CN108664045A - 反射型激光清除异物装置监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射型激光清除异物装置监控系统，包括终端监控系统、通信模块、目标监控系统和反射型激光清除异物装置。终端监控系统用于发送针对反射型激光清除异物装置的监控指令；控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，通过通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；目标监控系统接收通信系统传递过来的协议指令帧并进行解析处理，传送给反射型激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块。本发明涉及的监控系统，作为反射型激光清除异物装置的辅助系统，可监测设备工作状态与异物清除结果，进行后期数据分析、检修与运维，在提升反射型激光清除异物装置工作效果的可靠性与运行稳定性方面具有重要的意义。

Description

反射型激光清除异物装置监控系统

技术领域

本发明涉及电力系统高压输电线异物清除的监控领域，具体地说，是一种反射型激光清除异物装置监控系统。

背景技术

反射型激光清除异物装置所用激光功率大、能量高，需进行其危险性的监控；异物图像的实时跟踪要求图像识别出的异物位置较为准确，保证相机所拍摄的图像质量高、转台的精度高与稳定性相对较好，上述设备需要准确配合才能有效地使用激光完成输电线的异物清除，需要对装置进行工作状态的监控，同时有利于后期维护与检修。

目前，对于输电线路进行异物清除的两种主要方法中，人工作业多依赖肉眼观察，缺少对整个异物清除过程的可靠性监控。另外一种无人机搭载喷火装置或者利用其他机械式遥控装置除异物等的监控方面很少针对从执行到结束的工作状态反馈，监控判断尚未上升到自动化水平。

在通信方式方面，单独的有线通信和无线通信方式较多，缺少二者的结合，在成本、适应性、设备维护上做不好相应的平衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反射型激光清除异物装置监控系统，增加清除高压线异物过程的安全性、灵活度、自动化程度，从而能够完成清除架空输电线路上异物的任务。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种反射型激光清除异物装置监控系统，包括转台、激光部件、电源系统、输入输出装置、控制系统和视觉传感器；其中，转台包括方位部件和俯仰部件，激光部件包括激光发射头、反射镜部件一、反射镜部件二；方位部件安装在固定架上方，俯仰部件安装在方位部件上方，激光发射头安装在方位部件中，反射镜部件一、反射镜部件二安装在俯仰部件中，视觉传感器安装在俯仰部件中；控制系统与视觉传感器连接，调整视觉传感器焦距和广角参数；视觉传感器用于捕获异物点，将图像传给控制系统进行图像识别；控制系统分别与方位部件、俯仰部件相连，控制系统对图像识别的结果进行处理，驱动方位部件、俯仰部件进行方位和俯仰两自由度的转动，从而带动视觉传感器和激光部件转动；输入输出装置与控制系统连接，用于显示控制系统的控制界面和输入操作信息；通信模块用于连接目标监控系统和终端监控系统；

终端监控系统和控制系统连接，用于发送针对反射型激光清除异物装置的监控指令，包括图像处理、转台、视觉传感器和激光的工作状态；

控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，交给通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；

目标监控系统与激光异物清除装置相连，接收通信模块传递过来的协议指令帧，监控指令后进行解析处理，并传送给反射型激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块；

反射型激光清除异物装置用于执行除异物操作，根据监控指令，将工作状态、参数数据信息进行反馈。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)灵活性强，可按照操作指令自由监测设备的工作状态与异物清除结果；(2)适应性强，可进行有线通信和无线通信方式的选择，适合多种距离、天气、地形等的工作条件；(3)增加了监控对象性能的可靠性与稳定性；(4)自动化水平高，能够对装置从执行到结束的工作状态反馈进行持续监控，极大的提高了自动化水平。

附图说明

图1是本发明反射型激光清除异物装置监控系统的总装结构示意图。

图2是本发明反射型激光清除异物装置监控系统的终端监控系统结构示意图。

图3是本发明反射型激光清除异物装置监控系统的通信模块结构与连接示意图。

图4是本发明反射型激光清除异物装置监控系统工作流程示意图。

图5是本发明的反射型激光清除异物装置的总装结构示意图。

图6是本发明的反射型激光清除异物装置的方位部件和俯仰部件的侧视图。

图7是本发明的反射型激光清除异物装置的转台的剖面图和侧视图。

图8是本发明的反射型激光清除异物装置的方位部件的俯视图和剖面图。

图9是本发明的反射型激光清除异物装置的俯仰部件的正视图和侧视图。

图10是本发明的反射型激光清除异物装置的控制系统工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明反射型激光清除异物装置监控系统的总装结构示意图，该监控系统包括终端监控系统、通信模块、目标监控系统和反射型激光清除异物装置；其中，监控对象为反射型激光清除异物装置。如图2所示，为本发明反射型激光清除异物装置监控系统的终端监控系统结构示意图，所述终端监控系统包括终端主机、输入输出设备、报警模块、电源模块。如图3所示，为本发明反射型激光清除异物装置监控系统的通信模块结构与连接示意图，所述通信模块连接所述目标控制系统和所述终端控制系统，包括无线通信模块和有线通信模块，所述无线通信模块包括无线数据传输模块一、无线数据传输模块二。

反射型激光清除异物装置监控系统，所述终端监控系统用于发送针对反射型激光清除异物装置的监控指令，包括图像处理、转台、视觉传感器、激光的工作状态；所述控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，交给通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；所述目标监控系统与激光异物清除装置相连，接收所述通信系统传递过来的协议指令帧，监控指令后进行解析处理，并传送给反射型激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块。本发明提供有线和无线两种通信方式，可根据距离、地形、天气等进行自由选择。

进一步的，所述终端监控系统置于远程服务站，包括终端主机、输入输出设备、报警模块、电源模块，用于发送针对反射型激光清除异物装置的监控指令以及接收相应指令反馈数据，包括整个装置的工作状态，具体指：图像处理的识别状态、跟踪状态2个方面的监控指令，转台的开锁、关锁、调转3个方面的监控指令，视觉传感器的焦距、广角2个方面的监控指令，激光的开关状态、工作功率、工作温度3个方面的监控指令。所述输出设备用于显示详细异常信息，所述报警模块用于进行声光报警，所述输入设备提供给工作人员操作进行具体情况的查看；所述电源模块主要用于给所述终端主机、所述输入输出设备、所述报警模块提供稳定的工作电源。

进一步的，所述控制系统和终端监控系统连接，用于处理监控指令；所述控制系统和通信模块相连，用于处理所接收的监控反馈。按照通信方式的通信协议要求，所述控制系统将监控指令处理成协议传输所需的协议消息帧形式后，发送给所述通信模块传送出去；同样的，从通信模块传递过来的监控反馈为消息帧，所述控制系统解析为数据并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经过通信模块往回发送给所述目标监控系统，否则按协议解析出来的原始数据保存，并将原始数据信息与相应阈值进行比较和判断，将发现的异常信息发送给所述输出设备，将异常命令发送给报警模块。控制系统保存每次监控反馈解析出来的原始数据、分析判断结果以及异常信息3种数据信息。

进一步的，所述通信模块包括无线通信模块和有线通信模块，用于传输监控指令和监控反馈。所述无线通信模块包括无线数据传输模块一、无线数据传输模块二，所述无线数据传输模块二与所述终端监控系统相连，将所述控制系统处理后的监控指令消息帧发送给无线数据传输模块一，无线数据传输模块一与所述目标监控系统相连，将来自所述目标监控系统的监控反馈消息帧发送给无线数据传输模块二；所述有线通信模块通过数据线完成所述终端监控系统和所述目标监控系统之间的消息帧传输。

进一步的，所述目标监控系统和通信模块相连，用于处理监控指令协议，解析出监控指令并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经通信模块往回发给所述终端监控系统；所述目标监控系统和反射型激光清除异物装置连接，用于将解析出来的监控指令传递给反射型激光清除异物装置，并在完成反射型激光清除异物装置监控指令反馈数据的接收后，将数据处理成协议传输所需的协议消息帧形式，发送给所述通信模块反馈回去。

进一步的，如图5所示，本发明的反射型激光清除异物装置的总装结构示意图，反射型激光清除异物装置包括转台22、防尘部件3、激光部件4、固定架5(优选三脚架)、电源系统、输入输出装置、控制系统、通信模块、视觉传感器10(优选高清工业相机)，其中，转台22包括方位部件1、俯仰部件2。方位部件1安装在三脚架5上方；俯仰部件2安装在方位部件1上方；防尘部件3中的防尘罩17套在俯仰部件2外，防尘镜31安装在方位部件1中；激光部件4包括激光发射头19、反射镜部件一20、反射镜部件二21，激光发射头19安装在方位部件1中，反射镜部件一20、反射镜部件二21安装在俯仰部件2中，通过这种捷联式结构，光路可以通过反射镜部件一20和反射镜部件二21的相继反射后，平行于视觉传感器10光轴发出，因此只需要调整反射镜的角度，而无需使激光发射头19跟随转台22转动；视觉传感器10安装在俯仰部件2中。

控制系统中，工控机35与视觉传感器10连接，调整视觉传感器10焦距和广角参数，使视野清晰；视觉传感器10和工控机35连接，捕获异物点后，将图像传给工控机35进行图像识别；工控机35通过控制驱动部件38和方位部件1、俯仰部件2相连，可以进行方位和俯仰两自由度的转动，从而带动激光部件4和视觉传感器10转动；工控机35将图像识别的结果处理后，传给控制驱动部件38，调整方位部件1和俯仰部件2进行跟踪，并带动激光部件4对异物进行切割；控制系统和通信模块9连接用于获取远程控制信息；电源系统为控制系统、视觉传感器10、方位部件1、俯仰部件2、激光部件4、通信模块9供电。

如图6～9所示，方位部件1包括方位力矩电机11、方位角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)12、方位限位锁零部件23、激光安装对接部件24、底座25和方位支架26。其中，底座25固定在三脚架5上方；方位支架26安装在底座25上，和俯仰部件2连接。激光安装对接部件24嵌于底座25中央的圆孔中，用于连接激光部件4，并使激光通过；方位角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)12置于底座25内部，由它得到实际方位转动的角度，通过电信号发送给控制驱动部件38；方位力矩电机11位于方位角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)12上方，可实现方位部件1在方位上的-180～180度转动；方位限位锁零部件23位于方位支架26边缘上，通过控制驱动部件38的命令使其落入底座25边缘的一个圆孔中，用于锁定方位，固定方位支架26。

俯仰部件2包括轴承座一13、轴承座二14、俯仰力矩电机15、俯仰轴一27、联接部件28、俯仰轴二29、俯仰角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)16、俯仰限位锁零部件30。其中，轴承座一13和轴承座二14固定安装在方位部件1的方位支架26上，轴承座一13和轴承座二14相互平行，跟随方位部件1转动；俯仰力矩电机15位于轴承座一13中，可实现0～90度俯仰旋转。俯仰轴一27位于轴承座一13中，连接俯仰力矩电机15，作为俯仰力矩电机15的传动结构；联接部件28横架在俯仰轴一27和俯仰轴二29中间，与俯仰轴一27相连，作为传动结构，并与视觉传感器10相连，一起转动；俯仰轴二29位于轴承座二14中，连接联接部件28，作为从动结构；俯仰角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)16置于轴承座二14中，俯仰角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)16能够检测俯仰轴二29转动的角度，通过电信号发送给控制驱动部件38，进一步传送给控制系统8；俯仰限位锁零部件30位于俯仰轴二29的外侧，用于机械限定俯仰力矩电机15的俯仰角度。方位支架26固定在底座25上，用于连接俯仰部件2，带动其在方位上转动。

防尘部件3包括防尘罩17、激光工作窗口18、防尘镜31。防尘罩17盖在俯仰部件2外，用于内部防尘；激光工作窗口18嵌于防尘罩17中，用于激光工作时通过防尘罩17；防尘镜31位于方位部件1下方，在激光安装对接部件24连接的圆孔处，防止杂质进入。

激光部件4包括激光发射头19、反射镜部件一20、反射镜部件二21、激光控制箱32。其中，激光发射头19通过光纤与激光控制箱32连接，发射激光，是激光光源处；激光发射头19与激光安装对接部件24相连，一起嵌于方位部件1的底座25中央的圆孔中，使激光发射头19竖直向上，激光通过发射头发出后竖直向上；反射镜部件二21与激光安装对接部件24相连，位于激光发射头19正上方，激光通过发射头发出后竖直向上，在反射镜部件二21上通过45°反射照射在反射镜部件一20上；反射镜部件一20安装在俯仰部件2的俯仰轴二29的内侧，激光在反射镜部件一20上反射出去后，光束与视觉传感器10光轴平行，并且，反射镜部件一20随俯仰轴二29与视觉传感器10一起转动，可以将激光反射到视觉传感器10观测区域中的所需位置，而不需要转动重量较大的激光发射头，从而减轻了电机的负担，提高了电机旋转的精度。

电源系统包括激光蓄电池33和直流电源34。直流电源34主要用于给整个电机负载、输入输出装置及视觉传感器10供电。激光蓄电池33主要用于给激光部件4中的激光控制箱32供电。

输入输出装置包括显示器36和输入装置37。显示器36通过HDMI接口接收工控机35信号，显示控制系统8控制界面；输入装置37用于输入操作人员的操作信息，发送给工控机35。

如图10所示，控制系统包括工控机35和控制驱动部件38。工控机35通过RS485串口发送命令给视觉传感器10，用于实现焦距、广角窄角、预置位图像参数改变；工控机35通过同轴电缆接收视觉传感器10图像及信息，识别线路和异物，得到异物位置信息反馈给控制驱动部件38；工控机35通过RS422串口与控制驱动部件38连接实现转台22转动切割；工控机35与输入输出装置连接实现人机交互；控制驱动部件38位于方位部件1中的底座25中，通过方位角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)12、俯仰角度测量装置(旋变发送机或者电子编码器)16分别接收方位部件1和俯仰部件2的角度信息，并通过RS422串口传给工控机35，同时接收工控机35信息，控制方位部件1和俯仰部件2，进行两自由度运动。

通信模块包括无线发射模块和无线接收模块，主要用于实现工控机35无线监控功能；通信模块具有无线唤醒功能和组网功能。

视觉传感器10固定安装在俯仰部件2的联接部件28下方，跟随其一起转动，并实时采集前方图像信息通过同轴电缆传送给控制系统8，并接收工控机35信号指令。

三脚架5位于装置的最底部，通过改变三个脚的长度调节装置高度，提供稳定合适的拍摄状态。

综上所述，本发明反射型激光清除异物装置监控系统，具有灵活性强，适应性强，可辅助与增强反射型激光清除异物装置性能的可靠性与稳定性，自动化水平高的特点。首先，系统可对监测设备的工作状态与异物清除结果进行监控，或按照工作人员操作自由选择监控指令；其次，可进行有线通信和无线通信方式的选择，适合多种距离、天气、地形等的工作条件；最后，系统能够对装置从执行到结束的工作状态反馈进行持续的过程监控，极大的提高了自动化水平。

Claims (8)

1.一种反射型激光清除异物装置监控系统，其特征在于：包括终端监控系统、通信模块、目标监控系统和反射型激光清除异物装置；

该反射型激光清除异物装置包括转台(22)、激光部件(4)、电源系统、输入输出装置、控制系统和视觉传感器(10)；其中，转台(22)包括方位部件(1)和俯仰部件(2)，激光部件(4)包括激光发射头(19)、反射镜部件一(20)、反射镜部件二(21)；方位部件(1)安装在固定架上方，俯仰部件(2)安装在方位部件(1)上方，激光发射头(19)安装在方位部件(1)中，反射镜部件一(20)、反射镜部件二(21)安装在俯仰部件(2)中，视觉传感器(10)安装在俯仰部件(2)中；控制系统与视觉传感器(10)连接，调整视觉传感器(10)参数；视觉传感器(10)用于捕获异物点，将图像传给控制系统进行图像识别；控制系统分别与方位部件(1)、俯仰部件(2)相连，控制系统对图像识别的结果进行处理，驱动方位部件(1)、俯仰部件(2)进行方位和俯仰两自由度的转动，从而带动视觉传感器(10)和激光部件(4)转动；输入输出装置与控制系统连接，用于显示控制系统的控制界面和输入操作信息；

通信模块用于连接目标监控系统和终端监控系统；终端监控系统和控制系统连接，用于发送针对反射型激光清除异物装置的监控指令，包括图像处理、转台、视觉传感器(10)和激光的工作状态；控制系统按照通信协议要求将监控指令处理为协议帧，交给通信模块传送出去，或者获取和处理通信模块传递过来的远程信息；目标监控系统与激光异物清除装置相连，接收通信模块传递过来的协议指令帧，监控指令后进行解析处理，并传送给反射型激光清除异物装置，当装置反馈指令信息时，将相应参数数据按照通信协议要求传送给通信模块；激光异物清除装置用于执行除异物操作，根据监控指令，将工作状态、参数数据信息进行反馈。

2.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述终端监控系统置于远程服务站，包括终端主机、输入输出设备、报警模块和电源模块，终端主机用于发送针对反射型激光清除异物装置的监控指令以及接收相应指令反馈数据，包括整个装置的工作状态，具体包括：图像处理的识别状态、跟踪状态两个方面的监控指令，转台的开锁、关锁、调转三个方面的监控指令，视觉传感器(10)的焦距、广角两个方面的监控指令，激光的开关状态、工作功率、工作温度三个方面的监控指令；输入输出设备用于人机交互和显示异常信息；报警模块用于进行声光报警，电源模块用于给终端主机、输入输出设备、报警模块提供稳定的工作电源。

3.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述控制系统按照通信方式的通信协议要求，将监控指令处理成协议传输所需的协议消息帧形式后，发送给通信模块传送出去；同样的，从通信模块传递过来的监控反馈为消息帧，控制系统解析为数据并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经过通信模块往回发送给目标监控系统，否则保存为协议解析出来的原始数据，并将原始数据信息与相应阈值进行比较和判断，若发现异常则将异常信息发送给输出设备，同时将异常命令发送给报警模块；控制系统保存每次监控反馈解析出来的原始数据、分析判断结果以及异常信息3种数据信息。

4.根据权利要求1或3所述的监控系统，其特征在于：所述协议帧为Modbus_RTU协议帧。

5.根据权利要求3所述的监控系统，其特征在于：所述控制系统将原始数据信息进行比较和判断，具体为：

控制系统对于图像处理工作状态的判断，包括图像识别状态和图像跟踪状态；对线缆和异物进行图像识别的成功与否具有相应的初步识别结果编码，首先，控制系统根据反馈的结果编码直接判断初步识别是否成功，若失败则判定目标的图像识别失败；若成功，进一步根据反馈的目标位置与识别范围进行判断，若目标位置在识别范围之内，则整个图像识别的工作状态为正常，否则为失败；图像跟踪状态建立在图像识别正常的前提下，根据多组目标位置与识别范围进行分析，判断每次目标位置与识别范围中心位置的像素差，当存在连续10组的像素差大于设定阈值时，判定为不在跟踪状态；

控制系统对于转台工作状态的判断，包括转台的开锁、关锁、以及调转三个方面；开锁、关锁具有对应的指令编码，控制系统根据反馈的编码，直接判断转台所处的工作状态；对调转的工作状态判断有两方面：其一，是否处于调转状态，根据与调转对应的指令编码直接判断；其二，是否调转到位，记录每一组反馈回来的转台位置、根据异物位置计算出的调转角度，将当前转台位置与上一次的调转角度比较，判断转台调转是否到位；

控制系统对于视觉传感器(10)工作状态的判断，包括转台的焦距、广角两个方面；焦距、广角具有对应的指令编码，控制系统根据反馈的编码，直接判断视觉传感器(10)所处的工作状态；

控制系统对于激光工作状态的判断，包括激光的开关状态、工作功率、工作温度四个方面；激光的开启与关闭具有对应的指令编码，根据指令编码进行判断；反馈的工作功率与工作温度值根据激光厂方提供的正常工作状态下的功率与温度进行判断。

6.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述通信模块包括无线通信模块和有线通信模块，用于传输监控指令和监控反馈；无线通信模块包括无线数据传输模块一、无线数据传输模块二，无线数据传输模块二与终端监控系统相连，将控制系统处理后的监控指令消息帧发送给无线数据传输模块一，无线数据传输模块一与目标监控系统相连，将来自目标监控系统的监控反馈消息帧发送给无线数据传输模块二；有线通信模块通过数据线完成终端监控系统和目标监控系统之间的消息帧传输。

7.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述目标监控系统和通信模块相连，用于处理监控指令协议，解析出监控指令并进行校验，如果校验出错则发送请求重发命令，经通信模块往回发给终端监控系统；目标监控系统和反射型激光清除异物装置连接，用于将解析出来的监控指令传递给反射型激光清除异物装置，并在完成反射型激光清除异物装置监控指令反馈数据的接收后，将数据处理成协议传输所需的协议消息帧形式，发送给通信模块反馈回去。

8.根据权利要求1所述的监控系统，其特征在于：所述控制系统包括工控机(35)与控制驱动部件(38)，工控机(35)与视觉传感器(10)连接，工控机(35)通过控制驱动部件(38)与方位部件(1)、俯仰部件(2)相连，控制驱动部件(38)位于方位部件的底座(25)中，接收方位部件(1)和俯仰部件(2)的角度信息并传给工控机(35)，同时接收工控机(35)信息，控制方位部件(1)和俯仰部件(2)进行两自由度运动。