CN104567680B - 一种电线电缆结构的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电线电缆结构的测量系统，包括托物台、计算机、LED光源和多个图像获取单元；多个图像获取单元位于托物台的上侧，具有不同的像素；且多个图像获取单元与计算机连接，并且，托物台上具有多个试片放置位置；试片放置位置与图像获取单元相对应；用户根据电线电缆的直径初步选择对应的图像获取单元，并将试片放置于相应的试片放置位置；图像获取单元用于获取试片的图像，并将图像传递给计算机，计算机根据图像进行处理和计算；LED光源面向多个图像获取单元安装，用于为试片提供整体光源。本发明采用计算机自动检测，只需短短几秒钟便可得到测量结果，从而实现对直径范围较大的电线电缆的高精度、高效率和高稳定性的测量。

Description

一种电线电缆结构的测量系统

技术领域

本发明涉及一种测量系统，特别是涉及一种电线电缆结构的测量系统。

背景技术

电线电缆的绝缘层的几何参数的检测方法和评判结果无论是国标还是IEC(International Electrotechnical Commission，国际电工委员会)都有明确的标准，并给出了最低限和最高限，生产厂家必须严格按照此标准来指导电线电缆的工业化生产，以保证产品的安全。工商和质检部门经常要对一些电缆线的绝缘层厚度和外径尺寸等几何参数进行测量，来检验电缆线是否合格。尤其是目前，由于高压电缆生产线的引进，国内不少电缆厂都具备了生产高压电缆的能力，因此对电缆绝缘层几何参数的检测就变得更为迫切。对高压电缆来说，其绝缘层的厚度是一个非常重要的参数，它直接影响到用电的安全。

目前为止，计量和检定等部门对电线电缆绝缘层厚度等几何参数的测量仍然采用的是传统的基于机械投影仪的人工测量方法。一般，机械投影仪的放大倍率在10倍以上，投影仪上配备有托物台，托物台的下方设置有灯光电源装置，垂直于托物台上固定有支杆，支杆上固定有升降装置，升降装置上固定有能自动变焦的数码摄像探头。通过旋转旋钮可带动数码摄像头上下移动，实物的影像信号经过数码摄像头等小葫芦以图像的形式投影到屏幕上，而且在数码摄像头自下而上的移动过程中，屏幕上所显示的投影图像也会随之由大变小。

对于最普通的电线电缆类型，如测量单芯圆形电缆绝缘层厚度，需要每隔60度测量对称的三对点，记录每个位置电缆内外层读数，转动60度之后要重新调整图像至视场中央，再进行相同操作，直至测完6组数据，求得6组数据中的最小值、算术平均值作为电缆绝缘层最小厚度和平均厚度。

但是传统的投影仪人为因素比较大，需要靠人眼去辨别边缘进行测量，这样得到的结果数值存在一定的误差，而且可重复性很低。并且，虽然这种传统的测量方法测量电缆绝缘参数有很大的光学测量优势，但是操作太繁琐，读数不方便，准确性差，而且后期处理数据更是加重了劳动强度。

近年来，随着电子技术的飞速发展，使得图像测量技术发展很快，已广泛应用于几何量的尺寸测量、航空卫星遥感测量、精密零件的微尺寸测量和显微测量等技术领域。并且，随着计算机技术的突飞猛进和数字图像处理技术的日益完善，高性能的处理器；数字化的低成本的图像采集卡；大容量低价位的硬盘；高分辨率的显示器等等，进一步促进了图像测量领域的发展。将计算机技术和图像测量技术相结合的已经成为电线电缆结构的测量的发展趋势。

国外ACM AB公司有一款利用电脑技术来对电线电缆结构进行测量的产品，其通过3组像素最高为145万像素的摄像头进行电线电缆结构的测量。由于其采用的摄像头的像素最高才为145万像素，所以其清晰度一般；并且，其摄像头选用的也并非是远心镜头，因此，其测量的精度相对较低，测量范围较小，只能测量直径在1～75mm的电线电缆，这势必导致该产品的适用范围缩小。

国际上关于电线电缆测量需满足IEC60811标准，经过多次对该ACM AB公司KSM系列产品的测试发现，其并没有完全按照IEC60811标准去进行测量，其中，IEC60811标准是国际通用的电线电缆测量标准。不按照IEC60811标准测量出来的结果与实际是有所出入，在很多需要鉴定以及专业检测场合就会造成额外影响。

如今对于各类参数的精确度要求日益增长，原有的投影系统已经不能满足现在的检测要求，并且国外的产品在设计、硬件和软件上都不能满足现在的需求，因此本发明致力于开发一套比国外更先进，更精准，更便捷的利用电脑及技术来测量电线电缆结构的系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电线电缆结构的测量系统，用于解决现有技术中在对电线电缆进行测量时，操作复杂，测量精度低，测量范围较小的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电线电缆结构的测量系统，包括托物台和计算机，所述电线电缆结构的测量系统还包括：LED光源和多个图像获取单元；其中；多个所述图像获取单元位于所述托物台的上侧，具有不同的像素；且多个所述图像获取单元与所述计算机连接，并且，所述托物台上具有多个试片放置位置；所述试片放置位置与所述图像获取单元相对应；用户根据所述电线电缆的直径初步选择对应的所述图像获取单元，并将所述试片放置于相应的所述试片放置位置；所述图像获取单元用于获取所述试片的图像，并将所述图像传递给所述计算机，所述计算机根据所述图像进行处理和计算；所述LED光源面向多个所述图像获取单元安装，用于为所述试片提供整体光源。

可选地，所述LED光源位于所述托物台的下侧。

可选地，所述图像获取单元包括CCD摄像机和远心镜头，所述远心镜头安装在所述CCD摄像机上，且所述CCD摄像机与所述计算机连接。

可选地，所述电线电缆结构的测量系统在使用前，每一个所述图像获取单元都被预先标定。

可选地，所述电线电缆结构的测量系统包括三个所述图像获取单元：包括第一CCD摄像机和第一远心镜头的第一图像获取单元、包括第二CCD摄像机和第二远心镜头的第二图像获取单元、包括第三CCD摄像机和第三远心镜头的第三图像获取单元；其中，所述第一CCD摄像机、所述第二CCD摄像机和所述第三CCD摄像机的像素不同：所述第一CCD摄像机的像素为130万像素；所述第二CCD摄像机的像素为500万像素；所述第三CCD摄像机的像素为200万像素。

可选地，多个所述CCD摄像机支持热插入和拔出。

可选地，多个所述CCD摄像机与所述计算机通过1394接口连接。

可选地，所述计算机通过COM接口连接所述LED光源，并控制所述LED光源的开关和亮度。

可选地，所述电线电缆结构的测量系统还包括多个辅助光源，所述辅助光源采用LED芯片。

可选地，所述LED光源和所述图像获取单元采用ECO节能模式。

如上所述，本发明的一种电线电缆结构的测量系统，通过多个经过预先标定的具有不同像素的图像获取单元，获取电线电缆的试片的图像，用以测量电线电缆的绝缘层厚度和外径尺寸等几何参数，通过这些几何参数来检测电线电缆是否合格。相较于传统的测量，使用本发明的电线电缆结构的测量系统，采用计算机自动检测，只需短短几秒钟便可得到测量结果，从而实现高精度、高效率和高稳定性的测量；不再像传统的测量设备，需要更换不同像素的图像获取单元，才能测量不同直径范围内的电线电缆，本发明采用多个像素不同的图像获取单元能够直接测量直径范围从1～130mm的电线电缆；由于本发明是预先对多个图像获取单元进行标定的，在测量时，不再需要重复标定的过程，使用起来更加方便；本发明使用LED光源提高照明均匀度和寿命，以保证光线的持续稳定，而且添加了ECO节能模式，通过ECO可以尽可能的延长设备的使用寿命，发挥最大的使用价值；本发明采用计算机视觉技术，可以在短短几秒钟内实现几十万次的数据比较与计算，对样品360°全覆盖的检测，能够检测多种不同的电线电缆结构，针对不同的结构采用不同的算法按照标准的要求来测试。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的一种电线电缆结构的测量系统的结构示意图。

图2显示为本发明实施例公开的一种电线电缆结构的测量系统的系统标定流程示意图。

图3显示为本发明实施例公开的一种电线电缆结构的测量系统的具体测量过程的流程示意图。

图4显示为本发明另一较佳实施例公开的一种电线电缆结构的测量系统的结构示意图。

元件标号说明

100 电线电缆结构的测量系统

110 托物台

120 CCD摄像机

121 第一CCD摄像机

122 第二CCD摄像机

123 第三CCD摄像机

130 远心镜头

131 第一远心镜头

132 第二远心镜头

133 第三远心镜头

140 LED光源

150 计算机

160 辅助光源

200 电线电缆的试片

410 操作机箱

411 前面板

412 COM接口

414 光源控制器

415 摄像机支架

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种电线电缆结构的测量系统100，其结合计算机技术和图像测量技术，利用图像测量的知识和算法，结合计算机的数据处理能力来完成对电线电缆结构的测量。

基于测量精度、运行效率和设备接口的因素，本实施例的电线电缆结构的测量系统100包括托物台110、多个图像获取单元、LED光源140、计算机150和多个辅助光源160；图像获取单元包括CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)摄像机120和远心镜头130。其中，托物台110用于固定放置电线电缆的试片200；LED光源140位于托物台110的下侧；多个CCD摄像机120和远心镜头130位于托物台110的上侧。其中，CCD摄像机120和远心镜头130是配套使用的，远心镜头130按照在CCD摄像机120上。CCD摄像机120的数量和远心镜头130数量是一致的。计算机150与CCD摄像机120相连；多个辅助光源160安装在托物台110和远心镜头130之间。

CCD摄像机120和远心镜头130是用于获取电线电缆的试片的图像的。其中，CCD摄像机120是获取图像的视觉传感器，将光学信号转换为电信号。CCD摄像机120将电线电缆的试片200的图像经过镜头聚焦到CCD图像传感器上，然后利用CCD的有源像素传感器，每个像素都会邻接一个放大器及模数转换电路，将电线电缆的试片200的光学图像信息经光电转换后产生电流或电压信号，并输出到计算机150处。

并且，在精密光学测量系统中，由于普通光学镜头会存在一定的制约因素，如影像的变形、视角选择而造成的误差、不适当光源干扰下造成边界的不确定性等问题，尤其是本实施例的电线电缆的试片200是沿着与电线电缆的轴线相垂直的平面切取薄片，并将薄片放在载玻片上而制备的，所以试片200是不完全处于同一物面，这势必会造成CCD摄像机120出现视差，上述这些问题都会影响到测量的精度。所以本实施例为CCD摄像机120配备了远心镜头130，通过远心镜头130来有效降低甚至消除这些问题。远心镜头130可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化。并且无论在何处，在特定的工作距离，远心镜头130在重新调焦后都会有相同的放大倍率，因此远心镜头130能提供优越的影像质素，其畸变比传统定焦镜头小，这些都为能够更加精确的测量电线电缆结构提供了必要条件。

进一步地，由于电线电缆具有不同的结构，即电线电缆的直径不同。针对不同直径的电线电缆，根据测量的标准，需要匹配不同像素的图像获取单元进行测量。为了方便测量不同直径的电线电缆，本实施例的电线电缆结构的测量系统100的图像获取单元为多个，且每一个图像获取单元的像素都是不同的，即每一个图像获取单元对应的CCD摄像机120的像素是不同的。这样不同像素的图像获取单元就可清晰精确地获取不同直径的电线电缆的结构图片。并且，由于本实施例的电线电缆结构的测量系统100配备了多个图像获取单元，与之相对应，在托物台110上设置有多个试片放置位置，试片放置位置是与图像获取单元相对应的。

优选地，本实施例的电线电缆结构的测量系统100的图像获取单元为3个，分别为：包括第一CCD摄像机121和第一远心镜头131的第一图像获取单元；包括第二CCD摄像机122和第二远心镜头132的第二图像获取单元；包括第三CCD摄像机123和第三远心镜头133的第三图像获取单元。其中，第一CCD摄像机121的像素为130万像素，其对应的第一图像获取单元测量的电线电缆的直径范围为1～7mm；第二CCD摄像机122像素为500万像素，其对应的第二图像获取单元测量的电线电缆的直径范围为25～130mm；第三CCD摄像机123像素为200万像素，其对应的第三图像获取单元测量的电线电缆的直径范围为7～25mm。如此，针对直径范围在1～130mm内的电线电缆，都可通过本实施例的电线电缆结构的测量系统100直接测量获得。

在图像测量系统中，好的光源与照明方案是整个测量系统成败的关键。光源与照明方案相互配合，以消除不必要的阴影、低反差和镜面反射，使物体能够形成清晰的图像；在物体需要检测的部分与那些不需要检测的部分之间尽可能地产生明显的区别，以增加对比度，突出提取的特征，同时还保证组要的整体亮度。所以，本实施例在托物台110的上下两侧均配备了光源。位于托物台110下侧的光源选用LED光源140，且LED光源140包括多个LED芯片。此外，本实施例为了完成全自动测量，将LED光源140与计算机150相连，由计算机150统一控制LED光源140的开关状态。位于托物台110的上侧的光源选用了多个辅助光源160，辅助光源160与LED光源一样，采用LED芯片，且辅助光源160也是由计算机150来同一控制其开关。LED光源140和辅助光源160可由计算机对其亮度进行0至255级可调。多个辅助光源160的主要目的就是为了检测不透明的多层电缆结构。

进一步地，本实施例的LED光源140、辅助光源160和图像获取单元还添加了ECO(Ecology Conservation Optimization，环保、节能和最优化)节能模式，这一模式可以控制LED光源140、辅助光源160和图像获取单元在5分钟内无操作时自动关闭，通过ECO可以尽可能的延长设备的使用寿命，发挥最大的使用价值。

本实施例的电线电缆结构的测量系统采用全自动一键完成测量，当电线电缆的试片200放在托物台110上，在计算机的系统界面上单击测量按钮，CCD摄像机120和远心镜头130便会自动对试片200进行图像采集，经过计算机150对图像进行图像处理和数据运算，计算得出最薄点的厚度，6个点的平均厚度、面积、长短轴内径和外径以及偏心度等参数。试验数据将自动保存至相关目录以供将来查询。

由于本实施例的电线电缆结构的测量系统是一个全自动的测量系统，所以对本实施例的测量系统在使用前均需进行标定，即对每一个是试片放置位置和对应的图像获取单元进行标定。对于本实施例的电线电缆结构的测量系统的标定，就是对每一个是试片放置位置和对应的图像获取单元完成目标物的图像像素与目标物实际的物理尺寸的对应关系。其中，目标物的图像像素数量与目标物实际对应的物理尺寸就是像素当量。对每一个是试片放置位置和对应的图像获取单元的标定过程如图2所示：在托物台110的试片放置位置上放入标定板，并打开LED光源140；在计算机150的系统界面上输入标定密码，进入标定界面；对应的图像获取单元的CCD摄像机130和远心镜头140进行标定板的图像的采集；使用计算机150对采集到的图像进行校正畸变，计算像素当量，并根据标定板系统计算出像素当量，该像素当量即为标定结果。

本实施例的电线电缆结构的测量系统的测量过程具体如图3所示：将待测样品置于载玻片上制成试片200；用户根据肉眼对电线电缆的结构进行初始判断，以选择需要使用的图像获取单元，将试片200放置于托物台110上图像获取单元对应的试片放置位置上；在计算机150的系统界面上选择对应的图像获取单元点击测试按钮，托物台110下的LED光源140被打开；并且，图像获取单元的CCD摄像机120也被打开；图像获取单元的CCD摄像机120采集试片200的图像数据，将其转换为电信号并传输至计算机150中；计算机150对图像数据经过亚像素轮廓提取和轮廓平滑已获得图像轮廓的所有坐标，计算图像的面积，测量电线电缆的厚度、外径、偏心度等参数，然后加载标定过的图像获取单元的像素当量，计算出实际的测量值；在判断是否还需要继续测量，如果需要进行新的电线电缆的测量，则制作试片200，继续上述测试步骤；如果不需要测量，则生成报表并退出。

实施例2

如图4所示，本实施例的电线电缆结构的测量系统与实施例1一样，包括托物台110、包括第一CCD摄像机120和第一远心镜头131的第一图像获取单元、包括第二CCD摄像机122和第二远心镜头132的第二图像获取单元、包括第三CCD摄像机123和第三远心镜头133的第三图像获取单元、LED光源140和计算机15(在图4中，未标出)；托物台110上海设置有三个试片放置位置，分别是：第一试片放置位置、第二试片放置位置和第三试片放置位置(图4中，未标出)，第一试片放置位置与第一图像获取单元相对应，第二试片放置位置与第二图像获取单元相对应，第三试片放置位置与第三图像获取单元相对应。并且，为了使用方便，还包括一个操作机箱410。托物台110、LED光源140、三个CCD摄像机和远心镜头均位于操作机箱410内。并且操作机箱410选用高强度的铝合金支架，在支架的底部配备光源磨砂玻璃板作为托物台110；同时铝合金支架上还配置有摄像机支架415，用于固定三个CCD摄像机和远心镜头。操作机箱410的外壳有一整块铁皮压制而成，前面板411是可以打开的，用于将试片放置到托物台110上。在不使用测量系统时，将前面板411合上，以减少灰尘的进入。此外，在操作机箱410的侧面，但不仅限于侧面，配置有COM接口(cluster communication port，串行通讯端口)412和摄像机的接口(1394接口)。并且，在操作机箱410内还配备有一个LED光源控制器414，LED光源控制器414一侧分别与LED光源140、和多个辅助光源160连接，另一侧通过COM接口412与计算机150连接，计算机150通过COM接口412来控制LED光源140和辅助光源160的开启和关闭，以及亮度的明暗。CCD摄像机120通过1394接口与计算机150连接，以进行图像数据的传输。

并且，在本实施例中，CCD摄像机121、122和123选用德国进口的工业摄像机，采用了IEEE1394B接口，传输速率高达800Mbps，满足快速处理的需求；支持热插入和拔出，系统极易整合；支持瞬间断电或给电；内建模拟--数字转换器；为数位式，不需另接影像撷取卡，配线简单；不需另接电源，由1394总线供电逐行扫描(影像品质较高)；提供影像前处理功能，大大简化影像运算所需时间。

综上所述，本发明的一种电线电缆结构的测量系统，通过多个经过预先标定的具有不同像素的图像获取单元，获取电线电缆的试片的图像，用以测量电线电缆的绝缘层厚度和外径尺寸等几何参数，通过这些几何参数来检测电线电缆是否合格。相较于传统的测量，使用本发明的电线电缆结构的测量系统，采用计算机自动检测，只需短短几秒钟便可得到测量结果，从而实现高精度、高效率和高稳定性的测量；不再像传统的测量设备，需要更换不同像素的图像获取单元，才能测量不同直径范围内的电线电缆，本发明采用多个像素不同的图像获取单元能够直接测量直径范围从1～130mm的电线电缆；由于本发明是预先对多个图像获取单元进行标定的，在测量时，不再需要重复标定的过程，使用起来更加方便；本发明使用LED光源提高照明均匀度和寿命，以保证光线的持续稳定，而且添加了ECO节能模式，通过ECO可以尽可能的延长设备的使用寿命，发挥最大的使用价值；本发明采用计算机视觉技术，可以在短短几秒钟内实现几十万次的数据比较与计算，对样品360°全覆盖的检测，能够检测多种不同的电线电缆结构，针对不同的结构采用不同的算法按照标准的要求来测试。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种电线电缆结构的测量系统，包括托物台和计算机，其特征在于，所述电线电缆结构的测量系统还包括：LED光源和多个图像获取单元；其中；

多个所述图像获取单元位于所述托物台的上侧，具有不同的像素；且多个所述图像获取单元与所述计算机连接，并且，所述托物台上具有多个试片放置位置；所述试片放置位置与所述图像获取单元相对应；其中，所述图像获取单元包括CCD摄像机和远心镜头，所述远心镜头安装在所述CCD摄像机上，且所述CCD摄像机与所述计算机连接；

用户根据所述电线电缆的直径初步选择对应的所述图像获取单元，并将试片放置于相应的所述试片放置位置；

所述图像获取单元用于获取所述试片的图像，并将所述图像传递给所述计算机，所述计算机用于对所述图像进行处理和计算；

所述LED光源位于所述托物台的下侧，且面向多个所述图像获取单元安装，用于为所述试片提供整体光源。

2.根据权利要求1所述的电线电缆结构的测量系统，其特征在于：所述电线电缆结构的测量系统在使用前，每一个所述图像获取单元都被预先标定。

3.根据权利要求1所述的电线电缆结构的测量系统，其特征在于：所述电线电缆结构的测量系统包括三个所述图像获取单元：包括第一CCD摄像机和第一远心镜头的第一图像获取单元、包括第二CCD摄像机和第二远心镜头的第二图像获取单元、包括第三CCD摄像机和第三远心镜头的第三图像获取单元；其中，所述第一CCD摄像机、所述第二CCD摄像机和所述第三CCD摄像机的像素不同：所述第一CCD摄像机的像素为130万像素；所述第二CCD摄像机的像素为500万像素；所述第三CCD摄像机的像素为200万像素。

4.根据权利要求1所述的电线电缆结构的测量系统，其特征在于：多个所述CCD摄像机支持热插入和拔出。

5.根据权利要求1所述的电线电缆结构的测量系统，其特征在于：多个所述CCD摄像机与所述计算机通过1394接口连接。

6.根据权利要求1所述的电线电缆结构的测量系统，其特征在于：所述计算机通过COM接口连接所述LED光源，并控制所述LED光源的开关和亮度。

7.根据权利要求1所述的电线电缆结构的测量系统，其特征在于：所述电线电缆结构的测量系统还包括多个辅助光源，所述辅助光源采用LED芯片。

8.根据权利要求1所述的电线电缆结构的测量系统，其特征在于：所述LED光源和所述图像获取单元采用ECO节能模式。