CN110729670B - 基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，包括控制子系统、移动导轨、激光发射器、相机、图像分析模块、驱动电机和电缆切割端；移动导轨水平设置在电缆正上方，与控制子系统电性连接；激光发射器、相机、电缆切割端均设置在移动导轨上；相机与图像分析模块电性连接；图像分析模块与控制子系统电性连接；控制子系统通过驱动电机对电缆切割端进行控制。本发明还提供的一种电缆轴向切割方法，通过激光发射器、相机、图像分析模块法对电缆不同位置进行测量，计算得到电缆切割端与电缆表面的距离，得到切割曲线，以此驱动电缆切割端对电缆进行轴向切割，切割精度及效率高，大大减小了人力成本，有效提高电缆切割的工艺水平。

Description

基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统及方法
技术领域
本发明涉及电缆切割应用技术领域，更具体的，涉及一种基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，还涉及一种基于单点激光三角测距的电缆轴向切割方法。
背景技术
电缆中间接头在制作时，需分层剥掉电缆外皮、钢带铠甲、铜屏蔽层、半导电层、电缆主绝缘层等多层，剥离的尺寸必须精确到毫米级，甚至是更高精度，才能准确无误的完成电缆中间接头制作。而目前现场制作电缆头的测量，都是采用人工操作，测量一段、剥离一段、安装一个部件，这样的工作方式，工序繁琐，对现场工作人员的要求高，并且难以做到高精度测量。
而电缆中间接头在制作过程中，根据安装需求，需要对电缆进行不同深度的轴向切割。而人工测量切割由于人眼限制和实际操作的原因很难完成精准切割，并且耗时耗力，易造成中间接头制作的质量问题，引起严重事故，危害电力运行。
发明内容
本发明为克服现有在电缆中间接头在制作过程采用人工测量切割电缆的方式存在切割精确度低，耗时耗力且易造成中间接头制作质量问题的技术缺陷，提供一种基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统。
本发明还提供一种基于单点激光三角测距的电缆轴向切割方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，包括控制子系统、移动导轨、激光发射器、相机、图像分析模块、驱动电机和电缆切割端；其中：
所述移动导轨水平设置在电缆正上方，与所述控制子系统电性连接，由控制子系统进行驱动控制；
所述激光发射器、相机、电缆切割端均设置在所述移动导轨上，且激光发射器、相机、电缆切割端中心位于同一基准线上；
所述激光发射器作为激光光源照射到电缆表面，通过反射过程在所述相机上进行成像；
所述相机输出端与所述图像分析模块输入端电性连接，图像分析模块用于获取成像平面距离；
所述图像分析模块输出端与所述控制子系统输入端电性连接；
所述控制子系统输出端通过所述驱动电机对所述电缆切割端进行控制。
上述方案中，所述相机为工业CCD相机。
其中，所述系统还包括固定槽，所述固定槽与所述移动导轨平行设置，用于固定所述电缆。
其中，在所述移动导轨上设置有限位板，所述限位板用于所述限制相机的位置，控制电缆的切割长度。
其中，所述激光发射器、相机呈一定的间距设置在所述移动导轨上。
基于单点激光三角测距的电缆轴向切割方法，包括以下步骤：
S1：安装并初始化系统；
S2：根据需要切割的电缆长度调整限位板的位置，通过移动导轨控制激光发射器、相机在电缆正上方滑动，采集激光图像；
S3：图像分析模块根据得到的激光图像获取成像平面距离；
S4：控制子系统根据成像平面距离计算电缆表面与基准线的垂直距离，得到初步切割曲线；
S5：从控制子系统输入切割厚度值及电缆切割端与基准线的高度差，根据初步切割曲线生成切割曲线；
S6：根据切割曲线利用电缆切割端对电缆进行轴向切割。
其中，在所述步骤S2中，采集激光图像的过程具体为：
S21：开启移动导轨，带动激光发射器、相机至测量位置，停止移动；
S22：启动相机，对激光发射器发射的激光射线反射过程在相机上成的像进行拍摄采集；
S23：重复执行步骤S22，直至相机移动至限位板位置，得到多个激光图像。
其中，所述步骤S4具体为：
S41：记录不同的测量位置，电缆实际测量点坐标记为x；
S42：设激光发射器、相机间的距离为s，相机的焦距为f，结合步骤S3得到的各个测量位置的成像平面距离L，计算得到每个坐标x对应的电缆表面与基准线的垂直距离y0，具体表示为：
Figure BDA0002181462380000031
S43：根据坐标x与垂直距离y0，得到每个测量位置的xy0初步切割曲线。
其中，在所述步骤S4中，电缆实际测量点坐标x的确定过程具体为：
过相机焦点与电缆表面作垂直的延长线，交于x0，激光发射器与基准线的夹角为α，则电缆实际测量点坐标x表示为：
x＝x0+Δx
其中，Δx表示相机焦点位置坐标x0与电缆实际测量点坐标的误差值，其表示为：
Figure BDA0002181462380000032
已知相机焦点位置坐标x0，从而确定坐标x与y0的关系。
其中，在所述步骤S5中，电缆实际测量点坐标x关于实际切割距离y的切割曲线，具体表示为：
y＝(x0+s-x)tanα-h+Δy；
其中，Δy表示输入切割厚度值；h表示电缆切割端与基准线的高度差。
其中，所述步骤S6具体为：所述控制子系统根据切割曲线，通过所述驱动电机对电缆切割端进行控制，完成对电缆轴向的切割。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的一种基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统及方法，由激光发射器、相机、图像分析模块组成单点激光三角装置，通过单点激光三角测距的方法对电缆不同位置进行测量，计算得到电缆切割端与电缆表面的距离，得到切割曲线，以此驱动电缆切割端对电缆进行轴向切割，切割精度及效率高，大大减小了人力成本，有效提高电缆切割的工艺水平。
附图说明
图1为电缆轴向切割系统的系统模块连接示意图；
图2为系统连接简图；
图3为电缆轴向切割方法流程示意图；
图4为单点激光三角测距的原理示意图；
图5为本发明所述方法和人工测距所得到的数据比对图；
其中：1、控制子系统；2、移动导轨；3、激光发射器；4、相机；5、图像分析模块；6、驱动电机；7、电缆切割端；8、电缆。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1、图2所示，基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，包括控制子系统1、移动导轨2、激光发射器3、相机4、图像分析模块5、驱动电机6和电缆切割端7；其中：
所述移动导轨2水平设置在电缆8正上方，与所述控制子系统1电性连接，由控制子系统1进行驱动控制；
所述激光发射器3、相机4、电缆切割端7均设置在所述移动导轨2上，且激光发射器3、相机4、电缆切割端7中心位于同一基准线上；
所述激光发射器3作为激光光源照射到电缆8表面，通过反射过程在所述相机4上进行成像；
所述相机4输出端与所述图像分析模块5输入端电性连接，图像分析模块5用于获取成像平面距离；
所述图像分析模块5输出端与所述控制子系统1输入端电性连接；
所述控制子系统1输出端通过所述驱动电机6对所述电缆切割端7进行控制。
在具体实施过程中，所述相机4为工业CCD相机。
更具体的，所述系统还包括固定槽，所述固定槽与所述移动导轨2平行设置，用于固定所述电缆8。
更具体的，在所述移动导轨2上设置有限位板，所述限位板用于所述限制相机4的位置，控制电缆8的切割长度。
更具体的，所述激光发射器3、相机4呈一定的间距设置在所述移动导轨2上。
实施例2
更具体的，如图3所示，基于单点激光三角测距的电缆轴向切割方法，包括以下步骤：
S1：安装并初始化系统；
S2：根据需要切割的电缆8长度调整限位板的位置，通过移动导轨2控制激光发射器3、相机4在电缆8正上方滑动，采集激光图像；
S3：图像分析模块5根据得到的激光图像获取成像平面距离；
S4：控制子系统1根据成像平面距离计算电缆8表面与基准线的垂直距离，得到初步切割曲线；
S5：从控制子系统1输入切割厚度值及电缆切割端7与基准线的高度差，根据初步切割曲线生成切割曲线；
S6：根据切割曲线利用电缆切割端7对电缆8进行轴向切割。
在具体实施过程中，由激光发射器3、相机4、图像分析模块5组成单点激光三角装置，应用单点激光三角测距的方法测量电缆8表面到电缆切割端7的距离，由激光发射器3将一束光投射到被测电缆8表面，在另个方向通过相机4进行成像，观察反射点的位置，由图像分析模块5获取成像平面距离L。
更具体的，在所述步骤S2中，采集激光图像的过程具体为：
S21：开启移动导轨2，带动激光发射器3、相机4至测量位置，停止移动；
S22：启动相机4，对激光发射器3发射的激光射线反射过程在相机4上成的像进行拍摄采集；
S23：重复执行步骤S22，直至相机4移动至限位板位置，得到多个激光图像。
更具体的，所述步骤S4具体为：
S41：记录不同的测量位置，电缆8实际测量点坐标记为x；
S42：设激光发射器3、相机4间的距离为s，相机4的焦距为f，结合步骤S3得到的各个测量位置的成像平面距离L，计算得到每个坐标x对应的电缆8表面与基准线的垂直距离y0，具体表示为：
Figure BDA0002181462380000051
S43：根据坐标x与垂直距离y0，得到每个测量位置的xy0初步切割曲线。
更具体的，在所述步骤S4中，电缆8实际测量点坐标x的确定过程具体为：
过相机4焦点与电缆8表面作垂直的延长线，交于x0，激光发射器3与基准线的夹角为α，则电缆8实际测量点坐标x表示为：
x＝x0+Δx
其中，Δx表示相机4焦点位置坐标x0与电缆8实际测量点坐标的误差值，其表示为：
Figure BDA0002181462380000061
已知相机4焦点位置坐标x0，从而确定坐标x与y0的关系。
在具体实施过程中，如图4所示，单点激光三角装置获取成像平面距离L的原理为：过相机4焦点f作平行于激光入射线的辅助线交于点N，被测光缆8在点状激光发射器3的照射下，反射回相机4成像平面的位置点为M，成像平面MN的距离即为成像平面距离L。
更具体的，在所述步骤S5中，电缆8实际测量点坐标x关于实际切割距离y的切割曲线，具体表示为：
y＝(x0+s-x)tanα-h+Δy；
其中，Δy表示输入切割厚度值；h表示电缆切割端7与基准线的高度差。
更具体的，所述步骤S6具体为：所述控制子系统1根据切割曲线，通过所述驱动电机6对电缆切割端7进行控制，完成对电缆8轴向的切割。
在具体实施过程中，由移动导轨2上的驱动电机6拖动，令激光发射器3、相机4每隔5mm长度采集一次图像，从而得到xy的切割曲线，切割精度达到0.1毫米。
实施例3
更具体的，在实施例1、实施例2的基础上，电缆切割端7与电缆8表面设定值为5mm，由于电缆8在安装的时候不是处于直线状态，而且电缆外表面防护层的圆度一致性不好，导致常用的激光测距仪沿着轴线方向测量刀具与电缆表面的最小距离时，其结果设定值之间存在误差，平均距离5.15mm。用单点激光三角测距方法测量电缆切割端7与电缆8表面的距离，与人工采用激光测距仪测量的数据进行比较，测量数据如图5所示；激光测距仪测量的平均最小距离5.151mm，误差精度达0.01mm，人工测量的平均结果是6.206mm，误差较大。
在具体实施过程中，本发明由激光发射器3、相机4、图像分析模块5组成单点激光三角装置，通过单点激光三角测距的方法对电缆8不同位置进行测量，计算得到电缆切割端7与电缆8表面的距离，得到切割曲线，以此驱动电缆切割端7对电缆8进行轴向切割，切割精度及效率高，大大减小了人力成本，有效提高电缆8切割的工艺水平。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：包括控制子系统(1)、移动导轨(2)、激光发射器(3)、相机(4)、图像分析模块(5)、驱动电机(6)和电缆切割端(7)；其中：
所述移动导轨(2)水平设置在电缆(8)正上方，与所述控制子系统(1)电性连接，由控制子系统(1)进行驱动控制；
所述激光发射器(3)、相机(4)、电缆切割端(7)均设置在所述移动导轨(2)上，且激光发射器(3)、相机(4)、电缆切割端(7)中心位于同一基准线上；
所述激光发射器(3)作为激光光源照射到电缆(8)表面，通过反射过程在所述相机(4)上进行成像；
所述相机(4)输出端与所述图像分析模块(5)输入端电性连接，图像分析模块(5)用于获取成像平面距离；
所述图像分析模块(5)输出端与所述控制子系统(1)输入端电性连接；
所述控制子系统(1)输出端通过所述驱动电机(6)对所述电缆切割端(7)进行控制；其中：
首先安装并初始化系统；根据需要切割的电缆(8)长度调整限位板的位置，通过移动导轨(2)控制激光发射器(3)、相机(4)在电缆(8)正上方滑动，采集激光图像；图像分析模块(5)根据得到的激光图像获取成像平面距离；控制子系统(1)根据成像平面距离计算电缆(8)表面与基准线的垂直距离，得到初步切割曲线；从控制子系统(1)输入切割厚度值及电缆切割端与基准线的高度差，根据初步切割曲线生成切割曲线；根据切割曲线利用电缆切割端对电缆进行轴向切割。
2.根据权利要求1所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：还包括固定槽，所述固定槽与所述移动导轨(2)平行设置，用于固定所述电缆(8)。
3.根据权利要求2所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：在所述移动导轨(2)上设置有限位板，所述限位板用于限制所述相机(4)的位置，控制电缆(8)的切割长度。
4.根据权利要求3所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：所述激光发射器(3)、相机(4)呈一定的间距设置在所述移动导轨(2)上。
5.如权利要求4所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统的电缆轴向切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：安装并初始化系统；
S2：根据需要切割的电缆(8)长度调整限位板的位置，通过移动导轨(2)控制激光发射器(3)、相机(4)在电缆(8)正上方滑动，采集激光图像；
S3：图像分析模块(5)根据得到的激光图像获取成像平面距离；
S4：控制子系统(1)根据成像平面距离计算电缆(8)表面与基准线的垂直距离，得到初步切割曲线；
S5：从控制子系统(1)输入切割厚度值及电缆切割端与基准线的高度差，根据初步切割曲线生成切割曲线；
S6：根据切割曲线利用电缆切割端对电缆进行轴向切割。
6.根据权利要求5所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统的电缆轴向切割方法，其特征在于：在所述步骤S2中，采集激光图像的过程具体为：
S21：开启移动导轨(2)，带动激光发射器(3)、相机(4)至测量位置，停止移动；
S22：启动相机(4)，对激光发射器(3)发射的激光射线反射过程在相机(4)上成的像进行拍摄采集；
S23：重复执行步骤S22，直至相机(4)移动至限位板位置，得到多个激光图像。
7.根据权利要求6所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统的电缆轴向切割方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：
S41：记录不同的测量位置，电缆实际测量点坐标记为x；
S42：设激光发射器(3)、相机(4)间的距离为s，相机(4)的焦距为f，结合步骤S3得到的各个测量位置的成像平面距离L，计算得到每个坐标x对应的电缆(8)表面与基准线的垂直距离y0，具体表示为：
Figure FDA0002676503910000021
S43：根据坐标x与垂直距离y0，得到每个测量位置的xy0初步切割曲线。
8.根据权利要求7所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统的电缆轴向切割方法，其特征在于：在所述步骤S4中，电缆实际测量点坐标x的确定过程具体为：
过相机(4)焦点与电缆(8)表面作垂直的延长线，交于x0，激光发射器(3)与基准线的夹角为α，则电缆实际测量点坐标x表示为：
x＝x0+Δx
其中，Δx表示相机(4)焦点位置坐标x0与电缆实际测量点坐标的误差值，其表示为：
Figure FDA0002676503910000031
已知相机(4)焦点位置坐标x0，从而确定坐标x与y0的关系。
9.根据权利要求8所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统的电缆轴向切割方法，其特征在于：在所述步骤S5中，电缆实际测量点坐标x关于实际切割距离y的切割曲线，具体表示为：
y＝(x0+s-x)tanα-h+Δy；
其中，Δy表示输入切割厚度值；h表示电缆切割端与基准线的高度差。
10.根据权利要求9所述的基于单点激光三角测距的电缆轴向切割系统的电缆轴向切割方法，其特征在于：所述步骤S6具体为：所述控制子系统(1)根据切割曲线，通过所述驱动电机(6)对电缆切割端进行控制，完成对电缆(8)轴向的切割。
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《激光测距仪在板坯连铸二次切割系统中的应用》;李克;《山西冶金》;20140228(第2014年02期);37-38、57 *

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CN110729670A (zh) 2020-01-24

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