CN108919237A - 基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法。该方法通过判断激光部件中的反射镜反射发出的可见光的投射位置是否准确，其位置是否以正确的参照物为相机中心点；然后通过调准装置上的机械位置来进行校准，使发出的可见光位置准确，从而确保在清除异物时投射的激光位置准确。本发明可以确定不同距离段的激光光心位置并对其进行位置校准，使相机光轴和激光光轴绝对平行，还可以提高清除异物装置的激光投射精度，使激光投射位置准确。

Description

基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法

技术领域

本发明属于电力系统高压输电线异物清除领域，具体地说，是一种基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法。

背景技术

架空输电线沿线环境复杂，风筝和风筝线、农用塑料布、广告布、遮阳网等漂浮性异物经常缠挂在输电线路上，导致线路跳闸停电或线路损毁，给电力系统和社会造成了极大的经济损失。近年来，随着图像处理技术的快速发展，其应用范围也越来越广。图像处理具有信息量大、实时性高、低风险、非接触等优点。于是便可将视觉伺服控制引入架空线路异物清除领域，设计一种基于视觉伺服的激光清除异物装置。为了使激光准确灼烧目标，则必需要对装置进行标较。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法，可以确定不同距离段的激光光心位置并对其进行位置校准，使视觉传感器光轴和激光光轴绝对平行。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法，该装置包括转台、激光部件、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；

该方法包括以下步骤：

步骤1，在转台正前方架设白色背景板，背景板垂直于地面且与视觉传感器光轴垂直；开启视觉传感器，使视觉传感器进行自动对焦，当视觉传感器画面中视野清晰时，固定此时的焦距值；

步骤2，打开激光发射头的红色可见光，使其投射到背景板上，根据像机图像中背景板上的红色可见光，获取图像中红色可见光的中心像素位置作为激光光心位置,其坐标位置为(x1,y1,z1)；

步骤3，视觉传感器中心坐标为(x0,y0,z0)，判断离转台任意距离处的背景板上的视觉传感器光轴中心点与红色可见光中心点是否相对位置绝对固定，若不固定，则执行步骤4对装置的激光部件进行机械校准；

步骤4，调准激光部件的机械位置，使发出的红色可见光中心点与视觉传感器光轴中心点在现实坐标系下的相对位置固定，使校准完毕后红色可见光与视觉传感器光轴保持固定的距离和方向,即上述视觉传感器中心坐标和激光光心位置坐标中，y0＝y1，z0＝z1,x0与x1之间有固定的距离；

步骤5，将背景板移动至距离转台更远的任意位置处，返回步骤2，使得在不同距离下，视觉传感器焦点和激光点在现实坐标系下任意距离下保持相对位置绝对固定。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明采用逐段距离对目标进行标较，方法简单实用，可操作性强；(2)本发明采用同轴的红色可视光代替激光灼烧，不产生火焰，安全可靠，易操作。

附图说明

图1为本发明的标校原理示意图。

图2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3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4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5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6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7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

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述。

参见图2-7，是本发明的标校方法所基于的反射型激光清除异物装置。如图2，该装置包括转台22、防尘部件3、激光部件4、固定架(优选三脚架)5、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3～6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-90～90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30～70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6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7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7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7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，通过方位旋变发送机12、俯仰旋变发送机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，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

如图1所示，本发明基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法，包括以下步骤：

步骤1，在距离转台正前方30-50m处架设白色背景板，白色背景板垂直于地面且与相机光轴垂直；开启高清工业相机，使高清工业相机进行自动对焦，当相机画面中视野清晰时，固定此时的焦距值；

步骤2，打开激光发射头的红色可见光，使其投射到背景板上，根据相机图像中背景板上的红色可见光，获取图像中红色可见光的中心像素位置作为激光光心位置,其坐标位置为(x1,y1,z1)；

步骤3，相机中心坐标为(x0,y0,z0)，由于装置上相机中心与激光发射部件存在固定的方向和距离，所以高清工业相机的光轴与红色可见光轴在现实坐标系下的存在相同的方向和距离，在离转台任意距离处的背景板上的相机光轴中心点与红色可见光中心点有相同的方向和距离，即两点的相对位置绝对固定。判断离转台任意距离处的背景板上的相机光轴中心点与红色可见光中心点的相对位置是否绝对固定，若相对位置不固定，则执行步骤4对装置的激光部件进行机械校准；

步骤4，调准激光部件的机械位置，使发出的红色可见光中心点与相机光轴中心点在现实坐标系下的相对位置固定，使校准完毕后红色可见光与相机光轴保持固定的距离和方向,即上述相机中心坐标和激光光心位置坐标中，y0＝y1，

z0＝z1,x0与x1之间有固定的距离；

步骤5，将背景板移动至距离转台60-100m的任意位置处，然后返回步骤2 —4的标校操作，使得在不同距离下，相机焦点和激光点在现实坐标系下任意距离下保持相对位置绝对固定。

步骤6，标校完毕。

Claims (3)

1.一种基于反射型激光清除异物装置的目标标校方法，其特征在于：该方法基于反射型激光清除异物装置，该装置包括转台(22)、激光部件(4)、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；

该方法包括以下步骤：

步骤1，在转台正前方架设白色背景板，背景板垂直于地面且与视觉传感器光轴垂直；开启视觉传感器，使视觉传感器进行自动对焦，当视觉传感器画面中视野清晰时，保持此时的焦距值；

步骤2，打开激光发射头的红色可见光，使其投射到背景板上，根据像机图像中背景板上的红色可见光，获取图像中红色可见光的中心像素位置作为激光光心位置,其坐标位置为(x1,y1,z1)；

步骤3，视觉传感器中心坐标为(x0,y0,z0)，判断背景板上的视觉传感器光轴中心点与红色可见光中心点的相对位置是否绝对固定；若固定，则红色可见光发射位置准确，标较完成，结束执行；若不固定，则执行步骤4对装置的激光部件进行机械校准；

步骤4，调准激光部件的机械位置，使发出的红色可见光中心点与视觉传感器光轴中心点在现实坐标系下的相对位置固定，使校准完毕后红色可见光与视觉传感器光轴保持固定的距离和方向,即上述视觉传感器中心坐标和激光光心位置坐标中，y0＝y1，z0＝z1,x0与x1之间有固定的距离；

步骤5，将背景板移动至距离转台任意位置处，使视觉传感器进行自动对焦，当视觉传感器画面中视野清晰时，保持此时的焦距值，返回步骤2。

2.根据权利要求1所述的目标标校方法，其特征在于：步骤1中所述白色背景板架设在距离转台正前方30-50m处，背景板垂直于地面且与视觉传感器光轴垂直。

3.根据权利要求1所述的目标标校方法，其特征在于：步骤5中所述背景板移动至距离转台60-100m的任意位置处。