CN110658193B - 复合绝缘子伞裙图像采集装置及方法、粉化等级检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合绝缘子伞裙图像采集装置及方法、粉化等级检测方法，所述装置包括机械臂、识别单元和图像采集模块；所述机械臂的上端固定在无人机上，下端安装有识别固定模块和图像采集模块；所述识别单元用于检测装置与复合绝缘子的相对位置；所述机械臂基于识别单元检测的装置与复合绝缘子的相对位置，将图像采集模块移动至复合绝缘子伞裙附近；所述图像采集模块用于获取复合绝缘子伞裙表面图像。本发明可直接带电采集复合绝缘子伞裙的图像，并进一步检测复合绝缘子粉化等级，效率高，节省人力物力。

Description

复合绝缘子伞裙图像采集装置及方法、粉化等级检测方法

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，尤其涉及一种复合绝缘子伞裙图像采集装置及方法、粉化等级检测方法。

背景技术

复合绝缘子在架空线路广泛应用，其老化后绝缘性能变差，严重时可能导致停电。复合绝缘子伞裙粉化是其硅橡胶材料老化的一个外在表征，粉化程度的不同与老化程度密切相关。也就是说，从复合绝缘子伞裙粉化等级可以辅助判断其老化程度。现有技术主要是通过从复合绝缘子割取伞裙，对伞裙正面拍照，将照片导入电脑，采用图像识别软件获取粉化等级，或直接通过肉眼粗略判断粉化等级。上述现有技术需要停电对复合绝缘子伞裙取样，效率低，且耗费人力。

因此，有必要提供一种更为方便、高效的复合绝缘子伞裙图像采集装置及方法，以及复合绝缘子粉化等级测量方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对已知技术存在的缺陷，提供一种复合绝缘子伞裙图像采集装置及方法、粉化等级检测方法，效率高，节省人力物力。

本发明的技术方案是：

一种复合绝缘子伞裙图像采集装置，包括机械臂、识别单元和图像采集模块；

所述机械臂的上端固定在无人机上，下端安装有识别固定模块和图像采集模块；

所述识别单元用于检测与复合绝缘子的相对位置；

所述机械臂基于识别单元确定的待检测的复合绝缘子位置，将图像采集模块移动至复合绝缘子伞裙附近；

所述图像采集模块用于获取复合绝缘子伞裙表面图像。

进一步地，所述机械臂包括联动臂11、第一机械手12和第二机械手13；

所述联动臂11的上端固定在无人机上(无人机的吊舱接口)，联动臂11上设有两个多自由度旋转节点(即多自由度旋转机构，为现有技术)，下方节点上两个不同位置分别安装有第一机械手12和第二机械手13的一端；工作时联动臂11、第一机械手12、第二机械手13在同一平面内；所述第一机械手12的前端安装有识别单元21；所述第二机械手13的前端安装有图像采集模块，第二机械手13中部设有一个多自由度旋转节点，便于推进和调整图像采集模块的位置。

进一步地，所述第一机械手12的前端还安装有可开合固定夹具22，识别单元21和可开合固定夹具22连接为一体，构成识别固定模块。识别单元21在可开合固定夹具22的中间位置，即水平方向上，识别单元21与可开合固定夹具22在同一平面内；垂直方向上，识别单元21在可开合固定夹具22对称轴线上。这样可以保证通过识别单元21所见的就是可开合固定夹具22正前方的目标物。

进一步地，所述图像采集模块包括C字形支架31和摄像头组32；图像采集模块的C字形支架31安装在第二机械手13上；摄像头组32安装在C字形支架31上。

进一步地，所述摄像头组32包括多个子摄像头，多个子摄像头均匀安装在C字形支架31上；摄像头组32的多个子摄像头可实现自动对焦和广角拍摄；所述C字形支架31前端开有缺口，便于形支架不受复合绝缘子芯棒阻挡向其推进，最终环绕在复合绝缘子芯棒外对下方或上方复合绝缘子伞裙全覆盖拍摄。

进一步地，多个子摄像头对下方的复合绝缘子伞裙进行拍摄时，多个子摄像头的镜头同时朝下且略向内偏一定角度，其拍摄方向在同一个倒置的圆锥面上(复合绝缘子伞裙表面相对于水平面有一个很小的坡度，约3-5°。设置多个子摄像头同时朝下且略向内偏一定角度，使各摄像头的拍摄方向与其正对的复合绝缘子伞裙表面切面方向垂直，以确保采集的图像完整，由多个子摄像头拍得的图像能够合成完整的复合绝缘子伞裙表面图像)。

进一步地，所述摄像头组32包括6个以上子摄像头。

进一步地，所述图像采集模块还包括陀螺仪单元33，所述陀螺仪单元33安装在C字形支架31上，用于检测C字形支架31是否水平。陀螺仪单元33可以安装在C字形支架上表面的富裕位置上。

进一步地，采用无人机的电源模块为机械臂、识别固定模块和图像采集模块供电。

进一步地，采用控制模块对机械臂、识别固定模块和图像采集模块进行操控；识别固定模块和图像采集模块采集的信号实时回传至控制模块。

进一步地，所述控制模块直接采用无人机控制系统，无需设置额外的控制器。

进一步地，所述控制模块与地面终端相连。控制模块将识别固定模块和图像采集模块采集的信号传输至地面终端，地面终端结合接收到的信号对控制模块发送控制指令，控制模块根据接收到的指令对机械臂、识别固定模块和图像采集模块进行操控。

进一步地，可开合固定夹具22夹具内侧设有橡胶颗粒防护层，一方面防止夹具对复合绝缘子硅橡胶护套产生破坏，另一方面起到防滑的作用。

本发明还提供一种复合绝缘子伞裙图像采集方法，采用上述复合绝缘子伞裙图像采集装置采集复合绝缘子伞裙表面图像，具体步骤如下：

步骤1.操控无人机飞行至待检测的复合绝缘子附近，并与复合绝缘子保持足够的安全距离S，S值根据该复合绝缘子所在的架空线路电压等级确定；

步骤2.遥控开启识别固定模块的识别单元21，并使可开合固定夹具22保持张开状态；根据识别单元21检测装置与待检测的复合绝缘子的相对位置，确定该复合绝缘子上待夹持的芯棒位置；

步骤3.控制机械臂推送识别固定模块至该复合绝缘子上待夹持的芯棒位置，识别固定模块的可开合固定夹具22夹持住该位置并闭合实现临时固定；

步骤4.可开合固定夹具22临时固定后，地面人员通过地面终端遥控开启摄像头组32的多个子摄像头，通过地面终端显示屏幕同步查看摄像头组32的图像，通过第二机械手13带动C字形支架31调整摄像头组32至满足拍摄要求的合适的位置；

步骤5.在摄像头组32位于满足拍摄要求的合适位置，且摄像头组32的多个子摄像头自动对焦清晰后，地面人员通过地面终端遥控摄像头组32拍摄复合绝缘子伞裙表面照片(图像采集模块可以根据需要安装在C字形支架下表面和上表面，或直接调整摄像头拍摄角度，使拍摄面朝下或朝上，以便采集其正下方复合绝缘子伞裙上表面或其正上方复合绝缘子伞裙下表面的图像，检测其正下方复合绝缘子伞裙上表面或其正上方复合绝缘子伞裙下表面的粉化等级)，摄像头组32的多个子摄像头拍摄的照片通过无人机的通信系统实时回传至地面终端，并自动合成为一张复合绝缘子伞裙表面(上表面/下表面)全景照片，从而实现复合绝缘子伞裙图像采集。

进一步地，在步骤3进行过程中，控制第一机械手12与C字形支架31上表面平行，并通过陀螺仪单元33判断两者是否水平，令两者保持水平，两者垂直间距H根据待检测的复合绝缘子的伞间距确定。

本发明还提供一种复合绝缘子粉化等级检测方法，首先通过上述复合绝缘子伞裙图像采集方法获取复合绝缘子伞裙表面(上表面/下表面)全景照片；然后基于图像处理与识别技术对待测复合绝缘子伞裙表面全景照片进行信息提取，得到粉化面积；根据提取到的粉化面积，得到待测复合绝缘子伞裙表面(上表面/下表面)的粉化等级。

结束复合绝缘子某一位置的伞裙图像采集(以及粉化等级检测)后，地面人员通过地面终端遥控可开合固定夹具22张开，而后操控机械臂回撤至步骤3推送前位置；

地面人员通过地面终端的遥控无人机飞行至下一待检测位置附近，并重复上述步骤进行位置的伞裙图像采集(以及粉化等级检测)。

对同一支(串)复合绝缘子，分别检测其上部、中部和下部三个位置的伞裙，可取最严重的粉化等级为该支复合绝缘子的粉化等级，也可取三个位置的平均值为该支复合绝缘子的粉化等级；

复合绝缘子伞裙图像采集(以及粉化等级检测)结束后，地面人员通过地面终端的遥控无人机返回地面，在测量过程中，如遥控无人机电量不足，其会向地面终端报警，并自动结束任务返航。

有益效果：

本发明不需要对复合绝缘子伞裙取样，无需停电，可直接带电采集复合绝缘子伞裙的图像，并进一步检测复合绝缘子粉化等级，不仅可以提高复合绝缘子伞裙图像采集和粉化等级检测的效率、避免对复合绝缘子伞裙的破坏，还可以节省人力物力。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构框图，

图2为本发明一个具体实施例中识别固定模块的结构图，

图3为本发明一个具体实施例中图像采集模块位置的截面图；

图中标示为：11—联动臂，12—第一机械手，13—第二机械手，21—识别单元，22—可开合固定夹具，31—C字形支架，32—摄像头组，33—陀螺仪单元。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行进一步具体说明。

如图1～图3所示，本实施例的一种复合绝缘子伞裙图像采集装置，包括机械臂、识别单元和图像采集模块；

所述机械臂的上端固定在无人机上，下端安装有识别固定模块和图像采集模块；

所述识别单元用于检测与复合绝缘子的相对位置；

所述机械臂基于识别单元确定的待检测的复合绝缘子位置，将图像采集模块移动至复合绝缘子伞裙附近；

所述图像采集模块用于获取复合绝缘子伞裙表面图像。

进一步地，所述机械臂包括联动臂11、第一机械手12和第二机械手13；

所述联动臂11的上端固定在无人机上(无人机的吊舱接口)，联动臂11上设有两个多自由度旋转节点(即多自由度旋转机构，为现有技术)，下方节点上两个不同位置分别安装有第一机械手12和第二机械手13的一端；工作时联动臂11、第一机械手12、第二机械手13在同一平面内；所述第一机械手12的前端安装有识别单元21；所述第二机械手13的前端安装有图像采集模块，第二机械手13中部设有一个多自由度旋转节点，便于推进和调整图像采集模块的位置。

进一步地，所述第一机械手12的前端还安装有可开合固定夹具22，识别单元21和可开合固定夹具22连接为一体，构成识别固定模块。识别单元21在可开合固定夹具22的中间位置，即水平方向上，识别单元21与可开合固定夹具22在同一平面内；垂直方向上，识别单元21在可开合固定夹具22对称轴线上。这样可以保证通过识别单元21所见的就是可开合固定夹具22正前方的目标物。

进一步地，所述图像采集模块包括C字形支架31和摄像头组32；图像采集模块的C字形支架31安装在第二机械手13上；摄像头组32安装在C字形支架31上。

进一步地，所述摄像头组32包括多个子摄像头，多个子摄像头均匀安装在C字形支架31上；摄像头组32的多个子摄像头可实现自动对焦和广角拍摄；所述C字形支架31前端开有缺口，便于形支架不受复合绝缘子芯棒阻挡向其推进，最终环绕在复合绝缘子芯棒外对下方或上方复合绝缘子伞裙全覆盖拍摄。

进一步地，多个子摄像头对下方的复合绝缘子伞裙进行拍摄时，多个子摄像头的镜头同时朝下且略向内偏一定角度，其拍摄方向在同一个倒置的圆锥面上(复合绝缘子伞裙表面相对于水平面有一个很小的坡度，约3-5°。设置多个子摄像头同时朝下且略向内偏一定角度，使各摄像头的拍摄方向与其正对的复合绝缘子伞裙表面切面方向垂直，以确保采集的图像完整，由多个子摄像头拍得的图像能够合成完整的复合绝缘子伞裙表面图像)。

进一步地，所述摄像头组32包括6个以上子摄像头。

进一步地，所述图像采集模块还包括陀螺仪单元33，所述陀螺仪单元33安装在C字形支架31上，用于检测C字形支架31是否水平。陀螺仪单元33可以安装在C字形支架上表面的富裕位置上。

进一步地，采用无人机的电源模块为机械臂、识别固定模块和图像采集模块供电。

进一步地，采用控制模块对机械臂、识别固定模块和图像采集模块进行操控；识别固定模块和图像采集模块采集的信号实时回传至控制模块。

进一步地，所述控制模块直接采用无人机控制系统，无需设置额外的控制器。

进一步地，所述控制模块与地面终端相连。控制模块将识别固定模块和图像采集模块采集的信号传输至地面终端，地面终端结合接收到的信号对控制模块发送控制指令，控制模块根据接收到的指令对机械臂、识别固定模块和图像采集模块进行操控。

进一步地，可开合固定夹具22夹具内侧设有橡胶颗粒防护层，一方面防止夹具对复合绝缘子硅橡胶护套产生破坏，另一方面起到防滑的作用。

本实施例中的一种复合绝缘子伞裙图像采集方法，采用上述复合绝缘子伞裙图像采集装置采集复合绝缘子伞裙表面图像，具体步骤如下：

1.地面人员通过地面终端操控无人机飞行至待检测的复合绝缘子附近，并与复合绝缘子保持足够的安全距离S，S值根据该复合绝缘子所在的架空线路电压等级确定；

2.地面人员通过地面终端遥控开启识别固定模块的识别单元21，并使可开合固定夹具22保持张开状态；根据识别单元21检测装置与待检测的复合绝缘子的相对位置，确定该复合绝缘子上待夹持的芯棒位置；

3.控制机械臂推送识别固定模块至该复合绝缘子上待夹持的芯棒位置，识别固定模块的可开合固定夹具22夹持住该位置并闭合实现临时固定；在此过程中，控制第一机械手12与C字形支架31上表面平行，并令两者保持水平，两者垂直间距H一般为预设值，H根据待检测的复合绝缘子的伞间距确定(识别固定模块分别位于复合绝缘子上一伞裙上下的芯棒位置)，而待检测的复合绝缘子的伞间距可通过查找现成台帐确定，在没有此项数据可查时也可现场调整两者垂直间距H；控制模块通过陀螺仪单元33判断第一机械手12与C字形支架31是否水平；

4.可开合固定夹具22临时固定后，地面人员通过地面终端遥控开启摄像头组32的多个子摄像头，通过地面终端显示屏幕同步查看摄像头组32的图像，通过第二机械手13带动C字形支架31调整摄像头组32至满足拍摄要求的合适的位置；

5.在摄像头组32位于满足拍摄要求的合适位置，且摄像头组32的多个子摄像头自动对焦清晰后，地面人员通过地面终端遥控摄像头组32拍摄其正下方/正上方复合绝缘子伞裙表面照片(图像采集模块可以根据需要安装在C字形支架下表面和上表面，或直接调整摄像头拍摄角度，使拍摄面朝下或朝上，以便采集其正下方复合绝缘子伞裙上表面或其正上方复合绝缘子伞裙下表面的图像，检测其正下方复合绝缘子伞裙上表面或其正上方复合绝缘子伞裙下表面的粉化等级)，摄像头组32的多个子摄像头拍摄的照片通过无人机的通信系统实时回传至地面终端，并自动合成为一张复合绝缘子伞裙表面全景照片，从而实现复合绝缘子伞裙图像采集。

本实施例中的一种复合绝缘子粉化等级检测方法，首先通过上述复合绝缘子伞裙图像采集方法获取复合绝缘子伞裙表面全景照片；然后基于图像处理与识别技术对待测复合绝缘子伞裙表面全景照片进行自动裁剪和信息提取，得到粉化面积；根据提取到的粉化面积，得到待测复合绝缘子伞裙表面的粉化等级并自动保存和按预设命名；粉化就是复合绝缘子硅橡胶材料表面出现一层粉状颗粒物，这些粉状颗粒物非常细小，粉状颗粒物颜色一般与其他未粉化部位明显不同，通过图像识别技术很容易辨识。伞裙上表面除了面积较大的粉化子单元(成片的粉化粉状颗粒物)外，还有一些面积较大的粉化子单元(即零散的粉状颗粒物)。此处将伞裙上表面面积大于或等于1mm2的粉化子单元的面积计入伞裙上表面(测量对象)粉化面积，小于的不计，得到伞裙上表面粉化面积。设伞裙上表面粉化面积为ΔA，伞裙上表面面积为A，根据ΔA/A*100％确定粉化等级。根据复合绝缘子伞裙上表面粉化面积，得到复合绝缘子的粉化等级为现有技术，在申请号为CN201910241031.9，名称为基于复合绝缘子粉化分级的老化程度确定方法的发明专利申请中已经公开。

结束复合绝缘子某一位置的伞裙图像采集(以及粉化等级检测)后，地面人员通过地面终端遥控可开合固定夹具22张开，而后操控机械臂回撤至步骤3推送前位置；

地面人员通过地面终端的遥控无人机飞行至下一待检测位置附近，并重复上述步骤进行位置的伞裙图像采集(以及粉化等级检测)。

同一支(串)复合绝缘子分别检测其上部、中部和下部三个位置的伞裙，可取最严重的粉化等级为该支复合绝缘子的粉化等级，也可取三个位置的平均值为该支复合绝缘子的粉化等级；

复合绝缘子伞裙图像采集(以及粉化等级检测)结束后，地面人员通过地面终端的遥控无人机返回地面，在测量过程中，如遥控无人机电量不足，其会向地面终端报警，并自动结束任务返航。

上述的一种复合绝缘子伞裙图像采集装置及方法、粉化等级检测方法经试用，被证明效果良好，安全可靠，完全达到设计要求。

Claims (4)

1.一种复合绝缘子粉化等级检测方法，其特征在于，首先通过复合绝缘子伞裙图像采集方法获取复合绝缘子伞裙表面全景照片；然后基于待测复合绝缘子伞裙表面全景照片，利用图像处理与识别技术，得到待测复合绝缘子伞裙表面的粉化面积；根据提取到的粉化面积，得到待测复合绝缘子伞裙表面的粉化等级；

所述复合绝缘子伞裙图像采集方法使用的图像采集装置包括机械臂、识别单元和图像采集模块；

所述机械臂的上端固定在无人机上，下端安装有识别固定模块和图像采集模块；

所述识别单元用于检测装置与复合绝缘子的相对位置；

所述机械臂基于识别单元检测的装置与复合绝缘子的相对位置，将图像采集模块移动至复合绝缘子伞裙附近；

所述图像采集模块用于获取复合绝缘子伞裙表面图像；

所述机械臂包括联动臂、第一机械手和第二机械手；

所述联动臂的上端固定在无人机上，联动臂上设有两个多自由度旋转节点，下方节点上两个不同位置分别安装有第一机械手和第二机械手；

所述第一机械手的前端安装有识别单元；所述第一机械手的前端还安装有可开合固定夹具，识别单元和可开合固定夹具连接为一体，构成识别固定模块；

所述第二机械手的前端安装有图像采集模块，第二机械手中部设有一个多自由度旋转节点，便于推进和调整图像采集模块的位置；所述图像采集模块包括C字形支架和摄像头组；图像采集模块的C字形支架安装在第二机械手上；摄像头组安装在C字形支架上；所述摄像头组包括多个子摄像头，多个子摄像头均匀安装在C字形支架上；所述复合绝缘子伞裙图像采集方法具体包括以下步骤：

步骤1.操控无人机飞行至待检测的复合绝缘子附近；

步骤2.遥控开启识别固定模块的识别单元，并使可开合固定夹具保持张开状态；根据识别单元检测的装置与待检测的复合绝缘子的相对位置，确定该复合绝缘子上待夹持的芯棒位置；

步骤3.控制机械臂推送识别固定模块至该复合绝缘子上待夹持的芯棒位置，识别固定模块的可开合固定夹具夹持住该位置并闭合实现临时固定；

步骤4.可开合固定夹具临时固定后，遥控开启摄像头组的多个子摄像头，通过地面终端查看摄像头组的图像，通过第二机械手带动C字形支架，以调整摄像头组至满足拍摄要求的合适的位置；

步骤5.在摄像头组位于满足拍摄要求的合适位置，且摄像头组的多个子摄像头自动对焦清晰后，遥控摄像头组拍摄复合绝缘子伞裙表面照片；摄像头组的多个子摄像头拍摄的照片实时回传至地面终端，并合成为一张复合绝缘子伞裙表面全景照片，从而实现复合绝缘子伞裙图像采集。

2.根据权利要求1所述的复合绝缘子粉化等级检测方法，其特征在于，所述图像采集模块还包括陀螺仪单元，所述陀螺仪单元安装在C字形支架上，用于检测C字形支架是否水平。

3.根据权利要求1所述的复合绝缘子粉化等级检测方法，其特征在于，可开合固定夹具内侧设有橡胶颗粒防护层。

4.根据权利要求1所述的复合绝缘子粉化等级检测方法，其特征在于，在步骤3进行过程中，控制第一机械手与C字形支架上表面平行，并通过陀螺仪单元判断两者是否水平，令两者保持水平，两者垂直间距H根据待检测的复合绝缘子的伞间距确定。

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