CN103940346B - 基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，其主要包括高速摄像机CCD摄像头，高速摄像机,平面镜辅助成像，STC单片机控制中枢，高压直流励磁合闸控制回路和低压节能吸持控制回路，高压强激磁吸合回路和低压吸持回路，下位机与计算机通信模块，以及计算机数据处理分析模块,智能交流接触器电磁操作系统等。本发明通过对电器动作机构的三维运动图象进行拍摄、处理，从而实现电器机械机构空间三维动态过程与特性的测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，本技术属高低压开关电器测试技术领域。
背景技术
缪希仁、张培铭等发表在《电工电能新技术》2001年第4期的“光机电电磁电器动态测试装置的研制”一文介绍了在电磁系统可动部件的骨架上，嵌入薄片，通过激光平行光源，将可动部件的运动转换成一束移动的平行光，并采用高速线阵CCD将移动的光束转换成受光像元沿线阵快速运动，CCD将输出随可动部件运动变化的视频信号，进行电磁电器动作机构位移的动态测量，从而实现电磁电器动态过程的测试，该方案必须在电磁系统可动部件的骨架上，嵌入薄片，虽然属非接触测量。现有已公开使用的专利，专利号：CN200810071607.3，是张培铭、陈德为、鲍光海、江和、吴功祥于2008年8月20日申请，2009年1月14日公开的“采用高速摄像机的电器动态测试装置”。该测试装置只能测试智能交流接触器的二维动态特性，不能完成三维动态特性的测试。
滑阻式、差动式测量为接触式测量紧贴在智能交流接触器上会影响接触器的动态过程(同时智能交流接触器的运动也会影响到传感器)，因此影响测量精度与准确性。如果需要测量三个方向的运动参数需要三个传感器，在控制时很难达到同步控制。采用高速摄像机测量是无接触式测量，精度高，采样率速率高且只需要一个相机就可以同步测得三个方向的位移变化量。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，其有利于用户实现对电器动作机构的空间三维运动过程图象进行拍摄、处理，从而实现电器动态过程与特性的测试。
本发明的目的是这样实现的，一种基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，其特征在于：包括高速摄像机CCD摄像头、高速摄像机、平面镜辅助成像、STC单片机控制中枢、高压直流励磁合闸控制回路、低压节能吸持控制回路、高压强激磁吸合回路、低压吸持回路、下位机与计算机通信模块、计算机数据处理分析模块以及智能交流接触器电磁操作系统；由STC单片机控制中枢组成的核心控制单元实现智能交流接触器电磁操作系统的加载电压过零检测、选相合闸控制以及触发高速摄像机，进行图像数据采集控制；在电磁操作系统的高压强激磁吸合回路中，通过高压直流励磁合闸控制回路输出端口控制强激磁启动元件，强激磁启动元件导通后，单相电源电压经过高压强激磁吸合回路以后，直接施加在智能交流接触器电磁操作系统上，使智能交流接触器在高压直流强激磁方式下可靠吸合，同时通过STC单片机控制中枢的触发端口触发高速摄像机对智能交流接触器及平面镜辅助成像中的机械机构动态过程进行实时拍摄；当吸合过程完成以后，STC单片机控制中枢通过低压节能吸持控制回路中的输出端口控制低压吸持回路导通，通过高压直流励磁合闸控制回路切断强激磁启动元件，使智能交流接触器的线圈断开强激磁，智能交流接触器转入低压吸持阶段；高速摄像机所获取的序列图像数据通过端口传输到上位机数据处理模块中；STC单片机控制中枢完成智能交流接触器高压合闸、低压吸持的智能控制，以及触发高速摄像机在相应的时间采集智能交流接触器机械机构合闸过程的序列图像；该装置实现智能交流接触器在不同合闸相位下直流强激磁可靠吸合和低压节能无声吸持，并采集不同条件下的智能交流接触器三维动态过程数据。
在本发明一实施例中，所述智能交流接触器的电磁操作系统G采用节能的控制技术，使其吸持状态由交流吸持改为直流吸持，并把分磁环去除；智能交流接触器采用直流高压吸合、低压吸持的控制策略。
在本发明一实施例中，系统上位机数据处理模块E实现智能交流接触器运动过程图像数据的采集控制、数据的处理与分析；在图像处理软件平台上实现对所采集的序列图像的处理，获取所需要的目标物体的运动参数；在数据处理的软件平台上，编写M文件程序，将所测得的数据根据相应的算法转化成最终所需要的三维数据；根据所获取三维运动数据绘制智能交流接触器的三维运动过程曲线图。
在本发明一实施例中，所述的平面镜辅助成像H固定在智能交流接触器的固定平台上，角度与智能交流接触器的右侧面夹角为45°。
本发明采用一台高速摄像机，即依据单目视觉技术对智能交流接触器三维动态特性进行测试，解决了智能交流接触器三维动态过程测试困难的问题，提高了电器及其产品的动态指标，既可应用于产品的检测，又可应用于新产品开发及电器动态特性的研究。
附图说明
图1为本发明的实施实例的智能交流接触器三维动态测试装置控制原理图。
图2为本发明实施实例的智能交流接触器三维动态测试成像过程原理图。
图2中，A-刚体上正面小圆标记点，a-刚体上正面小圆标记点成像点，B-刚体上侧面小圆标记点，b-刚体上侧面小圆标记点成像点，D-平面镜，E高速相机光心。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步描述。
从图1可知，本发明的实例，整个测试系统包括：高速摄像机CCD摄像头I，高速摄像机F,平面镜辅助成像H，STC单片机控制中枢A，高压直流励磁合闸控制回路B和低压节能吸持控制回路C，高压强激磁吸合回路J和低压吸持回路K，下位机与计算机通信模块D，以及计算机数据处理分析模块E，智能交流接触器电磁操作系统G。由STC单片机控制中枢A组成的核心控制单元实现智能交流接触器电磁操作系统G的加载电压过零检测、选相合闸控制以及触发高速摄像机F，进行图像数据采集控制。在电磁操作系统的高压强激磁吸合回路J中，通过高压直流励磁合闸控制回路[B]输出端口28控制强激磁启动元件，强激磁启动元件导通后，单相电源电压[M]经过高压强激磁吸合回路J以后，直接施加在智能交流接触器电磁操作系统G上，使智能交流接触器在高压直流强激磁方式下可靠吸合，同时通过STC单片机控制中枢A触发端口3触发高速摄像机F对智能交流接触器及平面镜辅助成像H中的机械机构动态过程进行实时拍摄。当吸合过程完成以后，STC单片机控制中枢A通过低压节能吸持控制回路C中的输出端口29控制低压吸持回路K导通，通过高压直流励磁合闸控制回路B切断强激磁启动元件，使智能交流接触器的线圈断开强激磁，智能交流接触器转入低压吸持阶段。高速摄像机F所获取的序列图像数据通过端口传输到上位机数据处理模块E中。STC单片机控制中枢A完成智能交流接触器高压合闸、低压吸持的智能控制，以及触发高速摄像机在相应的时间采集智能交流接触器机械机构合闸过程的序列图像。该系统最终实现智能交流接触器在不同合闸相位下直流强激磁可靠吸合和低压节能无声吸持，并采集不同条件下的智能交流接触器三维动态过程数据。
系统上位机数据处理模块E主要实现智能交流接触器运动过程图像数据的采集控制、数据的处理与分析。在图像处理软件平台上实现对所采集的序列图像的处理，获取所需要的目标物体的运动参数。在数据处理的软件平台上，编写M文件程序，将所测得的数据根据相应的算法转化成最终所需要的三维数据；根据所获取三维运动数据绘制智能交流接触器的三维运动过程曲线图。
从图2中可知，其中平面镜辅助成像H固定在智能交流接触器的固定平台上，角度与智能交流接触器的右侧面夹角为45°。为保证测试精度，需要保证智能交流接触器运动过程中，平面镜是固定不动的。根据平面镜的成像过程可知，经平面镜成像后，侧面的标记点B’在平面镜中的侧面成的像b与智能交流接触器正面特征标记点A’的平面平行。由针孔成像原理可知正面特征标记点A’上的点在成像平面上是刚体上正面小圆标记点成像点a，而刚体上侧面小圆标记点在成像平面上是刚体上侧面小圆标记点成像点b。高速摄像机获取的单张图像中包含了前面和右侧面的标记特征点，正面特征标记点体现X、Z方向上的运动，右侧面特征标记点体现X、Y方向上的运动。因此同步获取了两个方向的动态过程的序列图像，通过数据的处理便可得到交流接触器三个方向的变化曲线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，其特征在于：包括高速摄像机CCD摄像头[I]、高速摄像机[F]、平面镜辅助成像[H]、STC单片机控制中枢[A]、高压直流励磁合闸控制回路[B]、低压节能吸持控制回路[C]、高压强激磁吸合回路[J]、低压吸持回路[K]、下位机与计算机通信模块[D]、计算机数据处理分析模块[E]以及智能交流接触器电磁操作系统[G]；由STC单片机控制中枢[A]组成的核心控制单元实现智能交流接触器电磁操作系统[G]的加载电压过零检测、选相合闸控制以及触发高速摄像机[F]，进行图像数据采集控制；在电磁操作系统的高压强激磁吸合回路[J]中，通过高压直流励磁合闸控制回路[B]输出端口[28]控制强激磁启动元件，强激磁启动元件导通后，单相电源电压[M]经过高压强激磁吸合回路[J]以后，直接施加在智能交流接触器电磁操作系统[G]上，使智能交流接触器在高压直流强激磁方式下可靠吸合，同时通过STC单片机控制中枢[A]的触发端口[3]触发高速摄像机[F]对智能交流接触器及平面镜辅助成像[H]中的机械机构动态过程进行实时拍摄；当吸合过程完成以后，STC单片机控制中枢[A]通过低压节能吸持控制回路[C]中的输出端口[29]控制低压吸持回路[K]导通，通过高压直流励磁合闸控制回路[B]切断强激磁启动元件，使智能交流接触器的线圈断开强激磁，智能交流接触器转入低压吸持阶段；高速摄像机[F]所获取的序列图像数据通过端口传输到上位机数据处理模块[E]中；STC单片机控制中枢[A]完成智能交流接触器高压合闸、低压吸持的智能控制，以及触发高速摄像机在相应的时间采集智能交流接触器机械机构合闸过程的序列图像；该装置实现智能交流接触器在不同合闸相位下直流强激磁可靠吸合和低压节能无声吸持，并采集不同条件下的智能交流接触器三维动态过程数据。
2.根据权利要求1所述的基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，其特征在于：所述智能交流接触器的电磁操作系统[G]采用节能的控制技术，使其吸持状态由交流吸持改为直流吸持，并把分磁环去除；智能交流接触器采用直流高压吸合、低压吸持的控制策略。
3.根据权利要求1或2所述的基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，其特征在于：系统上位机数据处理模块[E]实现智能交流接触器运动过程图像数据的采集控制、数据的处理与分析；在图像处理软件平台上实现对所采集的序列图像的处理，获取所需要的目标物体的运动参数；在数据处理的软件平台上，编写M文件程序，将所测得的数据根据相应的算法转化成最终所需要的三维数据；根据所获取三维运动数据绘制智能交流接触器的三维运动过程曲线图。
4.根据权利要求1所述的基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试装置，其特征在于：所述的平面镜辅助成像[H]固定在智能交流接触器的固定平台上，角度与智能交流接触器的右侧面夹角为45°。
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