CN111929315A - 一种缠绕式线缆表皮检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种缠绕式线缆表皮检测装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

一种缠绕式线缆表皮检测装置及其检测方法，属于线缆铺置及线缆表皮损伤检测领域。现有的线缆铺置过程中，不具有对线缆的表皮进行检测的功能，线缆在后续的使用过程中存在因表皮破损而出现故障的情况。一种缠绕式线缆表皮检测装置，底部支架位于缠绕式线缆表皮检测装置的最下端，承载箱体固定在底部支架的上方；在承载箱体侧面，从前到后的方向上依次安装有绕线系统、导线系统、辅助支架、检测系统、测速系统、另一个辅助支架和另一个绕线系统，且导线系统和两个绕线系统的绕线端露于承载箱体的外部；在承载箱体的顶部表面镶嵌安装有触控系统和控制按钮。本发明线缆表皮是否存在异常的检测结果准确。

Description

一种缠绕式线缆表皮检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种缠绕式线缆表皮检测装置及其检测方法。
背景技术
有的线缆铺置过程中，不具有对线缆的表皮进行检测的功能，线缆在后续的使用过程中存在因表皮破损而出现故障的情况。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的线缆铺置过程中，不具有对线缆的表皮进行检测的功能的问题，而提出一种缠绕式线缆表皮检测装置及其检测方法。
一种缠绕式线缆表皮检测装置，其组成包括：底部支架、承载箱体、绕线系统、触控系统、控制按钮、导线系统、检测系统、测速系统、一组辅助支架；
底部支架位于缠绕式线缆表皮检测装置的最下端，承载箱体固定在底部支架的上方；在承载箱体的其中一个侧面，从前到后的方向上依次安装有绕线系统、导线系统、辅助支架、检测系统、测速系统、另一个辅助支架和另一个绕线系统，且导线系统和两个绕线系统的安装端和动力源部分位于承载箱体内部，导线系统和两个绕线系统的绕线端露于承载箱体的外部；在承载箱体的顶部表面镶嵌安装有触控系统和控制按钮；
其中，
触控系统用于设定整个装置的工作参数，以及监控线缆的检测状态；触控系统中集成有所述的一种缠绕式线缆表皮检测装置的控制单元，触控系统和控制按钮的具有控制单元的部分位于承载箱体的内部，触控系统和控制按钮的操作部分露于承载箱体的外部；
控制按钮用于进行缠绕式线缆表皮检测装置的启动、停止、急停操作；
两个绕线系统、两个导线系统、检测系统、测速系统和控制按钮同时连接至触控系统的控制单元。
一种缠绕式线缆表皮检测方法，所述的检测方法包括以下步骤：
步骤一、控制系统控制绕线系统、导线系统的电机运行，同时控制检测系统的检测摄像头实时抓取线缆表皮图片；
步骤二、利用图像检测算法对多角度拍摄的图片进行识别处理，若检测到表皮有损坏时，控制绕线系统、导线系统的电机停止运行，并将检测到的损坏图片展示给用户，由用户确认是否为线损，用户确认后控制系统继续运行；若否，则继续检测；
步骤三、控制系统同时实时采集速度传感器的信息，检测当前收线速度为大于放线速度还是小于放线速度，且当速度差超过预先设定的阈值时，控制系统将控制对应的电机停机运行，当速度差减少到预先设定值的范围内时，控制系统将控制已停机电机继续运行，当整盘线缆完成检测时，系统停止检测并控制电机停机。
本发明的有益效果为：
本发明的结构设计紧凑，检测工作流程简便快速。
本发明方法是对阈值处理后的电线图像进行边缘检测，然后对电线上下边缘进行精确搜索，从而得到上下边缘点集。对于正常的电线，其具有宽度稳定、色泽规律、上下边缘弯曲统一且舒缓的特点，因此通过对上下边缘点集计算平均宽度然后比较，可以发现大部分破损问题，同时对上下边缘点集分区计算斜率与凹凸度，寻找异常的斜率与凹凸度变化，可以发现弯折异常；电线在图中是弯曲的条状区域，为了便于处理，对于内部存在的问题，算法将弯曲的条状区域整合为矩形长条区域，然后在矩形区内基于阈值等检测异常小区域(块)，从而发现电线内部异常。通过以确保每个X位置都一个边缘点、精确的边缘检测步骤、以及精确、完整检测到上下边缘所有点的步骤，本发明方法的线缆表皮检测效果精确，能有效发现外皮损伤。
附图说明
图1为本发明涉及的缠绕式线缆表皮检测装置；
图2为本发明涉及的缠绕式线缆表皮检测装置后侧视图；
图3为本发明涉及的缠绕式线缆表皮检测装置正面局部视图；
图4为本发明涉及的绕线系统；
图5为本发明涉及的绕线系统爆炸图；
图6为本发明涉及的导线系统剖视展现图；
图7为本发明涉及的导线系统独立视图；
图8为本发明涉及的导线系统爆炸图；
图9为本发明涉及的检测系统安装位置图；
图10为本发明涉及的检测系统；
图11为本发明涉及的检测系统侧上俯视图；
图12为本发明涉及的检测系统爆炸图；
图13为本发明涉及的辅助支架；
图14为本发明涉及的缠绕式线缆表皮检测装置检测工作图；
图15为本发明涉及的导线系统工作原理图；
图16为本发明涉及的方法流程图；
图17为本发明涉及的电线图像；
图18为本发明涉及的电线图像；
图19为本发明涉及的电线图像中进行左右端点定位步骤的示意；
图20为本发明涉及的电线图像中进行左右端点定位步骤的示意；
图21为本发明涉及的电线图像中进行Canny电线边缘检测图示；
图22为本发明涉及的电线图像中进行Canny电线边缘检测图示；
图23为本发明涉及的电线图像中进行电线边缘检测步骤的示意；
图24为本发明涉及的电线图像中进行电线边缘检测步骤的示意。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测装置，如图1所示，其组成包括：底部支架1、承载箱体2、绕线系统3、触控系统4、控制按钮5、导线系统6、检测系统7、测速系统8、一组辅助支架9；
底部支架1位于缠绕式线缆表皮检测装置的最下端，承载箱体2固定在底部支架1的上方，底部支架1对承载箱体2起到支撑作用；在承载箱体2的其中一个侧面，从前到后的方向上依次安装有绕线系统3、导线系统6、辅助支架9、检测系统7、测速系统8、另一个辅助支架9和另一个绕线系统3，且导线系统6和两个绕线系统3的安装端和动力源部分位于承载箱体2内部，导线系统6和两个绕线系统3的绕线端露于承载箱体2的外部，用于对线缆进行缠绕、疏导等操作；在承载箱体2的顶部表面从前到后的方向上镶嵌安装有触控系统4和控制按钮5；
其中，
触控系统4用于设定整个装置的工作参数，以及监控线缆的检测状态；触控系统4中集成有所述的一种缠绕式线缆表皮检测装置的控制单元，用于采集和控制整个设备的工作状态，触控系统4和控制按钮5的具有控制单元的部分位于承载箱体2的内部，触控系统4和控制按钮5的操作部分露于承载箱体2的外部；
控制按钮5位于触控系统4的一侧，用于进行缠绕式线缆表皮检测装置的启动、停止、急停操作。
两个绕线系统3、两个导线系统6、检测系统7、测速系统8和控制按钮5同时连接至触控系统4的控制单元；所述的控制单元即为CPU。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测装置，
所述的绕线系统3的安装端还包括绕线固定座3a和绕线电机支架3b；
所述的绕线系统3的动力源部分还包括绕线电机3c和绕线联轴器3d；
所述的绕线系统3的绕线端还包括绕线轴承座3e、绕线轴3f和绕线轮3g；
绕线固定座3a是绕线系统3的固定和支撑部件，安装在承载箱体2的内部底面，绕线电机支架3b和绕线轴承座3e排布固定在绕线固定座3a的顶面；绕线电机3c固定在绕线电机支架3b上，绕线轴3f的后端穿过绕线轴承座3e，并通过绕线联轴器3d与绕线电机3c的输出轴相连接；绕线轴3f的前端安装有绕线轮3g；且绕线轴3f的前端穿过承载箱体2的侧壁，绕线轮3g位于承载箱体2的外侧；
绕线电机3c的输出轴通过绕线联轴器3d和绕线轴3f带动绕线轮3g一同转动；
轴承座3e对绕线轴3f起到辅助固定作用，保证绕线轴3f和绕线轮3g在工作中转动平稳。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测装置，所述的导线系统6的安装端还包括导线固定座6a、导线电机支架6b
所述的导线系统6的动力源部分还包括导线电机6c、导线联轴器6d；
所述的导线系统6的绕线端还包括导线轴承座6e、导线轮支架6f、导线轮6g、导线滑动块6h、导线螺杆轴6i、导线支座6j、导线滑动轴6k、导线支撑板6l、导线丝杠螺母6m；
导线固定座6a是导线系统6的固定和支撑部件，安装在承载箱体2的内部底面，导线电机支架6b和导线轴承座6e依次排布固定在导线固定座6a的顶面；导线电机6c固定在导线电机支架6b上，导线螺杆轴6i的后端穿过导线轴承座6e，并通过导线联轴器6d与导线电机6c的输出轴相连接；导线螺杆轴6i的前端设有丝杠结构，导线螺杆轴6i的前端穿过承载箱体2的侧壁并伸出到承载箱体2的外侧；导线支撑板6l固定在承载箱体2的外侧，2个导线支座6j固定在导线支撑板6l上表面的前后两端，在2个导线支座6j之间安装有导线滑动轴6k；导线滑动块6h套装在导线滑动轴6k上，可沿导线滑动轴6k往复滑动，导线滑动块6h上镶嵌安装有导线丝杠螺母6m，导线滑动块6h的顶部连接有导线轮支架6f，在导线轮支架6f上安装有3个可自由转动的导线轮6g；导线螺杆轴6i的在承载箱体2外的一部分依次穿过导线支座6j、导线滑动块6h、另一个导线支座6j，并且与镶嵌安装在导线滑动块6h上的导线丝杠螺母6m形成丝杠螺母副配合；
导线电机6c的输出轴通过导线联轴器6d带动导线螺杆轴6i一同转动；由于导线螺杆轴6i与导线丝杠螺母6m以丝杠螺母副的形式配合连接，而导线丝杠螺母6m又安装固定在导线滑动块6h上，因此导线滑动块6h在丝杠螺母副的作用下沿导线滑动轴6k往复滑动，进而带动导线轮支架6f和安装在导线轮支架6f上的导线轮6g一同往复移动。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测装置，
所述的检测系统7还包括检测系统底座7a、摄像头支架7b、一组检测摄像头7c、检测箱7d、检测端盖7e、检测系统安装架7f；
检测系统安装架7f固定在承载箱体2的外侧，检测系统底座7a固定在检测系统安装架7f上，检测箱7d固定在检测系统底座7a的顶端；检测箱7d为中空结构，在检测箱7d的箱体的侧壁分布一组安装孔，并且安装孔是沿检测箱7d的截面圆周方向等距依次分布；每个检测摄像头7c都通过一个摄像头支架7b固定在检测箱7d侧壁，检测摄像头7c的拍摄端分别由安装孔探入检测箱7d内；检测箱7d的两端安装有检测端盖7e，检测端盖7e的面板上设有槽口，以便被检测的线缆通过。
具体实施方式五：
与具体实施方式四不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测装置，所述的检测摄像头7c的数量为3个。
具体实施方式六：
与具体实施方式一、二、四或五不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测装置，
所述的辅助支架9还包括辅助杆9a、辅助轮9b，2个辅助支架9固定在承载箱体2的外部侧壁上检测系统7的两侧；辅助杆9a为L型，辅助杆9a一条直角边的末端固定在固定在承载箱体2的外部侧壁，辅助杆9a另一条直角边的末端作为悬挂端，在悬挂端上设置转轴，辅助杆9a的转轴上安装有可自由转动的辅助轮9b，辅助轮9b的外缘轮边表面具有凹槽。
具体实施方式七：
与具体实施方式六不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测装置，所述的测速系统8安装在承载箱体2的外侧，位于辅助支架9与检测系统7之间，对通过的线缆运动速度进行测量。
具体实施方式八：
本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测方法，如图16所示，所述的检测方法包括以下步骤：
步骤一、控制系统控制绕线系统(3)、导线系统(6)的电机运行，同时控制检测系统(7)的检测摄像头(7c)实时抓取线缆表皮图片；
步骤二、利用图像检测算法对多角度拍摄的图片进行识别处理，若检测到表皮有损坏时，控制绕线系统(3)、导线系统(6)的电机停止运行，并将检测到的损坏图片展示给用户，由用户确认是否为线损，用户确认后控制系统继续运行；若否，则继续检测；
步骤三、控制系统同时实时采集速度传感器的信息，检测当前收线速度为大于放线速度还是小于放线速度，且当速度差超过预先设定的阈值时，控制系统将控制对应的电机停机运行，当速度差减少到预先设定值的范围内时，控制系统将控制已停机电机继续运行，当整盘线缆完成检测时，系统停止检测并控制电机停机。
具体实施方式九：
与具体实施方式八不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测方法，所述的步骤二中利用图像检测算法对多角度拍摄的图片进行识别处理的过程，具体为：
步骤二一、图像预处理：
1.1)读取一张电线图像原图；例如图17和图18分别所示的电线图像；
1.2)对电线图像进行尺寸归一化处理，并转换为单通道灰度图；
1.3)使用缩小的图像，基于固定阈值，对电线所在区域进行初步定位；
1.4)对图中电线所形成的区域进行低阈值处理，对背景所形成的区域进行高阈值处理，以去除背景内的干扰；
1.5)采用高通滤波方法进行平滑处理，并采用均值滤波方法去除噪声；
步骤二二、对于阈值处理后的电线图像，精确搜索电线上下边缘，得到电线上下边缘点集，从而检测出电线上下边缘；
步骤二三、电线边缘异常检测；
步骤二四、将电线弯曲的区域规整为矩形区，然后在区域内检测强度异常的块，从而检测电线内部异常情况。
具体实施方式十：
与具体实施方式九不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测方法，所述的步骤二二中，对于阈值处理后的电线图像，精确搜索电线上下边缘，得到电线上下边缘点集，从而检测出电线上下边缘的过程，包括电线左右端点定位和电线边缘搜索，具体为：
1)、所述的电线左右端点定位部分的过程具体为：
1.1)、扩大图像左右边界提供缓冲区，设电线在图中满足水平放置、起止在左右边界的条件；
1.2)、屏蔽图像中间大部分区域，只提取图像中左右两窄边区域，这样只对窄边区域进行后续处理将大幅提高运行速度；
1.3)、左右两区域使用固定阈值二值化处理；
1.4)、左右两区域采用Shi-Tomasi角点检测各提取最强的4个端点，Shi-Tomasi角点检测包括如下步骤：
(a)采用Shi-Tomasi方法计算左右两区域中每个像素点灰度值变化，计算方法为：
Figure BDA0002666589870000071
其中，E(u，v)是窗口灰度值，I是图像灰度函数，Ix和Iy为灰度图像在x和y方向的偏导数，w(x,y)是窗口函数；
(b)E(u，v)的矩阵形式为：
Figure BDA0002666589870000072
其中，M是自相关矩阵，为：
Figure BDA0002666589870000073
(c)计算M矩阵的特征值λ1和λ2；
(d)根据矩阵特征值确定角点，λ1≥λmax且λ2≥λmax，其中，λmax为角点检测阈值；
1.5)、左右两区域比较4个端点的位置，选取2个极值点，从而得到电线在图像左右边界的4个粗坐标，如图19和20所示的中部电线左右两端的上下边缘与边界交接点；
2)、所述的电线边缘搜索部分的过程具体为：
2.1)、使用低阈值进行Canny边缘检测，图21和图22所示为进行Canny电线边缘检测图示，确保保留更多边缘信息
(a)、采用卷积算子对电线I图像进行卷积运算，*表示卷积运算，得到其梯度值：
Figure BDA0002666589870000081
梯度的幅值G和角度θ通过如下方法计算：
Figure BDA0002666589870000082
(b)、在得到电线图像的梯度幅值和角度后，对于图像中任意像素点A，如果A的像素值不是其邻域内像素值中的最大，那么A不是图像的边缘点；如果A的像素值是其邻域内像素值中的最大，那么A是图像的边缘点；
(c)、定义图像的高阈值H、低阈值L，如果像素点的梯度G>H，那么该像素点是真边缘；如果像素点梯度的G<L，那么该像素点是非边缘；当像素点梯度G在L和H之间，判断其周围邻域像素如果存在真边缘点，那么认为该点是真边缘点，否则认为该点是非边缘点；
2.2)、在二值边缘图像上，电线左右端点的重定位搜索，得到4个精确坐标；
2.3)、从左端点向右端点方向，上下边缘的逐点精确搜索，将搜索到的点保存在数组中，利用边界跟踪法检测出电线上下边缘；其中，边界跟踪法采用如下两级逻辑：
1级：按照指定方向优先级的顺序，在设定距离范围内搜索下一个边缘点，不断重复；如果超过距离范围，通常是边缘存在明显问题，进行异常处理；
2级：判断搜索到的边缘点与前一个点是否相邻，如果不相邻则中间存在缺失；从搜索到的边缘点按照反方向优先级的顺序，逐点搜索边缘点，如果不存在边缘点，则按阶梯方向填充点，直到到达前一个点的X位置；
2.4)、经过逐点搜索，最终精确、完整的检测到上下边缘所有点，若右端点的位置未最终搜索到，则进行异常处理。
具体实施方式十一：
与具体实施方式十不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测方法，所述的边界跟踪法还可以采用具有第3级逻辑的边界跟踪法，第3级逻辑为：
3级：如果反向连接正确，会与前一个点在Y方向相邻，如果不相邻说明反向连接存在错误，需要将所有反向连接的点，向电源边缘方向逐个回溯修正，最终保证无间断的连接；
实际上目前普通电线边缘较清晰，当反向边缘搜索未顺利地与前一边缘点连接上，说明Y向产生了间断，当差值小于等于1为无间断；一旦反向连接明显异常，通常是存在异物或损伤，因此目前采用的简单方式为当Y方向间断超过一定阈值时，直接输出为边缘异常。阈值范围为1-5。为了减少虚警，可根据实际情况设为5。
具体实施方式十二：
与具体实施方式十一不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测方法，所述的步骤二三中，电线边缘异常检测的过程，具体为：
1)、间隔采样每10个点计算相邻点间的高低差，代表斜率变化；
假定点Vp1(x1，y1)和点Vp2(x2，y2)间隔10个点，计算K_Vp1＝y2-y1，K_Vp1代表了点Vp1的斜率变化；
2)、每三个连续采样点计算中间点与两侧连线中点的高低差，代表凹凸度：
假定点Vp3(x3，y3)、点Vp4(x4，y4)和点Vp5(x5，y5)为三个连续采样点，M_Vp4代表了点Vp4的凹凸度，M_Vp4＝(y3+y5)/2-y4；
3)、平滑电线在斜率和凹凸度上，不会出现反复变化和突然的异常高值，通过设定阈值规则，判断电线是否存在弯折问题：
设定斜率变化阈值KK，凹凸度阈值MM，对于任意像素点Vp当K_Vp>KK,或者M_Vp>MM时，判断电线存在弯折问题；
4)、由于图像左右两窄边的区域可能存在异常，所以，屏蔽图像左右两窄边的边缘点，计算中间区域上下边缘间的平均宽度、每个位置的最大宽度和最小宽度：
屏蔽图像左右两窄边的边缘点，假设中间区域任意一个位置上下边缘点为点Vp6(x6，y6)和点Vp7(x7，y7)，所以计算该位置的宽度width＝y7-y6，将所有中间区域的位置宽度全计算完毕，得到宽度值集合{width1,width2,Kwidthn}，其中最大值和最小值记作max_width,min_width；
平均宽度
Figure BDA0002666589870000091
5)将最大、最小宽度对比平均值，以此判断电线是否存在宽度异常：
正常电线在宽度上不改变，将最大、最小宽度对比平均值，判断电线是否存在宽度异常，该方法效果比较明显，能有效发现外皮损伤；假定宽度面部阈值WW，如果|max_width-aver_width|>WW或者|min_width-aver_width|>WW，则可以判断电线存在宽度异常；如图23和图24所示的电线图像中进行电线边缘检测结果。
具体实施方式十三：
与具体实施方式十二不同的是，本实施方式的一种缠绕式线缆表皮检测方法，所述的步骤二四中，将电线弯曲的区域规整为矩形区，然后在区域内检测强度异常的块，从而检测电线内部异常情况的过程，具体为：
1)、设：图像中电线为水平方向设置，对于图像，X轴方向为水平方向，Y轴方向为竖直方向；
采样最近邻插值方法，将每个X方向上电线内部的竖直线归一化为平均宽度，最终将电线区域提取为矩形区域；
2)、屏蔽矩形区上下边缘附近设定宽度的值，消除边缘外侧对内部的影响；
3)、正常电线内部区域，在沿线的方向上强度变化较小(竖直方向上存在昏暗变化)，因此在矩形区域的每个Y位置计算平均强度：
在矩形区域内，任意沿线的方向上的点记作Set_j＝{p1j(x1,j),p2j(x2,j),K,pnj(xn,j)}，其中pnj(xn,j)表示像素点pnj的坐标为(xn,j)；对于图像I，I(pnj)表示该点的强度值；
计算平均强度
Figure BDA0002666589870000101
计算矩形区域内竖直方向所有的j；
4)、矩形区域内每个点与其所在Y位置的平均强度进行比较，变化超过设定的阈值则记录下来，其为内部异常点：
设定强度阈值TT，矩形内任意一个点Vp(x，y)，当|I(Vp)-intensity_y|>TT时，标记该点为异常点；
5)、将相邻的异常点凝集成区，采用轮廓提取得到异常区的范围并计算其面积，当内部异常超过一定面积时，说明电线内部存在强度异常的斑块：
设定面积阈值AA，将相邻的异常点凝集成区，统计异常区域点的数目QQ，当QQ>AA时，判断电线内部存在强度异常的斑块。
工作原理：
缠绕式线缆表皮检测装置在使用前要先将被测的线缆缠绕在绕线轮3g上，绕后将待测线缆的绕线轮3g安装在后端的绕线系统3上，此处称为待测绕线轮3g1；再将一个空的绕线轮3g安装在前端的绕线系统3上，此处称为已测绕线轮3g2。
从待测绕线轮3g1上取出被测线缆10的一端，经靠近后端的辅助支架9的辅助轮9b穿入检测系统7中；线缆10从一侧的检测端盖7e的U型槽口中穿入检测箱7d中，再从另一侧的检测端盖7e的U型槽口中穿出，再经靠近前端的辅助支架9的辅助轮9b绕过导线系统6的3个导线轮6g，然后在固定在已测绕线轮3g2上。将两个辅助支架9调整到合适位置，使线缆10恰好从两端的检测端盖7e的U型槽口中穿入和穿出，保证检测过程中线缆10运行的顺畅。
操作人员要对已经从待测绕线轮3g1上抽出的线缆10实施人工检测，因为在穿线阶段已经穿过检测系统7的线缆10不能再被检测系统7进行检测，通过人工检测可避免该段线缆10的表皮存在质量问题。
根据线缆10的颜色、直径设定相关检测参数如前后绕线轮的转动速度的相应属性以及用于检测判断的各阈值，然后按下控制按钮5中的启动按钮，开始执行线缆10的检测过程。
当被检测的线缆10从检测箱7d中通过时，周向间隔120°依次布置的3个检测摄像头7c会从3个方向对线缆10的表皮进行图像采集，采集到的数据传输给位于触控系统4中的控制单元，通过算法程序对线皮是否存在缺陷进行判定。
测速系统8对线缆10的运行速度进行检测，线缆10是受前端已测绕线轮3g2的牵引和后端待测绕线轮3g1的配合转动下运行的，因此需要实时测定被测线缆10的运行速度进行测定，以便调整相应的导线电机6c的转速，使前后绕线轮的速度相匹配，避免被测线缆10在检测系统7内因过于松弛影响检测效果，或因过紧而导致线缆崩断。
导线系统6用于保证线缆10在已测绕线轮3g2上缠绕均匀，导线电机6c通过导线螺杆轴6i与导线丝杠螺母6m构成的丝杠螺母副，带动导线滑动块6h运动，导线电机6c的正反转动会转变为导线滑动块6h的往复运动，进而使线缆10均匀缠绕在已测绕线轮3g2上，保证绕线质量。
检测中过程中若检测系统7发现线缆10的外皮出现残缺破损等质量问题，触控系统4的控制系统会发出声光警报，并停止待测绕线轮3g1和已测绕线轮3g2的转动，等待操作人员的检查和处置。当问题排除后操作人员会再次按下控制按钮5中的启动按钮，继续执行线缆10的检测过程。
测速系统8测得的速度为零时，判定为该待测绕线轮3g1的线缆10检测结束，触控系统4中的控制单元会发出声光警报，提示操作人员按下控制按钮5中的停止按钮，然后更换新的待测绕线轮3g1和已测绕线轮3g2，以便进行新一轮的线缆检测。若缠绕式线缆表皮检测装置在工作过程中突发故障，操作人员可以按下控制按钮5中的急停按钮，以免设备或被测线缆10发生进一步损坏。

Claims (10)

1.一种缠绕式线缆表皮检测装置，其特征在于：其组成包括：底部支架(1)、承载箱体(2)、绕线系统(3)、触控系统(4)、控制按钮(5)、导线系统(6)、检测系统(7)、测速系统(8)、一组辅助支架(9)；
底部支架(1)位于缠绕式线缆表皮检测装置的最下端，承载箱体(2)固定在底部支架(1)的上方；在承载箱体(2)的其中一个侧面，从前到后的方向上依次安装有绕线系统(3)、导线系统(6)、辅助支架(9)、检测系统(7)、测速系统(8)、另一个辅助支架(9)和另一个绕线系统(3)，且导线系统(6)和两个绕线系统(3)的安装端和动力源部分位于承载箱体(2)内部，导线系统(6)和两个绕线系统(3)的绕线端露于承载箱体(2)的外部；在承载箱体(2)的顶部表面镶嵌安装有触控系统(4)和控制按钮(5)；
其中，
触控系统(4)用于设定整个装置的工作参数，以及监控线缆的检测状态；触控系统(4)中集成有所述的一种缠绕式线缆表皮检测装置的控制单元，触控系统(4)和控制按钮(5)的具有控制单元的部分位于承载箱体(2)的内部，触控系统(4)和控制按钮(5)的操作部分露于承载箱体(2)的外部；
控制按钮(5)用于进行缠绕式线缆表皮检测装置的启动、停止、急停操作；
两个绕线系统(3)、两个导线系统(6)、检测系统(7)、测速系统(8)和控制按钮(5)同时连接至触控系统(4)的控制单元，所述的控制单元即为CPU；
所述的测速系统(8)安装在承载箱体(2)的外侧，位于辅助支架(9)与检测系统(7)之间，对通过的线缆运动速度进行测量；测速系统(8)为速度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种缠绕式线缆表皮检测装置，其特征在于：
所述的绕线系统(3)的安装端还包括绕线固定座(3a)和绕线电机支架(3b)；
所述的绕线系统(3)的动力源部分还包括绕线电机(3c)和绕线联轴器(3d)；
所述的绕线系统(3)的绕线端还包括绕线轴承座(3e)、绕线轴(3f)和绕线轮(3g)；
绕线固定座(3a)是绕线系统(3)的固定和支撑部件，安装在承载箱体(2)的内部底面，绕线电机支架(3b)和绕线轴承座(3e)排布固定在绕线固定座(3a)的顶面；绕线电机(3c)固定在绕线电机支架(3b)上，绕线轴(3f)的后端穿过绕线轴承座(3e)，并通过绕线联轴器(3d)与绕线电机(3c)的输出轴相连接；绕线轴(3f)的前端安装有绕线轮(3g)；且绕线轴(3f)的前端穿过承载箱体(2)的侧壁，绕线轮(3g)位于承载箱体(2)的外侧；
绕线电机(3c)的输出轴通过绕线联轴器(3d)和绕线轴(3f)带动绕线轮(3g)一同转动。
3.根据权利要求1或2所述的一种缠绕式线缆表皮检测装置，其特征在于：
所述的导线系统(6)的安装端还包括导线固定座(6a)、导线电机支架(6b)
所述的导线系统(6)的动力源部分还包括导线电机(6c)、导线联轴器(6d)；
所述的导线系统(6)的绕线端还包括导线轴承座(6e)、导线轮支架(6f)、导线轮(6g)、导线滑动块(6h)、导线螺杆轴(6i)、导线支座(6j)、导线滑动轴(6k)、导线支撑板(6l)、导线丝杠螺母(6m)；
导线固定座(6a)是导线系统(6)的固定和支撑部件，安装在承载箱体(2)的内部底面，导线电机支架(6b)和导线轴承座(6e)依次排布固定在导线固定座(6a)的顶面；导线电机(6c)固定在导线电机支架(6b)上，导线螺杆轴(6i)的后端穿过导线轴承座(6e)，并通过导线联轴器(6d)与导线电机(6c)的输出轴相连接；导线螺杆轴(6i)的前端设有丝杠结构，导线螺杆轴(6i)的前端穿过承载箱体(2)的侧壁并伸出到承载箱体(2)的外侧；导线支撑板(6l)固定在承载箱体(2)的外侧，2个导线支座(6j)固定在导线支撑板(6l)上表面的前后两端，在2个导线支座(6j)之间安装有导线滑动轴(6k)；导线滑动块(6h)套装在导线滑动轴(6k)上，可沿导线滑动轴(6k)往复滑动，导线滑动块(6h)上镶嵌安装有导线丝杠螺母(6m)，导线滑动块(6h)的顶部连接有导线轮支架(6f)，在导线轮支架(6f)上安装有3个可自由转动的导线轮(6g)；导线螺杆轴(6i)的在承载箱体(2)外的一部分依次穿过导线支座(6j)、导线滑动块(6h)、另一个导线支座(6j)，并且与镶嵌安装在导线滑动块(6h)上的导线丝杠螺母(6m)形成丝杠螺母副配合；
导线电机(6c)的输出轴通过导线联轴器(6d)带动导线螺杆轴(6i)一同转动；由于导线螺杆轴(6i)与导线丝杠螺母(6m)以丝杠螺母副的形式配合连接，而导线丝杠螺母(6m)又安装固定在导线滑动块(6h)上，因此导线滑动块(6h)在丝杠螺母副的作用下沿导线滑动轴(6k)往复滑动，进而带动导线轮支架(6f)和安装在导线轮支架(6f)上的导线轮(6g)一同往复移动。
4.根据权利要求3所述的一种缠绕式线缆表皮检测装置，其特征在于：
所述的检测系统(7)还包括检测系统底座(7a)、摄像头支架(7b)、一组检测摄像头(7c)、检测箱(7d)、检测端盖(7e)、检测系统安装架(7f)；
检测系统安装架(7f)固定在承载箱体(2)的外侧，检测系统底座(7a)固定在检测系统安装架(7f)上，检测箱(7d)固定在检测系统底座(7a)的顶端；检测箱(7d)为中空结构，在检测箱(7d)的箱体的侧壁分布一组安装孔，并且安装孔是沿检测箱(7d)的截面圆周方向等距依次分布；每个检测摄像头(7c)都通过一个摄像头支架(7b)固定在检测箱(7d)侧壁，检测摄像头(7c)的拍摄端分别由安装孔探入检测箱(7d)内；检测箱(7d)的两端安装有检测端盖(7e)，检测端盖(7e)的面板上设有槽口，以便被检测的线缆通过。
5.根据权利要求4所述的一种缠绕式线缆表皮检测装置，其特征在于：
所述的辅助支架(9)还包括辅助杆(9a)、辅助轮(9b)，2个辅助支架(9)固定在承载箱体(2)的外部侧壁上检测系统(7)的两侧；辅助杆(9a)为L型，辅助杆(9a)一条直角边的末端固定在固定在承载箱体(2)的外部侧壁，辅助杆(9a)另一条直角边的末端作为悬挂端，在悬挂端上设置转轴，辅助杆(9a)的转轴上安装有可自由转动的辅助轮(9b)，辅助轮(9b)的外缘轮边表面具有凹槽。
6.一种用于上述任以权利要求所述的线缆表皮检测装置的缠绕式线缆表皮检测方法，其特征是：所述的检测方法包括以下步骤：
步骤一、控制系统控制绕线系统(3)、导线系统(6)的电机运行，同时控制检测系统(7)的检测摄像头(7c)实时抓取线缆表皮图片；
步骤二、利用图像检测算法对多角度拍摄的图片进行识别处理，若检测到表皮有损坏时，控制绕线系统(3)、导线系统(6)的电机停止运行，并将检测到的损坏图片展示给用户，由用户确认是否为线损，用户确认后控制系统继续运行；若否，则继续检测；
步骤三、控制系统同时实时采集速度传感器的信息，检测当前收线速度为大于放线速度还是小于放线速度，且当速度差超过预先设定的阈值时，控制系统将控制对应的电机停机运行，当速度差减少到预先设定值的范围内时，控制系统将控制已停机电机继续运行，当整盘线缆完成检测时，系统停止检测并控制电机停机。
7.根据权利要求6所述的一种缠绕式线缆表皮检测方法，其特征是：所述的步骤二中利用图像检测算法对多角度拍摄的图片进行识别处理的过程，具体为：
步骤二一、图像预处理：
1.1)读取一张电线图像原图；
1.2)对电线图像进行尺寸归一化处理，并转换为单通道灰度图；
1.3)使用缩小的图像，基于固定阈值，对电线所在区域进行初步定位；
1.4)对图中电线区域进行低阈值处理，对背景区域进行高阈值处理，以去除背景内的干扰；
1.5)采用高通滤波方法进行平滑处理，并采用均值滤波方法去除噪声；
步骤二二、对于阈值处理后的电线图像，精确搜索电线上下边缘，得到电线上下边缘点集，从而检测出电线上下边缘；
步骤二三、电线边缘异常检测；
步骤二四、将电线弯曲的区域规整为矩形区，然后在区域内检测强度异常的块，从而检测电线内部异常情况。
8.根据权利要求7所述的一种缠绕式线缆表皮检测方法，其特征是：所述的步骤二二中，对于阈值处理后的电线图像，精确搜索电线上下边缘，得到电线上下边缘点集，从而检测出电线上下边缘的过程，包括电线左右端点定位和电线边缘搜索，具体为：
1)、所述的电线左右端点定位部分的过程具体为：
1.1)、扩大图像左右边界提供缓冲区，设电线在图中满足水平放置、起止在左右边界的条件；
1.2)、屏蔽图像中间大部分区域，只提取图像中左右两窄边区域；
1.3)、左右两区域使用固定阈值二值化处理；
1.4)、左右两区域采用Shi-Tomasi角点检测各提取最强的4个端点，Shi-Tomasi角点检测包括如下步骤：
(a)采用Shi-Tomasi方法计算左右两区域中每个像素点灰度值变化，计算方法为：
Figure FDA0002666589860000041
其中，E(u，v)是窗口灰度值，I是图像灰度函数，Ix和Iy为灰度图像在x和y方向的偏导数，w(x,y)是窗口函数；
(b)E(u，v)的矩阵形式为：
Figure FDA0002666589860000042
其中，M是自相关矩阵，为：
Figure FDA0002666589860000043
(c)计算M矩阵的特征值λ1和λ2；
(d)根据矩阵特征值确定角点，λ1≥λmax且λ2≥λmax，其中，λmax为角点检测阈值；
1.5)、左右两区域比较4个端点的位置，选取2个极值点，从而得到电线在图像左右边界的4个粗坐标；
2)、所述的电线边缘搜索部分的过程具体为：
2.1)、使用低阈值进行Canny边缘检测，确保保留更多边缘信息
(a)、采用卷积算子对电线I图像进行卷积运算，*表示卷积运算，得到其梯度值：
Figure FDA0002666589860000051
梯度的幅值G和角度θ通过如下方法计算：
Figure FDA0002666589860000052
(b)、在得到电线图像的梯度幅值和角度后，对于图像中任意像素点A，如果A的像素值不是其邻域内像素值中的最大，那么A不是图像的边缘点；如果A的像素值是其邻域内像素值中的最大，那么A是图像的边缘点；
(c)、定义图像的高阈值H、低阈值L，如果像素点的梯度G>H，那么该像素点是真边缘；如果像素点梯度的G<L，那么该像素点是非边缘；当像素点梯度G在L和H之间，判断其周围邻域像素如果存在真边缘点，那么认为该点是真边缘点，否则认为该点是非边缘点；
2.2)、在二值边缘图像上，电线左右端点的重定位搜索，得到4个精确坐标；
2.3)、从左端点向右端点方向，上下边缘的逐点精确搜索，将搜索到的点保存在数组中，利用边界跟踪法检测出电线上下边缘；其中，边界跟踪法采用如下两级逻辑：
1级：按照指定方向优先级的顺序，在设定距离范围内搜索下一个边缘点，不断重复；
2级：判断搜索到的边缘点与前一个点是否相邻，如果不相邻则中间存在缺失；从搜索到的边缘点按照反方向优先级的顺序，逐点搜索边缘点，如果不存在边缘点，则按阶梯方向填充点，直到到达前一个点的X位置；
2.4)、经过逐点搜索，最终检测到上下边缘所有点，若右端点的位置未最终搜索到，则进行异常处理。
9.根据权利要求8所述的一种缠绕式线缆表皮检测方法，其特征是：所述的步骤二三中，电线边缘异常检测的过程，具体为：
1)、间隔采样每10个点计算相邻点间的高低差，代表斜率变化；
假定点Vp1(x1，y1)和点Vp2(x2，y2)间隔10个点，计算K_Vp1＝y2-y1，K_Vp1代表了点Vp1的斜率变化；
2)、每三个连续采样点计算中间点与两侧连线中点的高低差，代表凹凸度：
假定点Vp3(x3，y3)、点Vp4(x4，y4)和点Vp5(x5，y5)为三个连续采样点，M_Vp4代表了点Vp4的凹凸度，M_Vp4＝(y3+y5)/2-y4；
3)、平滑电线在斜率和凹凸度上，不会出现反复变化和突然的异常高值，通过设定阈值规则，判断电线是否存在弯折问题：
设定斜率变化阈值KK，凹凸度阈值MM，对于任意像素点Vp当K_Vp>KK,或者M_Vp>MM时，判断电线存在弯折问题；
4)、由于图像左右两窄边的区域可能存在异常，所以，屏蔽图像左右两窄边的边缘点，计算中间区域上下边缘间的平均宽度、每个位置的最大宽度和最小宽度：
屏蔽图像左右两窄边的边缘点，假设中间区域任意一个位置上下边缘点为点Vp6(x6，y6)和点Vp7(x7，y7)，所以计算该位置的宽度width＝y7-y6，将所有中间区域的位置宽度全计算完毕，得到宽度值集合{width1,width2,Kwidthn}，其中最大值和最小值记作max_width,min_width；
平均宽度
Figure FDA0002666589860000061
5)将最大、最小宽度对比平均值，以此判断电线是否存在宽度异常：
正常电线在宽度上不改变，将最大、最小宽度对比平均值，判断电线是否存在宽度异常，该方法效果比较明显，能有效发现外皮损伤；假定宽度面部阈值WW，如果|max_width-aver_width|>WW或者|min_width-aver_width|>WW，则可以判断电线存在宽度异常。
10.根据权利要求9所述的一种缠绕式线缆表皮检测方法，其特征是：所述的步骤二四中，将电线弯曲的区域规整为矩形区，然后在区域内检测强度异常的块，从而检测电线内部异常情况的过程，具体为：
1)、设：图像中电线为水平方向设置，对于图像，X轴方向为水平方向，Y轴方向为竖直方向；
采样最近邻插值方法，将每个X方向上电线内部的竖直线归一化为平均宽度，最终将电线区域提取为矩形区域；
2)、屏蔽矩形区上下边缘附近设定宽度的值，消除边缘外侧对内部的影响；
3)、正常电线内部区域，在沿线的方向上强度变化较小，因此在矩形区域的每个Y位置计算平均强度：
在矩形区域内，任意沿线的方向上的点记作Set_j＝{p1j(x1,j),p2j(x2,j),K,pnj(xn,j)}，其中pnj(xn,j)表示像素点pnj的坐标为(xn,j)；对于图像I，I(pnj)表示该点的强度值；
计算平均强度
Figure FDA0002666589860000062
计算矩形区域内竖直方向所有的j；
4)、矩形区域内每个点与其所在Y位置的平均强度进行比较，变化超过设定的阈值则记录下来，其为内部异常点：
设定强度阈值TT，矩形内任意一个点Vp(x，y)，当|I(Vp)-intensity_y|>TT时，标记该点为异常点；
5)、将相邻的异常点凝集成区，采用轮廓提取得到异常区的范围并计算其面积，当内部异常超过一定面积时，说明电线内部存在强度异常的斑块：
设定面积阈值AA，将相邻的异常点凝集成区，统计异常区域点的数目QQ，当QQ>AA时，判断电线内部存在强度异常的斑块。
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