱ16、轴承ⅲ17、电机ⅱ18、安装架ⅱ19、连接套筒20组成，其中臂块ⅰ12由右板ⅰ21、后板23和左板ⅰ25组成，并顺序固接成u形板，右板ⅰ21设有孔ⅰ22，左板ⅰ25设有孔ⅱ24，臂块ⅰ12、转动杆ⅰ13、套筒14、臂块ⅱ15、输出轴ⅱ16和电机ⅱ18自前至后顺序排列，其中，臂块ⅰ12中后板23后面经转动杆ⅰ13与输出轴ⅱ16前端固接，电机ⅱ18固接于安装架ⅱ19上面，安装架ⅱ19前端固接于臂块ⅱ15后表面，套筒14固接于臂块ⅱ15的前表面并套于转动杆ⅰ13，输出轴ⅱ16后部与装于臂块ⅱ15后表面中心孔的轴承ⅲ17活动连接，输出轴ⅱ16后端与电机ⅱ18输出端固接，连接套筒20固接于臂块ⅱ15的后部下面；安装架ⅰ7左端固接于臂块ⅰ12的右板21下面，电机ⅰ8固接于安装架ⅰ7上面，输出轴ⅰ9右端与电机ⅰ8输出端固接；轴承ⅱ11固接于臂块ⅰ12中左板ⅰ25的孔ⅱ24中；轴承ⅰ10固接于臂块ⅰ12中右板ⅰ21的孔ⅰ22中；输出轴ⅰ9左端经轴承ⅱ11与左板ⅰ25活动连接；输出轴ⅰ9近右端经轴承ⅰ10与右板ⅰ21活动连接。
所述的机械臂大臂组件c由电机ⅲ26、安装架ⅲ27、轴承ⅳ28、轴承ⅴ29、输出轴ⅲ30、臂块ⅲ31组成，其中臂块ⅲ31由右上板32、左上板34、中板36、左下板37、右下板39组成，右上板32和左上板34经中板36与左下板37和右下板39固接；右上板32设有孔ⅲ33，左上板34设有孔ⅳ35，左下板37设有孔ⅴ38，右下板39设有孔ⅵ40；轴承ⅳ28固接于孔ⅲ33中；轴承ⅴ29固接于孔ⅳ35中；安装架ⅲ27的左端固接右上板32右面，电机ⅲ26固接于安装架ⅲ27上面，输出轴ⅲ30近右端经轴承ⅳ28与右上板32活动连接；输出轴ⅲ30左端经轴承ⅴ29与左上板34活动连接，输出轴ⅲ30右端与电机ⅲ26输出端固接。
所述的仿鸡脖骨关节减震支撑装置d由安装架ⅳ41、电机ⅳ42、轴承ⅵ43、输出轴ⅳ44、轴承ⅶ45、减震支座上部46、减震支座下部47组成；其中减震支座上部46由右板ⅱ48、孔ⅶ49、左板ⅱ50、孔ⅷ51、连接座52、支撑体53、仿鸡脖骨54组成；其中减震支座下部47由减震橡胶套55、支撑套筒56、仿鸡脖骨腔57、减震弹簧58、减震阻尼59、转动杆ⅱ60组成；右板ⅱ48、左板ⅱ50分别固接于连接座52左右两侧，右板ⅱ48上设有孔ⅶ49，左板ⅱ50上设有孔ⅷ51；轴承ⅵ43固接于孔ⅶ49中；轴承ⅶ45固接于孔ⅷ51中；安装架ⅳ41的左端固接于右板ⅱ48的右面，电机ⅳ42固接于安装架ⅳ41上面，输出轴ⅳ44的近右端经轴承ⅵ43与右板ⅱ48活动连接，输出轴ⅳ44的左端经轴承ⅶ45与左板ⅱ50活动连接，输出轴ⅳ44的右端与电机ⅳ42的输出端固接；连接座52、支撑体53、仿鸡脖骨54自上而下顺序固接，支撑套筒56套于减震橡胶套55，减震橡胶套55套于支撑体53，仿鸡脖骨腔57位于支撑套筒56内底面，减震阻尼59和减震弹簧58与仿鸡脖骨腔57固接，转动杆ⅱ60固接于仿鸡脖骨腔57下表面，减震支座下部47的仿鸡脖骨腔57通过减震弹簧58和减震阻尼59与减震支座上部(46)的仿鸡脖骨54活动连接。
所述的旋转和移动底座e由旋转机构g和移动机构h组成，旋转机构g与移动机构h自上至下顺序固接，旋转机构g由主体外壳61、输出轴ⅴ62、齿轮ⅰ63、键ⅰ64、安装座ⅰ65、轴承ⅷ66、安装座ⅱ67、轴承ⅸ68、键ⅱ69、齿轮ⅱ70、输出轴ⅵ71、轴承ⅹ72、安装架ⅴ73和电机ⅴ74组成，安装座ⅰ65固接于主体外壳61的内底面后部；安装座ⅱ67固接于主体外壳61的内底面前部；输出轴ⅴ62下端经轴承ⅷ66与安装座ⅰ65活动连接；齿轮ⅰ63经键ⅰ64固接于输出轴ⅴ62近下端；输出轴ⅵ71下端经轴承ⅸ68与安装座ⅱ67活动连接；齿轮ⅱ70经键ⅱ69固接于输出轴ⅵ71近下端；齿轮ⅰ63与齿轮ⅱ70相互啮合；输出轴ⅵ71上端固接于电机ⅴ74的输出端；输出轴ⅵ71近上端经轴承ⅹ72与主体外壳61前部活动连接；电机ⅴ74下面经安装架ⅴ73与固接于主体外壳61前部上表面；移动机构h由底板75、陀螺仪传感器76、滑杆ⅰ77、滑杆ⅱ78、支板79、电机ⅵ80、丝杠81和丝杠螺母82组成，其中底板75的下面四角固接耳板组83的四个耳板，四个耳板上设有孔组84的四个孔ⅸ85，支板79中心设有孔ⅹ86，支板79前表面左侧固定滑杆ⅰ77，支板79前表面右侧固定滑杆ⅱ78，丝杠螺母82固接于底板75下面中心，陀螺仪传感器76固接于底板75上表面前部，滑杆ⅰ77滑接于孔组84的左侧两个孔，滑杆ⅱ78滑接于孔组84的右侧两个孔；丝杠81后端穿过支板79上的孔ⅹ86，与电机ⅵ80输出端固接，丝杠81前部与丝杠螺母82螺纹连接；旋转机构g中主体外壳61的下表面与移动机构h中底板75的上表面固接。
仿鸡脖脖骨腔57的横截面为一段规则曲线组成，以骨腔底面最低点为原点，过原点竖直向上的直线为y轴，垂直y轴的轴为x轴，建立xoy坐标系，将横截面内的曲线放置在xoy直角坐标系内，则曲线的方程为:
y＝-0.00224x3-0.191x2-3.307x 19.772
其中x属于[10,45]，单位mm。
一种基于热红外成像的喷雾雾形检测方法，包括下列步骤：
喷雾工作开始后，权利要求1所述的装置从不同角度实现对喷雾雾形的采集，并将采集好的图像，传输至上位机；上位机对图像进行处理，其预处理过程为：图像标号、图像去噪、二值图转换、边缘提取，图像保存；上位机获取喷雾雾型图像，以喷雾角为第一指标衡量喷雾质量；雾锥角α的数学表达式为：
α＝arctan{[(s/π)1/2-(s/π)1/2]/h}
其中：
s为雾滴下落高度h处所得到的雾锥底面面积；
s为喷嘴处所形成的雾滴散射面积；
h为雾滴下落高度；
将获得的雾锥角与标准喷雾雾形雾锥角进行比对，实现喷头工作状态的检测；
将各个喷头喷雾雾锥角彼此进行互相比对，实现喷雾一致性的检测。
本发明的位姿调整过程为：
陀螺仪传感器76检测路面倾斜或者颠簸；电机ⅰ8带动装置逆向倾斜调整；电机ⅱ18带动装置逆向俯仰调整；电机ⅴ74带动装置逆向摇摆调整。
本发明的有益效果
本发明利用热红外成像的原理，通过对喷雾热红外影像雾锥角的测量，实现植保机械喷头喷雾雾形有效准确的检测，从而综合评价了喷头的工作效果，是热红外成像技术在植保领域的重要探索。同时仿鸡脖骨关节减震支撑装置，使喷雾雾形获取装置能够稳定的工作。该装置结构简单，工作稳定，易于操作，通用性广，适用于各种植保喷施机械及恶劣的工作环境。
附图说明
图1为基于热红外成像的喷雾雾形检测装置的轴测图
图2为喷雾雾形获取装置a的轴测图
图3为机械小臂组件b的剖视图
图4为机械小臂组件b的侧视图
图5为臂块ⅰ12的轴视图
图6为机械大臂组件c的局部剖视图
图7为臂块ⅱ15的轴视图
图8为仿生减震支座上部46的局部视图
图9为仿生减震支座下部47的轴测图
图10为仿生减震支座上部46的轴测图
图11为仿生减震支座下部47的结构示意图
图12为仿鸡脖骨关节减震支撑装置d的结构示意图
图13为旋转机构g的剖视图
图14为旋转机构g的轴测图
图15为移动机构h的轴测图
图16为底板75的轴测图
图17为支板79、滑杆ⅰ77、滑杆ⅱ78的轴测图
图18为仿鸡脖骨腔57横截面的曲线
其中:a.喷雾雾形获取装置b.机械小臂组件c.机械大臂组件d.仿鸡脖骨关节减震支撑装置e.旋转和移动底座f.plc控制器g.旋转机构h.移动机构1.红外热像仪2.蜂鸣报警器3.数据传输线4.光电报警器5.安装板ⅰ6.安装板ⅱ7.安装架ⅰ8.电机ⅰ9.输出轴ⅰ10.轴承ⅰ11.轴承ⅱ12.臂块ⅰ13.转动杆ⅰ14.套筒15.臂块ⅱ16.输出轴ⅱ17.轴承ⅲ18.电机ⅱ19.安装架ⅱ20.连接套筒21.右板ⅰ22.孔ⅰ23.后板24.孔ⅱ25.左板ⅰ26.电机ⅲ27.安装架ⅲ28.轴承ⅳ29.轴承ⅴ30.输出轴ⅲ31.臂块ⅲ32.右上板33.孔ⅲ34.左上板35.孔ⅳ36.中板37.左下板38.孔ⅴ39.右下板40.孔ⅵ41.安装架ⅳ42.电机ⅳ43.轴承ⅵ44.输出轴ⅳ45.轴承ⅶ46.减震支座上部47.减震支座下部48.右板ⅱ49.孔ⅶ50.左板ⅱ51.孔ⅷ52.连接座53.支撑体54.仿鸡脖骨55.减震橡胶套56.支撑套筒57.仿鸡脖骨腔58.减震弹簧59.减震阻尼60.转动杆ⅱ61.主体外壳62.输出轴ⅴ63.齿轮ⅰ64.键ⅰ65.安装座ⅰ66.轴承ⅷ67.安装座ⅱ68.轴承ⅸ69.键ⅱ70.齿轮ⅱ71.输出轴ⅵ72.轴承ⅹ73.安装架ⅴ74.电机ⅴ75.底板76.陀螺仪传感器77.滑杆ⅰ78.滑杆ⅱ79.支板80.电机ⅵ81.丝杠82.丝杠螺母83.耳板组84.孔组85.孔ⅸ86.孔ⅹ
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1所示，本发明由喷雾雾形获取装置a、机械小臂组件b、机械大臂组件c、仿鸡脖骨关节减震支撑装置d、旋转和移动底座e和plc控制器f组成，其中喷雾雾形获取装置a位于机械小臂组件b的前端，机械小臂组件b、机械大臂组件c、仿鸡脖骨关节减震支撑装置d、旋转和移动底座e自上而下顺序排列；喷雾雾形获取装置a的安装板ⅰ5和安装板ⅱ6置于机械臂小臂组件b的右板ⅰ21和左板ⅰ25之间，且固接于机械臂小臂组件b的输出轴ⅰ9中部；机械小臂组件b的连接套筒20置于机械大臂组件c的右上板32和左上板34之间，且固接于机械大臂组件c的输出轴ⅲ30中部；机械大臂组件c的左下板37和右下板39置于仿鸡脖骨关节减震支撑装置d的右板ⅱ48和左板ⅱ50之间，且固接于仿鸡脖骨关节减震支撑装置d的输出轴ⅳ44中部；仿鸡脖骨关节减震支撑装置d中转动杆ⅱ60的下端固接于旋转和移动底座e中输出轴ⅴ62的上端；喷雾雾形获取装置a中的蜂鸣报警器2、光电报警器4，机械小臂组件b中的电机ⅰ8、机械大臂组件c中的电机ⅲ26，仿鸡脖骨关节减震支撑装置d中的电机ⅳ42，旋转和移动底座e中的电机ⅴ74、电机ⅵ80和陀螺仪传感器76均由plc控制器f控制。
如图2所示，所述的喷雾雾形获取装置a由红外热像仪1，蜂鸣报警器2，数据传输线3，光电报警器4，安装板ⅰ5和安装板ⅱ6组成，安装板ⅰ5固接于红外热像仪1的后端左面，安装板ⅱ6固接于红外热像仪1的后端右面，蜂鸣报警器2、数据传输线3和光电报警器4自前至后排列，固接于红外热像仪1的上表面。
如图3至图5所示，所述的机械臂小臂组件b由安装架ⅰ7、电机ⅰ8、输出轴ⅰ9、轴承ⅰ10、轴承ⅱ11、臂块ⅰ12、转动杆ⅰ13、套筒14、臂块ⅱ15、输出轴ⅱ16、轴承ⅲ17、电机ⅱ18、安装架ⅱ19、连接套筒20组成，其中臂块ⅰ12由右板ⅰ21、后板23和左板ⅰ25组成，并顺序固接成u形板，右板ⅰ21设有孔ⅰ22，左板ⅰ25设有孔ⅱ24，臂块ⅰ12、转动杆ⅰ13、套筒14、臂块ⅱ15、输出轴ⅱ16和电机ⅱ18自前至后顺序排列，其中，臂块ⅰ12中后板23后面经转动杆ⅰ13与输出轴ⅱ16前端固接，电机ⅱ18固接于安装架ⅱ19上面，安装架ⅱ19前端固接于臂块ⅱ15后表面，套筒14固接于臂块ⅱ15的前表面并套于转动杆ⅰ13，输出轴ⅱ16后部与装于臂块ⅱ15后表面中心孔的轴承ⅲ17活动连接，输出轴ⅱ16后端与电机ⅱ18输出端固接，连接套筒20固接于臂块ⅱ15的后部下面；安装架ⅰ7左端固接于臂块ⅰ12的右板21下面，电机ⅰ8固接于安装架ⅰ7上面，输出轴ⅰ9右端与电机ⅰ8输出端固接；轴承ⅱ11固接于臂块ⅰ12中左板ⅰ25的孔ⅱ24中；轴承ⅰ10固接于臂块ⅰ12中右板ⅰ21的孔ⅰ22中；输出轴ⅰ9左端经轴承ⅱ11与左板ⅰ25活动连接；输出轴ⅰ9近右端经轴承ⅰ10与右板ⅰ21活动连接。
如图6至图11所示，所述的机械臂大臂组件c由电机ⅲ26、安装架ⅲ27、轴承ⅳ28、轴承ⅴ29、输出轴ⅲ30、臂块ⅲ31组成，其中臂块ⅲ31由右上板32、左上板34、中板36、左下板37、右下板39组成，右上板32和左上板34经中板36与左下板37和右下板39固接；右上板32设有孔ⅲ33，左上板34设有孔ⅳ35，左下板37设有孔ⅴ38，右下板39设有孔ⅵ40；轴承ⅳ28固接于孔ⅲ33中；轴承ⅴ29固接于孔ⅳ35中；安装架ⅲ27的左端固接右上板32右面，电机ⅲ26固接于安装架ⅲ27上面，输出轴ⅲ30近右端经轴承ⅳ28与右上板32活动连接；输出轴ⅲ30左端经轴承ⅴ29与左上板34活动连接，输出轴ⅲ30右端与电机ⅲ26输出端固接。
如图12所示，所述的仿鸡脖骨关节减震支撑装置d由安装架ⅳ41、电机ⅳ42、轴承ⅵ43、输出轴ⅳ44、轴承ⅶ45、减震支座上部46、减震支座下部47组成；其中减震支座上部46由右板ⅱ48、孔ⅶ49、左板ⅱ50、孔ⅷ51、连接座52、支撑体53、仿鸡脖骨54组成；其中减震支座下部47由减震橡胶套55、支撑套筒56、仿鸡脖骨腔57、减震弹簧58、减震阻尼59、转动杆ⅱ60组成；右板ⅱ48、左板ⅱ50分别固接于连接座52左右两侧，右板ⅱ48上设有孔ⅶ49，左板ⅱ50上设有孔ⅷ51；轴承ⅵ43固接于孔ⅶ49中；轴承ⅶ45固接于孔ⅷ51中；安装架ⅳ41的左端固接于右板ⅱ48的右面，电机ⅳ42固接于安装架ⅳ41上面，输出轴ⅳ44的近右端经轴承ⅵ43与右板ⅱ48活动连接，输出轴ⅳ44的左端经轴承ⅶ45与左板ⅱ50活动连接，输出轴ⅳ44的右端与电机ⅳ42的输出端固接；连接座52、支撑体53、仿鸡脖骨54自上而下顺序固接，支撑套筒56套于减震橡胶套55，减震橡胶套55套于支撑体53，仿鸡脖骨腔57位于支撑套筒56内底面，减震阻尼59和减震弹簧58与仿鸡脖骨腔57固接，转动杆ⅱ60固接于仿鸡脖骨腔57下表面，减震支座下部47的仿鸡脖骨腔57通过减震弹簧58和减震阻尼59与减震支座上部(46)的仿鸡脖骨54活动连接。
如图13至图17所示，所述的旋转和移动底座e由旋转机构g和移动机构h组成，旋转机构g与移动机构h自上至下顺序固接，旋转机构g由主体外壳61、输出轴ⅴ62、齿轮ⅰ63、键ⅰ64、安装座ⅰ65、轴承ⅷ66、安装座ⅱ67、轴承ⅸ68、键ⅱ69、齿轮ⅱ70、输出轴ⅵ71、轴承ⅹ72、安装架ⅴ73和电机ⅴ74组成，安装座ⅰ65固接于主体外壳61的内底面后部；安装座ⅱ67固接于主体外壳61的内底面前部；输出轴ⅴ62下端经轴承ⅷ66与安装座ⅰ65活动连接；齿轮ⅰ63经键ⅰ64固接于输出轴ⅴ62近下端；输出轴ⅵ71下端经轴承ⅸ68与安装座ⅱ67活动连接；齿轮ⅱ70经键ⅱ69固接于输出轴ⅵ71近下端；齿轮ⅰ63与齿轮ⅱ70相互啮合；输出轴ⅵ71上端固接于电机ⅴ74的输出端；输出轴ⅵ71近上端经轴承ⅹ72与主体外壳61前部活动连接；电机ⅴ74下面经安装架ⅴ73与固接于主体外壳61前部上表面；移动机构h由底板75、陀螺仪传感器76、滑杆ⅰ77、滑杆ⅱ78、支板79、电机ⅵ80、丝杠81和丝杠螺母82组成，其中底板75的下面四角固接耳板组83的四个耳板，四个耳板上设有孔组84的四个孔ⅸ85，支板79中心设有孔ⅹ86，支板79前表面左侧固定滑杆ⅰ77，支板79前表面右侧固定滑杆ⅱ78，丝杠螺母82固接于底板75下面中心，陀螺仪传感器76固接于底板75上表面前部，滑杆ⅰ77滑接于孔组84的左侧两个孔，滑杆ⅱ78滑接于孔组84的右侧两个孔；丝杠81后端穿过支板79上的孔ⅹ86，与电机ⅵ80输出端固接，丝杠81前部与丝杠螺母82螺纹连接；旋转机构g中主体外壳61的下表面与移动机构h中底板75的上表面固接。
仿鸡脖脖骨腔57的横截面为一段规则曲线组成，以骨腔底面最低点为原点，过原点竖直向上的直线为y轴，垂直y轴的轴为x轴，建立xoy坐标系，将横截面内的曲线放置在xoy直角坐标系内，则曲线的方程为:
y＝-0.00224x3-0.191x2-3.307x 19.772
其中x属于[10,45]，单位mm。
一种基于热红外成像的喷雾雾形检测方法，包括下列步骤：
喷雾工作开始后，权利要求1所述的装置从不同角度实现对喷雾雾形的采集，并将采集好的图像，传输至上位机；上位机对图像进行处理，其预处理过程为：图像标号、图像去噪、二值图转换、边缘提取，图像保存；上位机获取喷雾雾型图像，以喷雾角为第一指标衡量喷雾质量；雾锥角α的数学表达式为：
α＝arctan{[(s/π)1/2-(s/π)1/2]/h}
其中：
s为雾滴下落高度h处所得到的雾锥底面面积；
s为喷嘴处所形成的雾滴散射面积；
h为雾滴下落高度；
将获得的雾锥角与标准喷雾雾形雾锥角进行比对，实现喷头工作状态的检测；
将各个喷头喷雾雾锥角彼此进行互相比对，实现喷雾一致性的检测。
本发明的位姿调整过程为：
陀螺仪传感器76检测路面倾斜或者颠簸；电机ⅰ8带动装置逆向倾斜调整；电机ⅱ18带动装置逆向俯仰调整；电机ⅴ74带动装置逆向摇摆调整。
本发明可搭载于任何农业植保机械设备上。
喷头工作性能评定
机器工作前将标准喷头的喷雾形状导入至系统中，作为标准。机器工作后，热红外图像采集仪分别从不同角度对植保机械上的喷头进行喷雾雾形采集，经过图像软件处理后，与标准喷头的喷雾雾形进行对比，从而得到喷头的工作效果。
喷雾一致性的评定
机器工作过程中，热红外成像仪对机器上搭载的所有喷头的喷雾雾形进行采集，导入至上位机图像处理软件，进行图像处理，计算雾锥角。以雾锥角为指标判定各喷头喷雾效果是否一致。
仿生减震装置
机器行走在田间，对路面颠簸和机器本身震动具有减震效果，仿鸡脖骨关节设计的骨腔结构有良好的吸震效果，采用的弹簧和阻尼器可以有效减轻竖直方向的震动对设备损伤，铅芯橡胶环作为一种柔性减震材料，可以有效稀释周向震动，大大提高了设备的适用寿命。
仿生姿态调整装置
机器在起伏较大的路况下作业时，位姿调整装置能够根据路面角度的变化，调整成像仪镜头的姿态，使测试仪始终保持稳定。陀螺仪传感器检测到装置倾斜角度，将信号传输至plc控制器，plc控制器根据角度信息，控制直流伺服电机转动，带动机械臂实现逆向调整，使热像仪始终保持同一姿态对喷雾雾形进行采集。
1.一种基于热红外成像的喷雾雾形检测装置，其特征在于，由喷雾雾形获取装置(a)、机械小臂组件(b)、机械大臂组件(c)、仿鸡脖骨关节减震支撑装置(d)、旋转和移动底座(e)和plc控制器(f)组成，其中喷雾雾形获取装置(a)位于机械小臂组件(b)的前端，机械小臂组件(b)、机械大臂组件(c)、仿鸡脖骨关节减震支撑装置(d)、旋转和移动底座(e)自上而下顺序排列；喷雾雾形获取装置(a)的安装板ⅰ(5)和安装板ⅱ(6)置于机械臂小臂组件(b)的右板ⅰ(21)和左板ⅰ(25)之间，且固接于机械臂小臂组件(b)的输出轴ⅰ(9)中部；机械小臂组件(b)的连接套筒(20)置于机械大臂组件(c)的右上板(32)和左上板(34)之间，且固接于机械大臂组件(c)的输出轴ⅲ(30)中部；机械大臂组件(c)的左下板(37)和右下板(39)置于仿鸡脖骨关节减震支撑装置(d)的右板ⅱ(48)和左板ⅱ(50)之间，且固接于仿鸡脖骨关节减震支撑装置(d)的输出轴ⅳ(44)中部；仿鸡脖骨关节减震支撑装置(d)中转动杆ⅱ(60)的下端固接于旋转和移动底座(e)中输出轴ⅴ(62)的上端；喷雾雾形获取装置(a)中的蜂鸣报警器(2)、光电报警器(4)，机械小臂组件(b)中的电机ⅰ(8)、机械大臂组件(c)中的电机ⅲ(26)，仿鸡脖骨关节减震支撑装置(d)中的电机ⅳ(42)，旋转和移动底座(e)中的电机ⅴ(74)、电机ⅵ(80)和陀螺仪传感器(76)均由plc控制器(f)控制。
2.按权利要求1所述的基于热红外成像的喷雾雾形检测装置，其特征在于，所述的喷雾雾形获取装置(a)由红外热像仪(1)，蜂鸣报警器(2)，数据传输线(3)，光电报警器(4)，安装板ⅰ(5)和安装板ⅱ(6)组成，安装板ⅰ(5)固接于红外热像仪(1)的后端左面，安装板ⅱ(6)固接于红外热像仪(1)的后端右面，蜂鸣报警器(2)、数据传输线(3)和光电报警器(4)自前至后排列，固接于红外热像仪(1)的上表面。
3.按权利要求1所述的基于热红外成像的喷雾雾形检测装置，其特征在于，所述的机械臂小臂组件(b)由安装架ⅰ(7)、电机ⅰ(8)、输出轴ⅰ(9)、轴承ⅰ(10)、轴承ⅱ(11)、臂块ⅰ(12)、转动杆ⅰ(13)、套筒(14)、臂块ⅱ(15)、输出轴ⅱ(16)、轴承ⅲ(17)、电机ⅱ(18)、安装架ⅱ(19)、连接套筒(20)组成，其中臂块ⅰ(12)由右板ⅰ(21)、后板(23)和左板ⅰ(25)组成，并顺序固接成u形板，右板ⅰ(21)设有孔ⅰ(22)，左板ⅰ(25)设有孔ⅱ(24)，臂块ⅰ(12)、转动杆ⅰ(13)、套筒(14)、臂块ⅱ(15)、输出轴ⅱ(16)和电机ⅱ(18)自前至后顺序排列，其中，臂块ⅰ(12)中后板(23)后面经转动杆ⅰ(13)与输出轴ⅱ(16)前端固接，电机ⅱ(18)固接于安装架ⅱ(19)上面，安装架ⅱ(19)前端固接于臂块ⅱ(15)后表面，套筒(14)固接于臂块ⅱ(15)的前表面并套于转动杆ⅰ(13)，输出轴ⅱ(16)后部与装于臂块ⅱ(15)后表面中心孔的轴承ⅲ(17)活动连接，输出轴ⅱ(16)后端与电机ⅱ(18)输出端固接，连接套筒(20)固接于臂块ⅱ(15)的后部下面；安装架ⅰ(7)左端固接于臂块ⅰ(12)的右板(21)下面，电机ⅰ(8)固接于安装架ⅰ(7)上面，输出轴ⅰ(9)右端与电机ⅰ(8)输出端固接；轴承ⅱ(11)固接于臂块ⅰ(12)中左板ⅰ(25)的孔ⅱ(24)中；轴承ⅰ(10)固接于臂块ⅰ(12)中右板ⅰ(21)的孔ⅰ(22)中；输出轴ⅰ(9)左端经轴承ⅱ(11)与左板ⅰ(25)活动连接，输出轴ⅰ(9)近右端经轴承ⅰ(10)与右板ⅰ(21)活动连接。
4.按权利要求1所述的基于热红外成像的喷雾雾形检测装置，其特征在于，所述的机械臂大臂组件(c)由电机ⅲ(26)、安装架ⅲ(27)、轴承ⅳ(28)、轴承ⅴ(29)、输出轴ⅲ(30)、臂块ⅲ(31)组成，其中臂块ⅲ(31)由右上板(32)、左上板(34)、中板(36)、左下板(37)、右下板(39)组成，右上板(32)和左上板(34)经中板(36)与左下板(37)和右下板(39)固接；右上板(32)设有孔ⅲ(33)，左上板(34)设有孔ⅳ(35)，左下板(37)设有孔ⅴ(38)，右下板(39)设有孔ⅵ(40)；轴承ⅳ(28)固接于孔ⅲ(33)中；轴承ⅴ(29)固接于孔ⅳ(35)中；安装架ⅲ(27)的左端固接右上板(32)右面，电机ⅲ(26)固接于安装架ⅲ(27)上面，输出轴ⅲ(30)近右端经轴承ⅳ(28)与右上板(32)活动连接，输出轴ⅲ(30)左端经轴承ⅴ(29)与左上板(34)活动连接，输出轴ⅲ(30)右端与电机ⅲ(26)输出端固接。
5.按权利要求1所述的基于热红外成像的喷雾雾形检测装置，其特征在于，所述的仿鸡脖骨关节减震支撑装置(d)由安装架ⅳ(41)、电机ⅳ(42)、轴承ⅵ(43)、输出轴ⅳ(44)、轴承ⅶ(45)、减震支座上部(46)、减震支座下部(47)组成，其中减震支座上部(46)由右板ⅱ(48)、孔ⅶ(49)、左板ⅱ(50)、孔ⅷ(51)、连接座(52)、支撑体(53)、仿鸡脖骨(54)组成，其中减震支座下部(47)由减震橡胶套(55)、支撑套筒(56)、仿鸡脖骨腔(57)、减震弹簧(58)、减震阻尼(59)、转动杆ⅱ(60)组成，右板ⅱ(48)、左板ⅱ(50)分别固接于连接座(52)左右两侧，右板ⅱ(48)上设有孔ⅶ(49)，左板ⅱ(50)上设有孔ⅷ(51)，轴承ⅵ(43)固接于孔ⅶ(49)中；轴承ⅶ(45)固接于孔ⅷ(51)中；安装架ⅳ(41)的左端固接于右板ⅱ(48)的右面，电机ⅳ(42)固接于安装架ⅳ(41)上面，输出轴ⅳ(44)的近右端经轴承ⅵ(43)与右板ⅱ(48)活动连接，输出轴ⅳ(44)的左端经轴承ⅶ(45)与左板ⅱ(50)活动连接，输出轴ⅳ(44)的右端与电机ⅳ(42)的输出端固接；连接座(52)、支撑体(53)、仿鸡脖骨(54)自上而下顺序固接，支撑套筒(56)套于减震橡胶套(55)，减震橡胶套(55)套于支撑体(53)，仿鸡脖骨腔(57)位于支撑套筒(56)内底面，减震阻尼(59)和减震弹簧(58)与仿鸡脖骨腔(57)固接，转动杆ⅱ(60)固接于仿鸡脖骨腔(57)下表面，减震支座下部(47)的仿鸡脖骨腔(57)通过减震弹簧(58)和减震阻尼(59)与减震支座上部(46)的仿鸡脖骨(54)活动连接。
6.按权利要求1所述的基于热红外成像的喷雾雾形检测装置，其特征在于，所述的旋转和移动底座(e)由旋转机构(g)和移动机构(h)组成，旋转机构(g)与移动机构(h)自上至下顺序固接，旋转机构(g)由主体外壳(61)、输出轴ⅴ(62)、齿轮ⅰ(63)、键ⅰ(64)、安装座ⅰ(65)、轴承ⅷ(66)、安装座ⅱ(67)、轴承ⅸ(68)、键ⅱ(69)、齿轮ⅱ(70)、输出轴ⅵ(71)、轴承ⅹ(72)、安装架ⅴ(73)和电机ⅴ(74)组成，安装座ⅰ(65)固接于主体外壳(61)的内底面后部，安装座ⅱ(67)固接于主体外壳(61)的内底面前部，输出轴ⅴ(62)下端经轴承ⅷ(66)与安装座ⅰ(65)活动连接，齿轮ⅰ(63)经键ⅰ(64)固接于输出轴ⅴ(62)近下端；输出轴ⅵ(71)下端经轴承ⅸ(68)与安装座ⅱ(67)活动连接，齿轮ⅱ(70)经键ⅱ(69)固接于输出轴ⅵ(71)近下端；齿轮ⅰ(63)与齿轮ⅱ(70)相互啮合；输出轴ⅵ(71)上端固接于电机ⅴ(74)的输出端，输出轴ⅵ(71)近上端经轴承ⅹ(72)与主体外壳(61)前部活动连接；电机ⅴ(74)下面经安装架ⅴ(73)与固接于主体外壳(61)前部上表面，移动机构(h)由底板(75)、陀螺仪传感器(76)、滑杆ⅰ(77)、滑杆ⅱ(78)、支板(79)、电机ⅵ(80)、丝杠(81)和丝杠螺母(82)组成，其中底板(75)的下面四角固接耳板组(83)的四个耳板，四个耳板上设有孔组(84)的四个孔ⅸ(85)，支板(79)中心设有孔ⅹ(86)，支板(79)前表面左侧固定滑杆ⅰ(77)，支板(79)前表面右侧固定滑杆ⅱ(78)，丝杠螺母(82)固接于底板(75)下面中心，陀螺仪传感器(76)固接于底板(75)上表面前部，滑杆ⅰ(77)滑接于孔组(84)的左侧两个孔，滑杆ⅱ(78)滑接于孔组(84)的右侧两个孔；丝杠(81)后端穿过支板(79)上的孔ⅹ(86)，与电机ⅵ(80)输出端固接，丝杠(81)前部与丝杠螺母(82)螺纹连接；旋转机构(g)中主体外壳(61)的下表面与移动机构(h)中底板(75)的上表面固接。
7.按权利要求5所述的一种基于外成像的喷雾雾形检测装置，其特征在于，仿鸡脖脖骨腔(57)的横截面为一段规则曲线组成，以骨腔底面最低点为原点，过原点竖直向上的直线为y轴，垂直y轴的轴为x轴，建立xoy坐标系，将横截面内的曲线放置在xoy直角坐标系内，则曲线的方程为:
y＝-0.00224x3-0.191x2-3.307x 19.772
其中x属于[10,45]，单位mm。
8.一种基于热红外成像的喷雾雾形检测方法，其特征在于，包括下列步骤：
8.1喷雾工作开始后，权利要求1所述的装置从不同角度实现对喷雾雾形的采集，并将采集好的图像，传输至上位机；
8.2上位机对图像进行处理，其预处理过程为：图像标号、图像去噪、二值图转换、边缘提取，图像保存；
8.3上位机获取喷雾雾型图像，以喷雾角为第一指标衡量喷雾质量；雾锥角α的数学表达式为：
α＝arctan{[(s/π)1/2-(s/π)1/2]/h}
其中：s为雾滴下落高度h处所得到的雾锥底面面积；
s为喷嘴处所形成的雾滴散射面积；
h为雾滴下落高度；
8.4将获得的雾锥角与标准喷雾雾形雾锥角进行比对，实现喷头工作状态的检测；
8.5将各个喷头喷雾雾锥角彼此进行互相比对，实现喷雾一致性的检测。
技术总结