CN105973308A - 一种基于图像实时采集技术的封闭内室自动检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于图像实时采集技术的封闭内室自动检测装置及方法，该装置包括磁力爬行器(3)、定位及测距模块(5)、转向及传动模块(4)以及图像采集及照明模块(6)、数据采集及处理集成模块(2)、电源(7)和计算机控制系统(1)；该装置通过对2个电机速度的协调控制，可完成小车的前进、后退、左转和右转动作，相比于现有技术，具有更小的体积和更强的灵活性，能够适用于检测孔较小的半封闭或封闭性电力系统设备内腔的检验工作。该检测方法结合图像采集模块实现了对封闭内室图像的实时采集，快速发现封闭内室缺陷或掉入异物，以便于检修人员在不打开封闭内室的情况下发现系统故障，具有较高的检测效率和检测准确度。

Description

一种基于图像实时采集技术的封闭内室自动检测装置及方法
技术领域
本发明属于自动检测领域，特别涉及一种基于图像实时采集技术封闭内室自动检测装置及方法。
背景技术
为了保障电力生产的安全稳定运行，需要定期对电力设备进行有计划的检测和维修，受检测环境和检测条件的限制，对某些电力运行设备的检修中，往往在耗费了较大的人力和物力之后，依然存在检测盲点，给设备带来安全隐患。
如水电厂在C修时针对顶盖下封闭转轮室内减压板的检测中，在不揭开顶盖的情况下，多采用内窥镜(软管加探头)从减压板上方的真空破坏阀内孔或转轮室下方的泄压孔等部位伸进顶盖下封闭内室进行观察，由于内窥镜软管是人为操作，对探头伸入长度及角度无法控制，很难确定检测探头在内室的具体位置，因此对探头观测到的部位无法准确定位和定性，即使观测到异物和缺陷，也无法有效指导人员检修，此外还存在较大的观测盲点。同样，在火电厂的定期检修中，诸多的联箱也属于重点检修对象，目前大多是割开联箱上提前预留的手孔门，采用内窥镜伸入手孔进行检测，除了之前所提到的问题之外，由于某些联箱并非单一出入口，在针对诸如三通类连接的联箱内壁的检测时，无法按要求完成检测工作。
经过对现有技术的检索发现，中国专利“永磁吸附轮式铁壁爬行机器人”(申请号201120479233.6)提出了一种机器人装置，使用具有一定间隙的永磁体实现对铁壁的吸附。中国专利“轮式永磁吸附管道爬行机器人”(申请号200710053422.5)提出了一种由四轮驱动小车和永磁吸附机构组成的管道爬行机器人，四轮同步驱动，永磁吸附机构可通过调节螺栓改变吸附机构与管道表面间距，实现磁力大小的调节。这两种方法均采用单独控制的永磁吸附装置，前者磁力不可调，后者在前者基础上有所改进，磁力可以调节，但两者的结构均较复杂，使用范围受到较大限制。
中国专利“电磁铁爬行机构”(申请号97219169.0)提出的电磁铁爬行机构，可以控制磁力的有无和大小，克服了爬行机器人吸附和运动之间的矛盾，但是增加的电磁控制电路，使得机构更加复杂，且降低了机构的可靠性。
中国专利“履带式永磁铁爬行机构”(申请号00200795.9)提出了一种履带式永磁爬行机构，采用多个永磁单位做成履带机构，具有一定的运载能力，同时在结构上也较紧凑，但由于履带直接与作业面接触，带来较大的运行阻力，且转向不太灵活，同时对永磁履带的磨损 较严重，减小了设备使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于图像实时采集技术的封闭内室自动检测装置及方法，能实现对封闭内室图像的实时采集，快速发现封闭内室缺陷或掉入异物，以便于检修人员在不打开封闭内室的情况下发现系统故障并制定合理的检修方案，确保安全可靠运行。
一种基于图像实时采集技术封闭内室自动检测装置，包括磁力爬行器3、定位及测距模块5、转向及传动模块4以及图像采集及照明模块6、数据采集及处理集成模块2、电源7和计算机控制系统1；
所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均安装在磁力爬行器上，所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均通过数据处理与集成模块与计算机控制系统相连，且数据处理与集成模块由电源供电。
所述磁力爬行器4包括由前轮31、后轮32、前后轮传动模块33和两个后轮驱动电机34，前轮31和后轮32通过前后轮传动模块33连接，两个后轮分别由两个后轮驱动电机驱动，前轮和后轮均采用永磁体制作。
所述转向及传动模块包括Z轴方向电机和X轴方向电机，所述Z轴方向电机安装于磁力爬行器中，X轴方向电机安装在转向机传动模块中，转向及传动模块设置在磁力爬行器的前端，由Z轴方向电机驱动。
所述图像采集及照明模块活动设置在转向及传动模块的前端，包括CCD图像采集摄像头和LED照明光源，所述图像采集及照明模块由X轴方向电机驱动。
所述定位及测距模块包括沿磁力爬行器X、Y、Z三个方向固定安装的激光位移传感器及1个角度可调的激光位移传感器。
所述磁力爬行器采用耐磨橡胶车轮。
一种基于图像实时采集技术封闭内室自动检测方法，采用上述的装置，利用图像采集及照明模块实时采集封闭内室的图像，并将图像实时上传至数据采集与处理模块，计算机控制系统依据数据采集与处理模块获得的封闭内室图像以及磁力爬行器位置信息，对转向机传动模块进行控制，对磁力爬行器和图像采集及照明模块进行驱动，采集到的封闭内室图像由数据采集与处理模块进行识别，完成对封闭内室的自动检测。
有益效果
本发明提供了一种基于图像实时采集技术的封闭内室自动检测装置及方法，该装置包括 磁力爬行器3、定位及测距模块5、转向及传动模块4以及图像采集及照明模块6、数据采集及处理集成模块2、电源7和计算机控制系统1；所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均安装在磁力爬行器上，所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均通过数据处理与集成模块与计算机控制系统相连，且数据处理与集成模块由电源供电。该装置通过对2个电机速度的协调控制，可完成小车的前进、后退、左转和右转动作，这种驱动结构相比于现有的磁力爬行器，具有更小的体积和更强的灵活性，能够适用于检测孔较小的半封闭或封闭性电力系统设备内腔的检验工作，如水电厂顶盖下转轮室的检验。该检测方法结合图像采集模块实现了对封闭内室图像的实时采集，快速发现封闭内室缺陷或掉入异物，以便于检修人员在不打开封闭内室的情况下发现系统故障并制定合理的检修方案，具有较高的检测效率和检测准确度；能有效缩短电厂检修工期，提高检修效率，确保电力生产安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明的基于图像实时采集技术的封闭内室自动检测装置原理框图；
图2为本发明的自动检测装置各组成部件示意图；
图3为本发明的磁力爬行器及转向传动装置示意图；
图4为本发明的封闭内室自动检测装置控制流程图；
标号说明：1-，计算机控制系统，2-数据采集与处理模块，3-磁力爬行器，4-转向机传动模块，5-定位与测距模块，6-图像采集及照明模块，7-电源，31-前轮，32-后轮，33-前后轮传动装置，34-后轮驱动电机，35-耐磨橡胶轮，41-Z轴方向电机，42-X轴方向电机。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1-图3所示，一种基于图像实时采集技术封闭内室自动检测装置，包括磁力爬行器3、定位及测距模块5、转向及传动模块4以及图像采集及照明模块6、数据采集及处理集成模块2、电源7和计算机控制系统1；
所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均安装在磁力爬行器上，所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均通过数据处理与集成模块与计算机控制系统相连，且数据处理与集成模块由电源供电。
所述磁力爬行器4包括由前轮31、后轮32、前后轮传动模块33和两个后轮驱动电机34， 前轮31和后轮32通过前后轮传动模块33连接，两个后轮分别由两个后轮驱动电机驱动，前轮和后轮均采用永磁体制作，所有车轮均采用耐磨橡胶轮35，即车轮外层套有耐磨防滑橡胶，可搭载检测装置完成在倾斜角度小于55度的铁磁性材料表面的爬行工作。
定位及测距模块包括3个方向固定的激光位移传感器(分别沿x、y、z三个方向)和1个可调激光位移传感器。固定的激光位移传感器用于定位爬行器在封闭内室中的位置；可调激光位移传感器微调角度在10度以内，用于对所采集图像中缺陷或异物进行相对位置标定。
所述的图像采集及照明装置包括CCD图像采集摄像头和LED照明光源，用于对封闭内室进行实时图像采集。
所述的转向及传动装置包括2组微型无刷直流电机，可控制图像采集及照明模块绕z轴旋转360度、绕x轴旋转180度(坐标轴如图3中所示)，通过同步控制可实现对180度视角场景图像进行实时采集。
所述的数据采集及处理模块包括磁力爬行器动作控制模块、定位及测距位移传感器数据采集模块、图像采集数据处理模块、转向电机动作控制模块，数据通过RS232接口与PC控制系统实现交互通讯。
所述计算机控制系统包括数据采集与处理系统和各电机运行控制系统，能实现对各个电机动作的控制，完成与数据采集及处理集成模块的交互通讯。
如图4所示，一种基于图像实时采集技术封闭内室自动检测方法，利用图像采集及照明模块实时采集封闭内室的图像，并将图像实时上传至数据采集与处理模块，计算机控制系统依据数据采集与处理模块获得的封闭内室图像以及磁力爬行器位置信息，对转向机传动模块进行控制，对磁力爬行器和图像采集及照明模块进行驱动，采集到的封闭内室图像由数据采集与处理模块进行识别，完成对封闭内室的自动检测。
首先由爬行器运载图像采集及照明模块从检测孔进入封闭内室中，根据激光位移传感器采集到的三个方向的位置参数，对磁力爬行器进行定位，从而可根据图像采集装置的视角参数确定所检测部位的相对位置，以方便检修人员及时发现问题并制定处理方案。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于图像实时采集技术封闭内室自动检测装置，其特征在于，包括磁力爬行器(3)、定位及测距模块(5)、转向及传动模块(4)以及图像采集及照明模块(6)、数据采集及处理集成模块(2)、电源(7)和计算机控制系统(1)；
所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均安装在磁力爬行器上，所述定位及测距模块、转向及传动模块和图像采集及照明模块均通过数据处理与集成模块与计算机控制系统相连，且数据处理与集成模块由电源供电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁力爬行器(4)包括由前轮(31)、后轮(32)、前后轮传动模块(33)和两个后轮驱动电机(34)，前轮(31)和后轮(32)通过前后轮传动模块(33)连接，两个后轮分别由两个后轮驱动电机驱动，前轮和后轮均采用永磁体制作。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述转向及传动模块包括Z轴方向电机和X轴方向电机，所述Z轴方向电机安装于磁力爬行器中，X轴方向电机安装在转向机传动模块中，转向及传动模块设置在磁力爬行器的前端，由Z轴方向电机驱动。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述图像采集及照明模块活动设置在转向及传动模块的前端，包括CCD图像采集摄像头和LED照明光源，所述图像采集及照明模块由X轴方向电机驱动。
5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，所述定位及测距模块包括沿磁力爬行器X、Y、Z三个方向固定安装的激光位移传感器及1个角度可调的激光位移传感器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述磁力爬行器采用耐磨橡胶车轮。
7.一种基于图像实时采集技术封闭内室自动检测方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的装置，利用图像采集及照明模块实时采集封闭内室的图像，并将图像实时上传至数据采集与处理模块，计算机控制系统依据数据采集与处理模块获得的封闭内室图像以及磁力爬行器位置信息，对转向机传动模块进行控制，对磁力爬行器和图像采集及照明模块进行驱动，采集到的封闭内室图像由数据采集与处理模块进行识别，完成对封闭内室的自动检测。
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