CN114935317B - 一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法，所述方法包括：对绝缘子进行表面三维点云扫描，以得到绝缘子的表面三维点云；对绝缘子表面三维点云进行切片，以得到切片上的所有点云；对绝缘子进行旋转一周切片，以得到绝缘子一周的中心切片；对所有切片上的点云进行分段拟合；根据拟合的结果，计算出绝缘子偏斜度。本发明有效地对绝缘子偏斜程度进行检测。

Description

一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法

技术领域

本发明属于盘形悬式瓷绝缘子检测技术领域，特别涉及一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法。

背景技术

我国电力发展依然处于上升期，电力线路架设区域还在不断扩展，输电线路长度不断延伸，电力系统对安全、稳定的运行要求越来越高。盘形悬式瓷绝缘子是架空输电线路重要的组件，起到装配、固定和支撑导线的作用，以保证输电线路中导线与高压线支架间有足够的电绝缘性，确保输电安全。目前，国内绝大部分盘形悬式瓷绝缘子的生产仍采用纯手工方式完成绝缘子胶装的全部工序，盘形悬式瓷绝缘子组件中铁帽、瓷件与钢脚三者之间的同轴度、孔隙率与填充度较难保证，可能会发生不同程度的偏斜缺陷。

盘形悬式瓷绝缘子的偏斜问题分为两种情况：钢脚偏斜和铁帽偏斜，由于浇铸不当、水泥胶装厚度不均等装配缺陷，会引发盘形悬式瓷绝缘子局部结构损坏，长期运行后导致绝缘子的绝缘电阻下降，机械强度劣化，影响电力系统的安全稳定运行。然而现阶段并没有针对盘形悬式瓷绝缘子的偏斜问题的检测方法。

因此，亟需发明一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法，解决上述技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法，所述方法包括：

对绝缘子进行表面三维点云扫描，以得到绝缘子的表面三维点云；

对绝缘子表面三维点云进行切片，以得到切片上的所有点云；

对绝缘子进行旋转一周切片，以得到绝缘子一周的中心切片；

对所有切片上的点云进行分段拟合；

根据拟合的结果，计算出绝缘子偏斜度。

进一步地，对绝缘子进行表面三维点云扫描，以得到绝缘子的表面三维点云包括：

使用激光扫描仪扫描获得绝缘子的表面三维点云，旋转一周，以获得绝缘子一周的表面三维点云。

进一步地，对绝缘子表面三维点云进行切片包括：

使用平面对绝缘子表面三维点云进行切片。

进一步地，平面的方程为：

xcosα+ycosβ+zcosγ＝p；

其中，x、y以及z分别为点在X、Y、Z轴上坐标；α、β、γ为平面法向量的方向角，p为原点到平面的距离。

进一步地，所述拟合包括曲线拟合以及直线拟合，其中，

曲线拟合的公式为：

u＝av³+bv²+cv+d；

针对切片平面，上式中v为平面上下方向的坐标，对应点云z坐标；u为平面左右方向的坐标，对应点云x坐标和y坐标的在平面上的合成，a、b、c、d为曲线拟合参数；

直线拟合的公式为：

av+bu+c＝0。

进一步地，所述绝缘子偏斜度包括绝缘子上的钢脚偏斜度以及绝缘子上的铁帽偏斜度。

进一步地，根据拟合的结果，计算出绝缘子偏斜度包括：

根据拟合的结果，计算出绝缘子的中心线、钢脚中心线以及铁帽中心线；

根据绝缘子的中心线、钢脚中心线以及铁帽中心线，计算钢脚偏斜度以及铁帽偏斜度。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法，能够检测盘形悬式瓷绝缘子的偏斜程度，包括钢脚和铁帽偏斜程度，保障了盘形悬式瓷绝缘子的装配质量。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的绝缘子的主体中心线、钢脚中心线、铁帽中心线的示意图。

图2示出了根据本发明实施例的悬挂机构的结构示意图。

图3示出了根据本发明实施例的图2的A处结构示意图。

图4示出了根据本发明实施例的绝缘子的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

假设绝缘子存在偏斜问题时，如图1所示的，识别出绝缘子的主体中心线1、钢脚中心线2、铁帽中心线3后计算绝缘子的主体中心线1、钢脚中心线2所成角度a1、a2，绝缘子的主体中心线1、铁帽中心线3所成角度b1、b2即可定量算出绝缘子的铁帽偏斜、钢脚的偏斜程度。

如图2所示的，本发明提供了一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法，所述方法包括：

对绝缘子进行表面三维点云扫描，以得到绝缘子的表面三维点云；

对绝缘子表面三维点云进行切片，以得到切片上的所有点云；

对绝缘子进行旋转一周切片，以得到绝缘子一周的中心切片；

对所有切片上的点云进行分段曲线拟合；

根据拟合的结果，计算出绝缘子偏斜度。

下面进行详细地说明。

1)对绝缘子进行表面三维点云扫描：使用激光扫描仪17对绝缘子进行三维表面扫描建模，在这之前，需要将待测的绝缘子以及激光扫描仪17均固定在一个悬挂机构上。

如图2以及图3所示的，该悬挂机构包括旋转台以及扫描架，其中，所述旋转台包括底部机箱5、圆筒6、固定轴承7、转动台8以及旋转柱9，圆筒6设于底部机箱5的顶部，固定轴承7套设于转动台8上且固定轴承7设于圆筒6内，旋转柱9的顶部连接在转动台8的底部，旋转柱9的底部穿过底部机箱5的顶部并与底部机箱5内的减速机连接，转动台8的顶部开设有内槽10(绝缘子的钢脚19底部可插入内槽10中)，转动台8的顶部还设有两个夹具(两个夹具能夹住绝缘子的钢脚19底部)，每个夹具均包括固定板11、螺栓12以及夹板13，固定板11固定在转动台8的顶部(两个固定板11位于内槽10的两侧)，螺栓12穿设于固定板11(螺栓12与固定板11上开设的螺纹孔相配合)，夹板13通过一个轴承与螺栓12连接。

扫描架包括连接台14以及连接板15，底部机箱5连接在连接台14上，连接板15连接在连接台14上，且连接板15竖直设置在转动台8的一侧，连接板15靠近转动台8的一侧侧壁上设有连接架16，该连接架16是用于安装激光扫描仪17的。

在检测前，需要将绝缘子的钢脚19底部插入转动台8的顶部内槽10中，然后旋转两个螺栓12，使得两个夹板13逐渐靠近绝缘子的钢脚19，在旋转螺栓12的过程中，可以用手扶住夹板13(使夹板13保持水平状态靠近绝缘子的钢脚19)，防止夹板13也跟着旋转(在轴承的作用下，若扶住夹板13，则夹板13就不会跟着螺栓12一起旋转)，直至两个夹板13能夹住钢脚19，从而使得整个绝缘子被固定安装在转动台8上。需要注意的是，夹板13的形状可根据绝缘子的钢脚19的形状而设定，例如，若绝缘子的钢脚19为圆柱状，则夹板13与绝缘子的钢脚19的接触面为弧面。

当安装好待测的绝缘子后，将激光扫描仪17安装在连接架16上即可。

在减速机的作用下，可控制转动台8缓慢旋转，使用激光扫描仪17扫描获得绝缘子表面三维点云，旋转一周，即可获得绝缘子一周的表面三维点云。

激光扫描仪17扫描绝缘子表面三维点云的原理：激光扫描仪17发射点激光脉冲，打在绝缘子的表面并反射到激光扫描仪内的接收器，检测发射、接收激光的相位差，计算激光行程，从而计算出绝缘子表面离激光扫描仪17的距离。

通过控制激光扫描仪内的两个同步反射镜快速旋转，将激光脉冲以不同角度发射出去，打在绝缘子表面不同位置，通过发射角度和距离，计算得到绝缘子表面每个点的三维位置。设某一点(P点)对应的横向扫描角度为α，纵向扫描角度为θ，测得的距离为S，则某一点的三维位置计算公式如下：

其中，X_P、Y_P以及Z_P分别表示P点在X轴上的位置、Y轴上的位置以及Z轴上的位置。

在扫描得到众多表面点三维位置信息后，可构成三维点云数据。通过旋转台的旋转，不同时刻扫描得到绝缘子不同位置的三维点云，融合得到绝缘子表面一周的三维点云，从而形成对建模绝缘子表面的三维点云扫描。

2)点云切片(即对绝缘子表面三维点云进行切片)：使用平面对绝缘子表面三维点云进行切片，设平面方程为：

xcosα+ycosβ+zcosγ＝p；

其中，x、y以及z分别为点在X、Y、Z轴上坐标，α、β、γ为平面法向量的方向角，p为原点到平面的距离，则点云中点在平面上的条件为点坐标满足上述平面方程，由此筛选出切片上的所有点云。

3)旋转一周切片(即对绝缘子进行旋转一周切片)：扫描时将绝缘子竖直向下固定在转动台8上，以固定点为坐标原点，竖直向上为Z轴，激光扫描仪17水平向前发射方向为Y轴，垂直Y轴方向向右为X轴。则初始切片平面包含原点且垂直于Y轴，即方程为y＝0，从原点所在位置沿Y轴以一定间距前后移动，即方程为y＝p(-a<＝p<＝a，a为一常数，可设置为绝缘子直径的1/10)，寻找平面上所有点云在X轴向左右两个方向上间距最大的平面，作为绝缘子中心切片，方程为y＝p₀(p₀为此时原点与平面的间距)。对该平面以一定角度间隔旋转一周，方程为xs i nβ+ycosβ＝p₀*cosβ(β为旋转角度)，由此获得绝缘子一周的中心切片。

4)切片点云拟合(即对给定切片上的边缘部分点云进行分段拟合)：根据绝缘子外观几何形状，对切片上的点云进行分段曲线拟合，从铁帽、绝缘子的主体18、钢脚19三部分分别取两边可代表边缘的部分点云，如图4中，铁帽的两边为两个D处，绝缘子的主体18的两边为两个B处，钢脚19的两边为两个C处。拟合包括曲线拟合以及直线拟合，其中：

铁帽和绝缘子的主体18边缘部分D处为弧线，使用三次曲线拟合；曲线拟合的公式为：

u＝av³+bv²+cv+d；

针对切片平面，上式中v为平面上下方向的坐标，对应点云z坐标，u为平面左右方向的坐标，对应点云x坐标(设为x0)和y坐标(设为y0)的在平面上的合成，即u＝sqrt(x0*x0+y0*y0)，a、b、c、d为曲线拟合参数。

钢脚19边缘部分为平直的线，使用直线进行拟合，直线拟合的公式为：

av+bu+c＝0；

式中u、v同上面三次曲线中一致，a、b、c为直线拟合参数。

5)中心线计算：根据拟合的三部分的两边边缘，分别计算三部分的中心线。以铁帽为例，分别以铁帽两边边缘起始点处开始，等间距往下取点，对两边边缘对应的点，连线求中点，形成一系列中点，对这些中点进行直线拟合，得到铁帽的中心线(如图1中的线3)。绝缘子主体18和钢脚19等部分同样处理，其中心线分别如图1中的线1和线2。

6)计算三部分中心线夹角：使用公式cosφ＝(a1 a2+b1 b2)/[sqrt(a1*a1+b1*b1)*sqrt(a2*a2+b2*b2)]计算5)中获得的绝缘子主体18中心线与铁帽中心线和钢脚19中心线的夹角，式中a1、b1和a2、b2分别为计算夹角的两条中心线拟合直线(拟合直线公式同4)的a、b参数。

7)最大夹角查找：对旋转一周所得到的各个平面，分别重复4)-6)三个步骤，计算每个平面上的夹角，比较得到最大的夹角，作为最终的铁帽、钢脚19偏斜度。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种盘形悬式瓷绝缘子偏斜程度的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

对绝缘子进行表面三维点云扫描，以得到绝缘子的表面三维点云，其中，对绝缘子进行表面三维点云扫描，包括：使用激光扫描仪对绝缘子进行三维表面扫描建模，在这之前，需要将待测的绝缘子以及激光扫描仪均固定在一个悬挂机构上，其中，

该悬挂机构包括旋转台以及扫描架，所述旋转台包括底部机箱、圆筒、固定轴承、转动台以及旋转柱，圆筒设于底部机箱的顶部，固定轴承套设于转动台上且固定轴承设于圆筒内，旋转柱的顶部连接在转动台的底部，旋转柱的底部穿过底部机箱的顶部并与底部机箱内的减速机连接，转动台的顶部开设有内槽，绝缘子的钢脚底部可插入内槽，转动台的顶部还设有两个夹具，两个夹具能夹住绝缘子的钢脚底部，每个夹具均包括固定板、螺栓以及夹板，固定板固定在转动台的顶部，两个固定板位于内槽的两侧，螺栓穿设于固定板，螺栓与固定板上开设的螺纹孔相配合，夹板通过一个轴承与螺栓连接；扫描架包括连接台以及连接板，底部机箱连接在连接台上，连接板连接在连接台上，且连接板竖直设置在转动台的一侧，连接板靠近转动台的一侧侧壁上设有连接架，该连接架是用于安装激光扫描仪的；

在检测前，需要将绝缘子的钢脚底部插入转动台的顶部内槽中，然后旋转两个螺栓，使得两个夹板逐渐靠近绝缘子的钢脚，在旋转螺栓的过程中，用手扶住夹板，使夹板保持水平状态靠近绝缘子的钢脚，防止夹板跟着旋转，直至两个夹板能夹住钢脚，从而使得整个绝缘子被固定安装在转动台上；

对绝缘子表面三维点云进行切片，以得到切片上的所有点云；

对绝缘子进行旋转一周切片，以得到绝缘子一周的中心切片；

对所有切片上的点云进行分段拟合；

根据拟合的结果，计算出绝缘子偏斜度；

其中，对绝缘子进行表面三维点云扫描，以得到绝缘子的表面三维点云包括：

使用激光扫描仪扫描获得绝缘子的表面三维点云，旋转一周，以获得绝缘子一周的表面三维点云，其中，使用激光扫描仪扫描获得绝缘子的表面三维点云，包括：激光扫描仪发射点激光脉冲，打在绝缘子的表面并反射到激光扫描仪内的接收器，检测发射、接收激光的相位差，计算激光行程，从而计算出绝缘子表面离激光扫描仪的距离；通过控制激光扫描仪内的两个同步反射镜快速旋转，将激光脉冲以不同角度发射出去，打在绝缘子表面不同位置，通过发射角度和距离，计算得到绝缘子表面每个点的三维位置，设某一点P对应的横向扫描角度为α，纵向扫描角度为θ，测得的距离为S，则某一点P的三维位置计算公式如下：

其中，X_P、Y_P以及Z_P分别表示P点在X轴上的位置、Y轴上的位置以及Z轴上的位置；

对绝缘子表面三维点云进行切片包括：

使用平面对绝缘子表面三维点云进行切片；

平面的方程为：

xcosα+ycosβ+zcosγ＝p；

其中，x、y以及z分别为点在X、Y、Z轴上坐标；α、β、γ为平面法向量的方向角，p为原点到平面的距离；

其中，所述拟合包括曲线拟合以及直线拟合，其中，

曲线拟合的公式为：

u＝av³+bv²+cv+d；

针对切片平面，上式中v为平面上下方向的坐标，对应点云z坐标；u为平面左右方向的坐标，对应点云x坐标和y坐标的在平面上的合成，a、b、c、d为曲线拟合参数；

直线拟合的公式为：

av+bu+c＝0；

其中，所述绝缘子偏斜度包括绝缘子上的钢脚偏斜度以及绝缘子上的铁帽偏斜度；

其中，根据拟合的结果，计算出绝缘子偏斜度包括：

根据拟合的结果，计算出绝缘子的中心线、钢脚中心线以及铁帽中心线；

根据绝缘子的中心线、钢脚中心线以及铁帽中心线，计算钢脚偏斜度以及铁帽偏斜度。