CN107167076A - 一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置 - Google Patents

Abstract

该发明公开了一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置，针对新式的测量悬式绝缘子的盘径、轴向偏差、径向偏差及爬电距离等参数的三维扫描装置，包括主体框架框架、悬挂装置、动力系统、激光测距装置及数据处理部分于一体的装置。其特征在于通过激光测距仪扫描悬式绝缘子的外形的三维物理特征重建三维模型间接测量悬式绝缘子的一些参数。利用激光测距装置多次扫描悬式绝缘子，将扫描得到的数据传输到电脑中，通过数据处理即可得到悬式绝缘子的三维模型点云数据，然后根据点云数据在电脑中逆向重建悬式绝缘子的三维模型，最后通过对重建的三维模型的分析直接得到起这些参数。

Description

一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置

技术领域

本测量装置主要运用在悬式绝缘子的一些参数的测量上，即测量悬式绝缘子的盘径、轴向偏差、径向偏差、整体高度及爬电距离等参数，这些参数将会影响到悬式绝缘子的电气特征及其安装问题。

背景技术

在选择悬式绝缘子型号及数量时，总会以其的一些参数为标准来选择。悬式绝缘子的盘径、轴向偏差、径向偏差这些参数影响到悬式绝缘子的安装尺寸，而其其爬电距离则会影响到其电气特性。然而由于生产条件的限制，生产的悬式绝缘子多不规则，这就需要对这些出厂的悬式绝缘子进行检测，看其是否合格。目前并没有一种装置能够同时测量这些参数，虽然可以分开测量这些参数，但目前的测量方式多采用手动测量，借助皮尺、直尺等初级测量工具及拉线位移传感器、手持式激光测距仪等工具进行测量，不仅测量结果不够准确而且耗时耗力，不便于自动化控制。例如测量爬电距离多用有(无)胶的带子(如黑胶布、透明胶布或玻璃布等)沿复合绝缘子的表面自上至下“走”一次,然后测量带子的长度。显然,测量精度取决于检查人员的“手艺”和他使用的量具(带子应少胶而无伸缩性,黑胶布好些)。当复合绝缘子的额定电压较高时,这种测量方法就显得很麻烦。若检查人员手艺好,则测量精度会高些；若检查人员手艺差,则测量精度就很低。事实上,检查人员的手艺再好,测量精度也难保证(往往偏大,因带子具有伸缩性)。针对这一现状，本发明所用的测量装置及方法将会大大地减少其误差，保证其测量精度，同时也可适用于其他物体的三维扫描中。

发明内容

为了解决现有测量方法误差大、精度低、仅能测量单一参数的缺点，本装置利用激光测距装置线扫描得到悬式绝缘子的三维外形特征，进而在三维软件中逆向重建了悬式绝缘子的三维模型，再根据对已得到的三维模型的分析来得到其参数。其测量的方式为逆向建模的方法，即通过激光测距仪多次扫描悬式绝缘子的外形，结合其激光测距仪的固有位置通过一定的计算得到其三维点云数据(激光测距仪以固有频率扫描得到的数据，结合其它条件，可在建立的三维坐标中构成一系列点，这些点集即为三维点云数据)，进而得到其三维模型，再对三维模型进行分析得到其参数。

简单来说，重建三维模型的过程就是由点到线，再由线到面的过程。三维扫描装置的激光测距装置来回在一条曲线上扫描悬式绝缘子得到包含三维信息的‘点’，经过多次扫描得到一系列点集，如图3所示，这些‘点集’经过数学计算，在三维坐标系中展示出来，即为悬式绝缘子的三维点云数据，这些点云数据按照扫描曲线的方向经过插值拟合即可还原出一些列曲面1,2…，n，这些曲面经过数据处理就能还原出悬式绝缘子的三维模型了。数据处理完成从‘点’到‘线’和从‘线’到‘面’的过程，进而得到其完整的三维模型，在得到三维模型之后，其参数的尺寸也就能很容易得到了。

本发明主要为一种测量悬式绝缘子轴向偏差、径向偏差、盘径及爬电距离的测量装置。如图2所示，对于悬式绝缘子而言，其盘径主要表现为悬式绝缘子的最大盘径；轴向偏差是指其中轴线与圆盘底面的夹角；径向偏差是其盘径对称度的一个标准，主要为在同一直线上的半径之差的最大值。而爬电距离则为悬式绝缘子磁盘表面的总长度的最小值。正是由于所测参数多为最值问题，这就使得传统的取平均值或者采样测量取最大(小)值的测量方式的精度不能得到保证。

本发明技术方案为一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置，该装置主要包括框架、悬挂装置、动力装置、激光测距装置及数据处理及控制模块；框架用于支撑整个悬式绝缘子的三维扫描装置；悬挂装置设置于框架上，用于竖直挂起悬式绝缘子；动力装置设置于框架上，包括：用于驱动竖直悬挂的悬式绝缘子水平转动装置、用于激光测距仪在滑轨上的水平移动的上、下两个平动装置；激光测距装包括：上、下两个测距装置，分别用于扫描悬式绝缘子上、下表面，分别设置于动力装置中的两个平动装置上；数据处理及控制模块用于控制动力装置运动、激光测距仪的扫描、接收激光测距仪的扫描数据后计算恢复出悬式绝缘子的外观。

进一步的，所述悬挂装置包括：上、下两部分；所述悬挂装置的上部分悬吊于框架顶端，从下到下依次为：保持板、π形板、电动推杆、U形板、拉力传感器、带调心球轴承的套筒、上拉杆、直线轴承、脚球杆；所述保持板设置于框架顶端，用于保证电动推杆的拉力作用线始终在竖直方向上，π形板用于连接保持板与电动推杆，电动推杆与拉力传感器之间用U形板以螺栓螺钉相连接，拉力传感器下挂带调心球轴承的套筒，套筒内调心球轴承的内圈与上拉杆固定，上拉杆通过固定在框架上的直线轴承与脚球杆相连接；所述悬挂装置的下部分竖直安装于框架底部，从上到下依次包括：帽窝杆、下拉杆、止推轴承；所述帽窝杆与下拉杆连接，下拉杆固定在止推轴承的内圈上，止推轴承安转在固定于框架上的轴承座内。

进一步的，所述悬挂装置上部分的脚球杆与上拉杆之间采用可拆卸式连接，所述悬挂装置下部分的帽窝杆与下拉杆采用可拆卸式连接。

进一步的，所述动力装置中的水平转动装置通过驱动悬挂装置下部分的下拉杆从而悬式绝缘子水平转动。

激光测距仪在平动装置上反复地来回移动，同时以一定的频率扫描悬式绝缘子采集其距离信息，这些距离信息最终将转化为悬式绝缘子的三维信息；而数据处理部分则用于处理采集到的悬式绝缘子的三维信息，重建其三维模型并得到相应的参数值。其三维模型复原原理如图3所示，上下激光测距装置扫描得到的数据按照其与扫描频率、时间及激光测距仪位置的数学关系，将其在三维坐标中排列起来即为点云数据，按照扫描的曲线，将这些点云数据通过插值拟合可得到一些列的曲面1、曲面2……、曲面n。这一系列曲面再次通过插值拟合进而就得到了三维模型，在三维模型的基础上分析就得到了我们所需要测量的参数。

附图说明

图1为悬式绝缘子的三维模型的局部剖视图。

图2为所需测量的参数的示意图。

图3上激光测距仪扫描原理图。

图4复原三维模型原理图。

图5为测量装置的总示意图。

图6为测量装置的主视图。

图7测量装置上悬挂端放大图。

图2中，θ-π/2为轴向偏差，b-a为径向偏差，l为盘径，爬电距离为曲折线AB。

图6中1.保持板，2.π形板，3.电动推杆，4.框架，5.U形板，6.拉力传感器，7.套筒(内含轴承)，8.上拉杆，9.直线轴承，10.上拉杆2，11.脚球杆，12.悬式绝缘子，13.帽窝杆，14.下拉杆，15.固定轴承座(内含圆锥滚子轴承)，16.电机固定板，17.电机安装座，18.步进电机，19.减速带轮机构，20.直线滑轨1(带电机)，21.激光测距仪安装座1，22.激光测距仪1，23.激光测距仪2，24.激光测距仪安装座2，25.直线滑轨1(带电机)2。

图7中1.保持板，2.π形板，3.电动推杆，4.框架，5.U形板，6.拉力传感器，7.套筒(内含轴承)，8.上拉杆，9.直线轴承。

具体实施方式

为满足所有型号的悬式绝缘子，本设计装置在尺寸上以能够测量最大悬式绝缘子的爬电距离为准则。目前最大的悬式绝缘子的公称直径为500mm，公称高度为200mm。

框架为30mm×30mm×3mm的方矩管焊接而成，其大致尺寸为长1200mm，宽400mm，高1200mm。

滑动导轨为市场常用导轨，可有多种选择，本装置采用欧邦时代超群42步进电机滚珠丝杆带线轨导轨滑台。总长度为400mm。

激光测距仪可选择精度较高的激光测距模块，以USB的方式最好，便于传输到电脑中进行操作。

拉力传感器用于监控悬挂悬式绝缘子的拉力的大小，以便于保护电动推杆,同时避免悬式绝缘子在旋转的时候出现很大的晃动。

驱动电机采用步进电机，便于控制。

本装置的框架主要由矩管焊接而成，在加工好矩管之后，从上而下依次安装。保持板用于保证电动推杆的拉力作用线始终在竖直方向上，π形板用于安装电动推杆到框架的上梁上，之后安装电动推杆，电动推杆与拉力传感器之间用自制U形板以螺栓螺钉相连接；拉力传感器下挂含带调心球轴承的套筒，调心球轴承内圈与上拉杆固定住。上拉杆通过固定在框架钢板上的直线轴承与脚球杆相连接；脚球杆下端嵌入到悬式绝缘子的钢帽中，悬式绝缘子下端用帽窝杆套住悬式绝缘子的钢脚，帽窝杆与下拉杆以螺栓连接。为满足测量所有型号的悬式绝缘子，故而所设计的脚球杆及帽窝杆的尺寸会随着悬式绝缘子的尺寸的不同而不同，其大小尺寸主要满足GB/T 4056-2008/IEC 60120：1984标准。为了方便取下悬式绝缘子及换用不同型号的脚球杆和帽窝杆，故采用螺栓连接。下拉杆固定在止推轴承的内圈上，止推轴承安转在固有轴承座内，轴承座固定到框架的钢板上，下拉杆下端与减速传动装置的大带轮相连，减速传动装置的小带轮与步进电机相连，步进电机用安装座固定到框架的下底板上，为了便于调节带轮的松紧程度，电机安装座与钢板上采用槽型安装孔。

激光传感器用安装板安装到直线导轨的滑台上构成激光测距装置，本三维扫描装置共采用了2套这样的激光测距装置。2套激光测距装置的扫描平面与悬式绝缘子的圆心处于同一平面之内，便于在扫描后的数据处理。激光测距装置扫描得到上激光测距装置用于扫描上表面得到上表面点云数据，下激光测距装置用于扫描下表面得到下表面点云数据。上下表面和在一起就是悬式绝缘子的点云数据。将其通过数学分析即能重建得到悬式绝缘子的三维模型。在三维软件中进行简单分析即可得到所需测量的参数。

Claims (4)

1.一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置，该装置主要包括框架、悬挂装置、动力装置、激光测距装置及数据处理及控制模块；框架用于支撑整个悬式绝缘子的三维扫描装置；悬挂装置设置于框架上，用于竖直挂起悬式绝缘子；动力装置设置于框架上，包括：用于驱动竖直悬挂的悬式绝缘子水平转动装置、用于激光测距仪在滑轨上的水平移动的上、下两个平动装置；激光测距装包括：上、下两个测距装置，分别用于扫描悬式绝缘子上、下表面，分别设置于动力装置中的两个平动装置上；数据处理及控制模块用于控制动力装置运动、激光测距仪的扫描、接收激光测距仪的扫描数据后计算恢复出悬式绝缘子的外观。

2.如权利要求1所述的一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置，其特征在于所述悬挂装置包括：上、下两部分；所述悬挂装置的上部分悬吊于框架顶端，从下到下依次为：保持板、π形板、电动推杆、U形板、拉力传感器、带调心球轴承的套筒、上拉杆、直线轴承、脚球杆；所述保持板设置于框架顶端，用于保证电动推杆的拉力作用线始终在竖直方向上，π形板用于连接保持板与电动推杆，电动推杆与拉力传感器之间用U形板以螺栓螺钉相连接，拉力传感器下挂带调心球轴承的套筒，套筒内调心球轴承的内圈与上拉杆固定，上拉杆通过固定在框架上的直线轴承与脚球杆相连接；所述悬挂装置的下部分竖直安装于框架底部，从上到下依次包括：帽窝杆、下拉杆、止推轴承；所述帽窝杆与下拉杆连接，下拉杆固定在止推轴承的内圈上，止推轴承安转在固定于框架上的轴承座内。

3.如权利要求2所述的一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置，其特征在于所述悬挂装置上部分的脚球杆与上拉杆之间采用可拆卸式连接，所述悬挂装置下部分的帽窝杆与下拉杆采用可拆卸式连接。

4.如权利要求2所述的一种用于悬式绝缘子的三维扫描装置，其特征在于所述动力装置中的水平转动装置通过驱动悬挂装置下部分的下拉杆从而悬式绝缘子水平转动。