CN110779486B - 一种用于电缆导体检测的误差修正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电缆检测技术领域，公开了一种用于电缆导体检测的误差方法及系统，通过增大共轭面的物面与成像系统透镜光心之间的距离来降低系统物面与电缆导体端面不重合所带来的成像误差以及由此对电缆导体截面积检测带来的误差；通过增大物距、固定电缆导体端面与物面之间的倾斜角度来降低电缆导体端面倾斜所带来的成像误差以及由此对电缆导体截面积检测带来的误差；对于切割产生的毛刺带来的误差，以毛刺系数来表征电缆导体切割中产生的毛刺对电缆导体检测结果精确度的影响因子；获得电缆导体截面的测试面积后结合毛刺系数对该测试面积进行修正，以修正后的结果作为电缆导体截面面积的测试结果；本发明极大提高了基于成像法的电缆导体截面积检测的精度。

Description

一种用于电缆导体检测的误差修正方法及系统

技术领域

本发明属于电缆检测技术领域，更具体地，涉及一种用于电缆导体检测的误差修正方法及系统。

背景技术

在电缆导体检测中，业界常用的电缆导体横截面积测量方法包括测量线径法、直流电阻法和称重法。测量线径法适合于未经绞合的导体或实心导体，对于紧压绞合的电力电缆，该方法无法使用；称重法精确度高，且适用于所有电缆，是国家标准GB-T3048.2-2007采用的方法，但是需要截取数米长的电力电缆，电力电缆成本高，切割后将影响电力电缆的销售和使用，而且切割操作复杂，耗时较长。直流电阻法是通过测量导体直流电阻反推导体横截面积，对电缆破坏小，但容易漏检电缆导体面积与其长度成比例的这类不良品。

另有一类现有技术是通过拍摄电缆导体截面的图像，利用电缆导体材料与电缆包覆层成像灰度不同的固有属性，计算成像区域内导体部分的像素点个数从而得到电缆导体截面积的方法；这类通过成像法来进行电缆导体截面积检测的方法是一种无损检测，操作简单。但是在检测的成像过程中电缆导体端面倾斜、电缆导体芯线与光路不同轴等均会带来成像误差；而另一方面，电缆导体在切割中不可避免地会产生毛刺，成像误差以及毛刺会给成像识别及检测结果带来误差；在电缆导体检测中需要对这类误差进行修正以提高检测精度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于电缆导体检测的误差修正方法及系统，其目的在于对电缆导体检测过程中的成像误差及毛刺所引起的误差进行修正，从而提高电缆导体截面积检测的精度。

为实现本发明目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于电缆导体检测的误差修正方法，通过增大共轭面的物面与成像系统透镜光心之间的距离即物距来降低系统物面与电缆导体端面不重合所带来的成像误差以及由此对电缆导体截面积检测带来的误差。

为实现本发明目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于电缆导体检测的误差修正方法，通过增大物距、固定电缆导体端面与物面之间的倾斜角度来降低电缆导体端面倾斜所带来的成像误差以及由此对电缆导体截面积检测带来的误差，其中物距是指成像中共轭面的物面与成像系统透镜光心之间的距离。

为实现本发明目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于电缆导体检测的误差修正方法，根据以下表格所列数据对应各种规格电缆，将电缆导体中轴线与成像系统光轴之间的偏移限制在各自对应的最大偏移距离内，以降低被测电缆导体中轴线与成像系统光轴之间的偏移对电缆导体截面积检测带来的误差；

电缆规格/mm<sup>2</sup>	25	35	50	70	95	120	150
								最大偏移距离/mm	4.654	5.062	5.532	6.017	6.492	6.881	7.274

为实现本发明目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于电缆导体检测的误差修正方法，以毛刺系数来表征电缆导体切割中产生的毛刺对电缆导体截面积检测结果精确度的影响因子；获得电缆导体截面的测试面积后结合毛刺系数对该测试面积进行修正，以修正后的结果作为电缆导体截面面积的测试结果。

优选地，上述用于电缆导体检测的误差修正方法中，结合毛刺系数修正得到的测试面积

其中，η₂是指毛刺系数，N是指电缆导体像素数，k是指单位面积对应的像素数，即电缆导体的实际截面积与以像素点表示的电缆截面图像大小之间的正比系数。

优选地，上述用于电缆导体检测的误差修正方法中，毛刺系数

其中，S₁是指电缆单丝的面积，Δd是指毛刺的宽度，l是指电缆单丝的边缘周长。

优选地，上述用于电缆导体检测的误差修正方法中，毛刺的宽度由标准棒切割后测得，取多根标准棒捆扎在一起然后切断，打磨切割后的一组标准棒的端面去除毛刺，测量切割后经过打磨的这一组标准棒与切割后未经过打磨的一组标准棒端面像素值，根据这两者的差值确定毛刺的宽度。

为实现本发明目的，按照本发明的另一方面，提供了一种用于电缆导体检测的误差修正系统，包括毛刺系数获取单元，以及与所述毛刺系数获取单元之间具有通信连接的电缆导体截面积修正单元；

其中，毛刺系数获取单元用于根据电缆单丝的面积与毛刺宽度来确定毛刺系数；电缆导体截面积修正单元用于根据所述毛刺系数与电缆导体截面的测试面积进行测试结果修正。

优选的，上述误差修正系统，其毛刺系数

其中，S₁是指电缆单丝的面积，Δd是指毛刺的宽度，l是指电缆单丝的边缘周长。

优选的，上述误差修正系统，修正后的电缆导体截面积

其中，η₂是指毛刺系数，N是指电缆导体像素数，k是指单位面积对应的像素数。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的用于电缆导体检测的误差修正方法及系统，针对电缆导体成像检测中的成像误差及毛刺所带来的检测误差进行修正，极大提高了基于成像法进行电缆导体检测的精度，进一步达到了针对各种各类型电缆通过图像分析实现对电缆端面有效截面积的准确测量的目的。

附图说明

图1是实施例电缆检测中成像检测原理示意图；

图2是实施例中端面不重合情况下的成像光路示意图；

图3是实施例中端面倾斜情况下的成像光路示意图；

图4是实施例中被测电缆导体与成像系统光轴不同轴情况下的成像光路示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

基于成像法的电缆导体截面积检测是以检测目标的高分辨率图像当作检测信息的主要载体，从中提取出有用信息来间接获得待检测的参数；譬如通过工业镜头获取电缆端面高分辨率照片，然后用图像采集卡将数字化的图像传输到计算机处理系统对图像进行二值化，得到电缆端面的黑白图像。在成像系统光学参数不变的条件下，电缆导体的实际截面积与电缆截面图像的大小(以像素点表示)成正比，利用这个固有特性，需要测量电缆导体的截面积时，只需测定其图像中导体所占像素点数就能得到电缆导体的实际面积；具有非接触、检测速度快和操作自动化程度高，通过图像分析实现对电缆端面有效截面积的准确测量。

参照图1，是一个由光学成像系统和硬件处理平台两部分组成的电缆导体截面积检测系统实例的示意图；其中光学成像系统的摄像头模组为KS10A411；镜筒内径为35mm，长度为60mm，镜筒上有两组定位螺栓用于固定被测件中轴线与光轴平行。定距挡板贴合被测电缆截面以控制物距固定来获得高分辨率图像。硬件处理平台CPU为INTEL CORE i5-8500，8GB内存，单张图像处理时长不超过2s。在该系统中，机械部分的定位螺栓、挡板可能出现一定程度的松动，在对电缆导体进行切割以获取截面是，导体铜材料在被切割时会不可避免地产生毛刺，这些都会给成像识别检测会带来误差。作为一种示例性的方案，通过增大物距来降低系统物面与电缆导体端面不重合所带来的成像误差以及由此对电缆导体检测带来的误差。作为另一个示例性的方案，通过增大物距、固定倾斜角度θ来降低端面倾斜所带来的成像误差以及由此对电缆导体检测带来的误差。

本发明的一个实施例中，以下结合实例及附图进行具体阐述。

一个实例中，参照图2，是成像系统物面与电缆导体端面不重合的情况下，相机成像光路示意图；其中，A和B为成像系统物面(理想状态下与导体端面重合)和感光芯片的共轭面；成像物体的大小用L表示，H为理想物体所成像的大小，u为共轭面的物面到透镜光心的距离，v为共轭面的像面到透镜光心的距离。

由于成像系统机械结构复杂性，导体端面与成像系统物面A无法完全重合，存在一小段不贴合；用Δu表示这段不贴合的距离；导体端面所成像大小为H′，H与H′的差距即为端面与物面不贴合形成的误差δ；

其中，

Δu一定时，u越大，δ越小，从原理上验证了增大物距能显著降低端面不重合所产生的误差的可行性。

一个实例中，存在端面倾斜所带来的误差；参照图3，端面倾斜情况下的成像光路中，A和B为成像系统物面(理想状态下与导体端面重合)和感光芯片的共轭面；L表示成像物体的大小；H表示理想物体所成像的大小，u为共轭面的物面(导体端面)到透镜光心的距离，v为共轭面的像面(感光CCD)到透镜光心的距离。

由于成像系统机械方面的原因，电缆导体的端面与图中所示意的成像系统物面A之间或多或少存在一些倾斜；在该图中用θ表示倾斜角度，对应的像高为H′，相当于一个高度为L′的物体在A平面上所成像；倾斜所形成的误差δ用L与L′的差距表示，具体得到该误差表示如下：

从原理上验证了在被测物体的大小L固定的情况下，增大物距、固定倾斜角度θ能显著降低端面倾斜所产生误差的可行性。

由于光学成像系统摄像头桶型失真的存在，待测件中轴线与光轴不同轴会造成一定失真，进而对电缆导体检测结果带来偏移误差。参照图4，是另一个实例中，由于成像系统机械方面的原因，被测电缆导体中轴线与光轴不重合带来误差的光路示意图；A与B为成像系统物面(导体端面)与感光芯片的共轭面，用L表示物体的大小，H为理想物体所成像的大小，u为共轭面的物面(导体端面)到透镜光心的距离，v为共轭面的像面(感光CCD)到透镜光心的距离。

导体中轴线与光轴不重合，用ΔL表示两者之间的偏移距离，L表示被测电缆导体的直径为，图中CD为理想条件下导体所成像，C’D’为偏移后的导体所成像，CD与C’D’之间的差值即为不同轴所引起的误差δ；误差表达式如下：

根据该误差，实施例中给出了在测量精度为1％的要求下，不同规格电缆在测试中的最大偏移距离，具体参照以下表1；ΔL小于该值时，面积测量产生的误差不超过1％，实测结果也验证了该表所列数据。

表1不同规格电缆的最大偏移距离

电缆规格/mm<sup>2</sup>	25	35	50	70	95	120	150
								最大偏移距离/mm	4.654	5.062	5.532	6.017	6.492	6.881	7.274

电缆导体在切割过程中不可避免会产生毛刺，目前尚无法通过改进切割方案来解决该问题，而毛刺会对成像法检测电缆导体截面积的检测结果带来误差。本发明采用毛刺系数来表征毛刺对电缆导体截面积测量结果的影响；在一个实施例方案中，根据电缆导体切割的毛刺系数，在获得电缆导体的测试面积后结合毛刺系数对该测试面积进行修正，以修正后的结果作为测试结果。在一个实施例中，修正的公式为：

其中，η₂是指毛刺系数，N是指电缆导体像素数，k是指单位面积对应的像素数，即电缆导体的实际截面积与以像素点表示的电缆截面图像大小之间的正比系数，可利用一个尺寸已知的标准工件作为测量目标对该正比系数k进行精确测定。

在一个实施例中通过如下方法来确定毛刺系数

其中，S₁是指电缆单丝的面积，Δd是指毛刺的宽度，l是指电缆单丝的边缘周长。

在一个实施例中，毛刺的宽度由标准棒切割后测得，具体的过程为：选取三根直径为3mm的标准棒，捆扎在一起然后切断，打磨其中一组三根标准棒的端面去除毛刺，测量经过打磨的这一组标准棒和与未经过打磨的一组标准棒端面像素值，根据这两者的差值确定毛刺的宽度；当然，标准棒捆扎数量不局限于3根，可以选取任意根数，均属于本发明的构思范围之内。

在实施例中测试得到的各种规格下导体单丝边缘周长数据参照如下表2。

表2各规格导体单丝边缘周长

电缆规格/mm<sup>2</sup>	25	35	50	70	95	120	150	185
									边缘周长/mm	4.524	4.524	4.523	4.147	4.147	4.147	4.147	4.147

实心导体的边缘周长只含外圆周，即横截面的周长，数据参照如下表3。

表3实心导体的边缘周长

电缆规格/mm2	25	35	50	70	95	120	150	185
									边缘周长/mm	17.72	20.97	25.06	29.65	34.55	38.83	43.42	48.22

以下表4～5是实施例中获得的各种类规格电缆导体的毛刺系数。

表4紧压绞合导体的毛刺系数

电缆规格/mm2	25	35	50	70	95	120	150	185
									毛刺系数η<sub>2</sub>/％	3.35	3.35	3.35	3.07	3.07	3.07	3.07	3.07

表5实心导体的毛刺系数

电缆规格/mm2	25	35	50	70	95	120	150	185
									毛刺系数η<sub>2</sub>/％	2.37	2	1.67	1.41	1.21	1.08	0.97	0.87

以10kV紧压绞合电力电缆(规格150mm2)和为1kV紧压绞合电缆(规格50mm2)进行测试，实测结果如下表6所列。

表6示例测量结果

基于上述的误差修正方法，实施例还提供了一种用于电缆导体检测的误差修正系统，包括毛刺系数获取单元，以及与该毛刺系数获取单元之间具有通信连接的电缆导体截面积修正单元；

其中，毛刺系数获取单元用于根据电缆单丝的面积与毛刺宽度来确定毛刺系数；电缆导体截面积修正单元用于根据所述毛刺系数与电缆导体截面的测试面积进行测试结果修正，修正后的电缆导体截面积

其中，毛刺系数

S₁是指电缆单丝的面积，Δd是指毛刺的宽度，l是指电缆单丝的边缘周长；N是指电缆导体像素数，k是指单位面积对应的像素数。实测结果表明，经过误差修正后，电缆导体截面积测量的误差小于2％，克服了电缆切割过程中不可避免所产生的毛刺对基于成像法的电缆导体检测结果的影响，满足工程现场实际测试应用的精度需求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于电缆导体截面积检测的误差修正方法，其特征在于，以毛刺系数来表征电缆导体切割中产生的毛刺对电缆导体检测结果精确度的影响因子；获得电缆导体截面的测试面积后结合毛刺系数对该测试面积进行修正，以修正后的结果作为电缆导体截面面积的测试结果；结合毛刺系数修正得到的测试面积

其中，η₂是指毛刺系数，N是指电缆导体像素数，k是指单位面积对应的像素数；所述毛刺系数

其中，S₁是指电缆单丝的面积，Δd是指毛刺的宽度，l是指电缆单丝的边缘周长。

2.如权利要求1所述的用于电缆导体截面积检测的误差修正方法中，其特征在于，毛刺的宽度由标准棒切割后测得，取多根标准棒捆扎在一起然后切断，打磨切割后的一组标准棒的端面去除毛刺，测量切割后经过打磨的这一组标准棒与切割后未经过打磨的一组标准棒端面像素值，根据这两者的差值确定毛刺的宽度。

3.一种用于电缆导体截面积检测的误差修正系统，其特征在于，包括毛刺系数获取单元，以及与所述毛刺系数获取单元之间具有通信连接的电缆导体截面积修正单元；

所述毛刺系数获取单元用于根据电缆单丝的面积与毛刺宽度来确定毛刺系数；

所述电缆导体截面积修正单元用于根据所述毛刺系数与电缆导体截面的测试面积进行测试结果修正；

修正后的电缆导体截面积

其中，η₂是指毛刺系数，N是指电缆导体像素数，k是指单位面积对应的像素数；所述毛刺系数

其中，S₁是指电缆单丝的面积，Δd是指毛刺的宽度，l是指电缆单丝的边缘周长。

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