CN110967530B - 一种带深度探头的全自动插线装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带深度探头的全自动插线装置的使用方法，包括规范化配电终端各类航空插头、全自动插线装置视觉识别系统、深度探头、自适应装载模具、自动应力感应系统，从而实现机器人的全自动插拔线过程，极大的提升了配电终端的检测效率降低了人工操作成本。

Description

一种带深度探头的全自动插线装置的使用方法

技术领域

本发明属于配电自动化终端检测领域，尤其涉及一种带深度探头的全自动插线装置。

背景技术

随着大规模省域智能配电网的建设，配网网架结构中安装大量各种类型的终端，包括DTU\FTU、故障指示器及配电线路故障定位装置等。同时，当前各类配电终端功能更加强大，性能要求更高，应用规模越来越大。生产配电终端厂家较多，终端的质量、不同现场环境的适应性等存在较大的不确定性。

国网运检部在2017年初发布运检三〔2017〕6号文，《国网运检部关于做好“十三五”配电自动化建设应用工作的通知》中在第五部分“加强专业协同”第3条“加强设备质量管控”的工作安排中明确要求如下：“各单位运检部门要会同物资部门，强化设备入网检测、到货检测、运行分析评价三级质量管控措施，严把设备质量关。配电终端、线路故障指示器、智能配变终端、一二次成套开关等设备的采购，所采购设备必须通过中国电科院组织的专项检测；各单位对配电终端、线路故障指示器、智能配变终端采取到货全检”。

正常情况下，对配电终端的检测需要人工对终端进行接线，使其与检测设备对接。但每个配电终端的航空插头类型不一致，并且接线方式并没有统一的要求，需要专业人员逐一确认对接，对检测效率有非常大的影响。

山东电科院作为区域检测中心，每年检测的终端数量十分庞大，单纯依靠人工进行逐台设备的检测，存在人工检测能力欠缺，检测人员不足，检测效率低下以及无法统一管理的问题。因此，提供快速可靠的检测以应用于现场的各类终端设备，对于提升配电线路故障定位项目的建设质量、保障运行管理，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种带深度探头的全自动插线装置，该装置与机器人配合，能够将配电终端放入检测工位后实现配电终端航空插头的全自动插入，进而进行配电终端的检测，整个过程无需人工参与，提高了检测效率。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种带深度探头的全自动插线装置及其使用方法，该全自动插线装置包括：自适应装载模具、标准化的航空插座、视觉识别系统和自动应力感应系统。该全自动插线装置的使用方法包括：

步骤（1）：对不同类型配电终端的航空插头进行标准化要求并提出外观标准化要求规范，以达到通过插线机器人实现全自动插线；

步骤（2）：通过视觉识别的宽度调整实现视觉识别系统优化，增强识别精确度；

步骤（3）：在插线机器人增加深度探头装置，通过探深反馈结果自动适应不标准的配电终端；

步骤（4）：设计不同类型航空插头的自适应装载模具，实现机器人对不同航空插头的自动抓取；

步骤（5）：根据自动应力感应系统，防止机器人插线用力过大，造成检测设备损坏，保障机器人插线的自动化和流程化。

所述步骤（1）中航空插头的标准化是指对配电终端的所有接线的航空插头进行要求，包括航空插头的数量、用途、外观结构、旋转角度、柜体位置等都进行了详细的要求，从而达到不同供货厂家所供产品的规范化和统一性，为自动化检测的实现打好基础。

所述步骤（2）中视觉识别系统的优化是指在原有视觉识别系统的基础上，通过改进视觉识别成像装置，扩大视觉识别的范围；通过改进视觉识别系统，支持更大误差范围和倾斜角度，提升识别适应性和精确度。

所述步骤（3）中增加了深度检测探头装置，可对不标准的配电终端自动适应。深度探头主要用于检测配电终端插线面板与标准件的深度距离差值，进而影响识别拍照摄像头的拍照距离，使其能够更清晰的成像；深度探头检测的距离差值还会影响航空插头的插入深度，避免检测线插入过度或者不能完全插入，对检测件造成损坏，影响后续检测。

所述步骤（4）的自适应装载模具进行了通用性设计，可以对不同的航空插头实现统一接入，从而解决了插线机器人对不同类型航空插线的抓取问题和定位问题，仅用一个插线机器人实现配电终端所有类型航空插线的插拔线操作，满足了自动化检测的使用条件。

所述步骤（5）的自动应力感应是指插线机器人在插线过程中实时对插入的力度进行感应和反馈，根据事先标定的额定范围进行比较，防止用力过大，造成设备损坏。

本发明具有的有益效果

1.作为一种全自动插线装置，本发明为实现配电终端的全自动检测提供了可行性基础，进而实现在检测效率上的极大提升，使配电终端检测的繁重工作不再对人力有较大的需求。

2.本发明通过一系列标准化和通用化的设计，如航空插头的标准化、不同类型航空插头的自适应装载模具等，为配电终端的自动化、标准化检测提供了技术支撑和实现可能。

3.作为一种视觉识别系统改进和优化的方法，本发明使全自动检测流水线在机器人图像识别方面可适应性更强、精确度更高，有利于检测能力和检测效率的提升。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明中标准化5芯航空插座尺寸图与面板开孔图；

图2为本发明中标准化6芯电压航空插座尺寸图与面板开孔图；

图3为本发明中标准化6芯防开路航空插座尺寸图与面板开孔图；

图4为本发明中标准化10芯航空插座尺寸图与面板开孔图；

图5为本发明中视觉识别宽度调整后的插线夹具；

图6为本发明中深度探头装置；

图7为本发明中航空插头的自适应装载模具。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。本发明公开了一种带深度探头的全自动插线装置，包括：自适应装载模具、标准化的航空插座、视觉识别系统和自动应力感应系统。自适应装载模具实现航空插座的外形尺寸的标准化，方便插线夹具进行抓取。配电终端上设有4个航空插头，分别为5针、6 针、6 针和10针航空插头，下图1-4中详细说明，分别用于与标准化航空插座匹配。

全自动插线装置工作时，首先通过深度探头装置探测配电终端航空插头的安装面与全自动插线装置的距离，然后由视觉相机进行拍照，且在拍照期间视觉光源灯保持常亮，以保证拍摄的照片足够清晰，进行航空插头的识别与定位，再由抓指夹住航空插头标准件进行插线。检测完成后再由全自动插线装置进行拔线，拔线时不需要再进行拍照和定位。

本发明的自适应装载模具通过视觉识别系统对航空插头及网线水晶头的识别，实现一套全自动插线装置对不同航空插头及网线水晶头的广泛适应。

如图1-4所示，分别对不同配电终端所对应的不同航空插座和插头进行标准化规范，包括不同航空插座的类型、作用、检测孔位置、内外径尺寸、孔芯相对角度位置、插头高度、面板开孔尺寸等，均进行了详细而精确的要求。通过对航空插头标准化的设计和要求，确保不同厂家所提供的航空插头的针脚定义，外观和尺寸的一致性,以适应不同厂家提供的配电终端。同时针对与插头对应的插座进行标准化设计，采用自适应装载模具,实现不同（5个）航空插座和网线头的统一抓取。所有航空插头均设有检测孔，采用红漆涂圆，该检测孔的直径统一为4mm、深度统一为0.5mm，且均位于航空插头凸台位置的正下方，与螺丝口在一个同心圆上。在视觉识别过程中，该检测孔作为配电终端检测的定位基准点，用于作为进行各类型航空插头相对位置和安装于配电终端上旋转角度定位的依据。

如图1所示：本发明电源航空插座采用5芯针式航空插座，5个插孔在同心圆上均匀分布，插座5个插孔组成同心圆的内径为12mm，内凸台的大小为2mm*1.8mm，插座底座三个螺丝口组成的同心圆直径为36mm，插座凸起安装口高度为8mm，外径29mm，内径26mm，整个底座直径44mm。

如图2所示：本发明电压航空插座采用6芯针式航空插座，6个插孔在同心圆上均匀分布，插座6个插孔组成同心圈的内径为12mm，内凸台的大小为2mm*1.8mm，插座底座三个螺丝口组成的同心圆直径为36mm，插座凸起安装口高度为8mm，外径29mm，内径26mm，整个底座直径44mm。。

如图3所示：本发明电流航空插座采用6芯防开路航空插座，6个插孔在同心圆上均匀分布，插座6个插孔组成同心圆的内径为14.6mm，内凸台的大小为2mm*1.8mm，插座底座三个螺丝口组成的同心圆直径为50mm，插座凸起安装口高度为15.4mm，外径38.8mm，内径34.8mm，整个底座直径58mm。

如图4所示：本发明控制和信号航空插座采用10芯针式航空插座，10个插孔在同心圆上均匀分布，插座10个插孔组成同心圆的内径为15mm，内凸台的大小为2mm*1.5mm，插座底座三个螺丝口组成的同心圆直径为50mm，插座凸起安装口高度为10.6mm，内径40mm，整个底座直径59mm。

图5为本发明中视觉识别宽度调整后的插线夹具，所述插线夹具包括安装板、安装支架、抓指、视觉支架、视觉光源、视觉相机、连接法兰、深度探头、自动应力感应装置等部件。所有部件安装于安装板上，通过内六角螺丝进行连接固定。视觉支架与安装板通过连接法兰进行连接。视觉相机与视觉光源安装于视觉支架上，通过内六角螺丝进行连接。抓指与自动应力感应装置通过内六角螺丝进行连接，自动应力感应装置通过内六角螺丝安装在安装板上。深度探头通过内六角螺丝安装于安装板上，进行连接。

该插线装置的视觉识别系统，包括视觉光源、视觉相机。由于目前配电终端所配置的4个航空插座和网线口其针孔数、外观等均不相同，需要视觉识别系统根据以上特征进行不同类型航空插头的识别。视觉光源与视觉相机连接在视觉支架上，当视觉相机对航空插头拍照时提供充足的光源；视觉光源采用大功率，大光圈光源，光圈直径超过12cm，亮度超过10亿lux（光照度单位，勒克斯）每平方米。通过大范围、高亮度的照明，确保视觉相机拍摄的航空插头画面和细节均清晰，以利于对航空插头的识别。视觉识别系统根据航空插头上经过标准化的用红漆涂圆的检测孔进行定位，计算检测孔原始标定位置与实际位置的偏差，包括上下左右的偏差及旋转角度。通过该偏差得到航空插座的实际位置，为自动插线提供位置指导。通过扩大补光光源，视觉识别系统根据所拍摄航空插头的外观进行识别，避免了各配电终端供应商采用的航空插头工艺不一致造成现场拍摄效果差异性较大的问题，解决了航空插头在配电终端安装位置不一致，航空插头凸台位置不固定等问题导致的插线困难。

自动应力感应装置包括一个应力传感器，其被安装到插头抓指的上方，用于检测航空插头插入插座时的推力大小。当推力超过300N(力单位，牛顿)时，应力传感器发送停止信号给插拔线设备进而停止继续插入，退出插线过程，进行二次图像识别修正、再次插线，从而防止用力过大，造成设备损坏。

如图6所示为深度探头的局部放大示意图，由深度探头、碰触探测器组成，通过内六角螺丝固定在安装板上。深度探头通过测量航空插座与视觉相机的距离，以确保视觉相机拍摄照片角度和距离与航空插座的一致性，保证视觉识别和分析的准确度。深度探头与碰触探测器相连，以随时感受来自探头的力。进行深度探测时，全自动插线装置探头向配电终端缓慢靠近，当碰触探测器感受到探头的碰撞时，发送信息至全自动插线装置，并记录此时的位置，后续视觉拍摄和航空插头的插入均以此为位置为基准，以确保识别与插线的准确性。

如图7所示为自适应装载模具，由模块本体、航空插头接头固定螺丝，电缆线出口工装三部分组成。航空插头固定孔根据4种航空插头和网络水晶头进行定制，待航空插头插入模块本体后通过固定螺丝与模块本体固定，电缆线出口工装将电缆线与模块本体连接，实现航空插头与所连接电缆线的固定。该自适应装载模具能够自适应支持不同配电终端的电源航空插头、电压航空插头、电流航空插头、控制和信号航空插头，以及网线水晶头。通过通用性标准件设计，为以上航空插头和网线水晶头进行标准化外形的加装，为插线机器人实现各类航空插头抓取提供了支撑，从而实现全自动检测。

本发明还提供一种带深度探头的全自动插线装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，使用深度探头进行标定，确定配电终端上的航空插头与全自动插线装置的相对位置；

步骤二，在测得相对位置后，全自动插线装置再移动光源至相同位置通过视觉相机进行拍照，进行航空插头的识别和位置定位；

步骤三，通过识别的航空插头，全自动插线装置在插头固定位置选择对应的航空插座，并以步骤一测得的相对位置为基准，插入航空插头；

步骤四，插线过程中自动应力感应装置实时检测所受推力，当超过预设值时停止插线，退出插线过程，进行二次图像识别修正，再次插线，防止用力过大，造成设备损坏；

步骤五，自动应力感应装置未出现推力过大告警时，向插座方向推进航空插头10mm，保证航空插头与插座紧密连接，完成插线过程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种带深度探头的全自动插线装置的使用方法，所述全自动插线装置包括：插线夹具和标准化的航空插座，插线夹具包括：自适应装载模具，视觉识别系统和自动应力感应系统；自适应装载模具在视觉识别系统和自动应力感应系统的辅助下自动适应不同配电终端的标准化航空插头，所述标准化航空插头包括电池航空插头、电压航空插头、电流航空插头、控制和信号航空插头；其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

步骤1，使用插线夹具的深度探头进行标定，确定配电终端上的航空插头与深度探头的相对位置；

步骤2，在测得相对位置后，全自动插线装置再移动视觉识别系统的视觉光源至相同位置，通过视觉识别系统的视觉相机进行拍照，进行航空插头的识别和位置定位；

步骤3，对配电终端上的4个航空插头逐个拍照，并进行识别，记录每个航空插头的类型；

步骤4，通过识别的航空插头，全自动插线装置逐个选择对应的航空插座，并将航空插头以步骤1测得的相对位置为基准移动到相应位置；

步骤5，通过识别航空插头，根据视觉识别判断航空插头的偏移和旋转角度，全自动插线装置逐个选择对应的航空插头进行相应的旋转，将航空插头插入航空插座；

步骤6，插线过程中自动应力感应系统实时检测航空插头插入航空插座时的推力大小，当超过预设值时停止插线，退出插线过程进行二次图像识别修正、插线，防止用力过大，造成设备损坏；

步骤7，自动应力感应系统未出现推力过大告警时，向插座方向推进航空插头10mm，保证航空插头与插座紧密连接，完成插线过程。

2.如权利要求1所述的带深度探头的全自动插线装置的使用方法，其特征在于，

自适应装载模具包括：模块本体、航空插头接头固定螺丝、航空插头固定孔、以及电缆线出口工装；

航空插头固定孔根据4种航空插头进行定制，航空插头与电缆线焊接后，插入模块本体后通过固定螺丝与模块本体固定，电缆线出口工装通过螺丝与模块本体连接，实现航空插头所连接电缆线的固定。

3.如权利要求1所述的带深度探头的全自动插线装置的使用方法，其特征在于，

插线夹具还包括：安装板、抓指和深度探头，深度探头通过内六角螺丝安装于安装板上；

自动应力感应系统包括：应力传感器，安装于抓指上方，并与抓指通过内六角螺丝连接；

视觉识别系统包括：视觉支架、视觉光源和视觉相机，视觉支架通过连接法兰与安装板连接，视觉光源和视觉相机安装于视觉支架上。

4.如权利要求3所述的带深度探头的全自动插线装置的使用方法，其特征在于，

步骤6中，当应力传感器检测到所述推力超过300N时，应力传感器发送停止插入信号给插拔线设备，停止继续插入，退出插线过程，进行二次图像识别修正，再次插线。

5.如权利要求3所述的带深度探头的全自动插线装置的使用方法，其特征在于，

自适应装载模具还具有航空插头类型的识别部，所述识别部根据视觉相机采集到的图片信息识别不同类型的航空插头。

6.如权利要求3所述的带深度探头的全自动插线装置的使用方法，其特征在于，

视觉光源的光圈直径超过12cm。

7.如权利要求3所述的带深度探头的全自动插线装置的使用方法，其特征在于，

深度探头包括探头、碰触探测器，通过内六角螺丝固定在安装板上；步骤1中，深度探头测量航空插座与视觉相机的距离。

Images