CN114964047B - 一种用于电缆敷设状态的激光检测系统及方法 - Google Patents

一种用于电缆敷设状态的激光检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电缆敷设状态的激光检测系统及方法，系统包括检测装置，检测装置用于采集电缆轮廓数据；通讯模块用于将检测装置采集到的电缆轮廓数据传输给数据处理平台；数据处理平台用于判断电缆表面是否故障且得出电缆的实时敷设速度；控制器用于输出预警信号，同时对该故障进行标记计数，且控制电缆敷设速度一致；方法包括采集敷设中的电缆的轮廓数据；通讯模块将轮廓数据传输给数据处理平台；数据处理平台判断电缆是否故障；控制器针对数据处理平台反馈的电缆故障信息，输出预警信号，同时对该故障进行标记计数；本发明激光检测系统可综合存储各电缆段轮廓，拟合形成输送的整电缆段，并标记缺陷事件，根据各故障的严重情况进行预警。

Description

一种用于电缆敷设状态的激光检测系统及方法
技术领域
本发明涉及电缆敷设技术领域，具体涉及电缆敷设施工过程中，用于电缆表面故障检测表面故障、电缆敷设速度等电缆敷设状态检测的激光检测系统与方法。
背景技术
在电缆敷设过程中，电缆受牵引力、侧压力、弯矩力等机械力共同作用，以及现场敷设环境未及时清理的尖锐物挤压，极易对电缆外护套表面造成不同程度的损伤。对于电缆而言，外表面轻微地受损都可能造成电缆绝缘破坏，直接影响电缆线路的运行，甚至造成接地故障。这种电缆敷设过程中对电缆造成的损伤难以通过目测发现，也无法在预防性试验中的耐压试验被发现。
目前现有的敷设设备基本集中在解决电缆的机械输送作用，对敷设过程中造成的电缆外护套表面故障缺少关注。而且由于电缆敷设路径工况复杂多变，如坡度、转弯、敷设通道变化等因素，即使各敷设设备的输出速度调整为一致，电缆各路径的敷设速度也不可避免的存在差异。这种实际敷设速度的不一致将导致电缆形态变化而容易出现电缆敷设风险。而在现有电缆敷设工程中，没有对各路径点电缆的敷设速度进行实时检测，以及如何保证实际的敷设速度一致。由此可见针对电缆敷设过程中造成的电缆表面损伤以及电缆的实际敷设速度等电缆的敷设状态缺乏有效的检测手段，基于此，本发明设计了用于电缆表面故障敷设状态检测的激光检测系统与方法，可安装于集成于电缆敷设设备上配套使用。
发明内容
发明的目的在于提供一种用于电缆敷设状态的激光检测系统及方法，解决了现有技术无法在故障发生的早期对电缆表面故障进行检测排除，针对电缆敷设过程中造成的电缆损伤缺乏有效的检测手段，同时如何获知电缆实时敷设速度且根据电缆实际敷设速度控制电缆敷设过程中的速度一致性的问题。
本发明是这样实现的，一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，所述激光检测系统包括检测装置、通讯模块、数据处理平台以及控制器，所述检测装置通过所述通讯模块与所述数据处理平台通讯连接，所述数据处理平台与所述控制器通讯连接，
所述检测装置置于敷设中的电缆的外周，且用于采集电缆轮廓数据；
所述通讯模块用于将所述检测装置采集到的电缆轮廓数据传输给所述数据处理平台；
所述数据处理平台用于将所述电缆轮廓数据整合形成电缆轮廓，并分析该电缆轮廓的形状数据，对所述电缆轮廓的形状数据与电缆标准数据库进行匹配对比，判断电缆表面是否故障；且所述数据处理平台用于将电缆轮廓信息通过速度算法得出电缆的实时敷设速度；
所述控制器用于针对数据处理平台反馈故障输出预警信号，且对该故障进行标记计数，所述控制器还用于根据所述数据处理平台中的实时敷设速度调整多段电缆敷设速度一致。
本发明的进一步技术方案是：检测装置是置于敷设中的电缆周向的外周，通过激光线束照射至电缆表面，反射光在检测装置的感光元件上形成光斑，投射在成像矩阵上，从而采集到电缆轮廓数据，然后处理后跟标准的数据库对比，判断是否故障；能针对一些电缆细微的损伤的电缆异常情况及时将报告给施工人员，提高电缆的敷设质量，为后期电缆的持续正常运行提供保障。电缆敷设设备输送电缆实现与检测装置的相对运动，系统可综合存储各电缆段轮廓，拟合形成输送的整电缆段，并标记缺陷事件，根据各电缆表面故障的严重情况进行预警。
本发明的进一步技术方案是：所述检测装置包括四个激光轮廓传感器，四个所述激光轮廓传感器均匀的沿电缆的周向设置。
基于激光轮廓传感器的高采样频率，系统可通过累加电缆的输送长度，将其与时间戳的比值得出速度，其值可等同于电缆的实时敷设速度。
电缆通过电缆敷设设备沿敷设路径匀速运行，激光轮廓传感器组通过安装支架安装于电缆敷设路径上，实现电缆输送过程中对电缆轮廓数据的连续采集。激光轮廓传感器组均布布置在安装架构平台上。
四台激光轮廓传感器分别覆盖1/4电缆截面的测量视场，由于四台激光轮廓传感器采集一个对象数据，为保证同步性，设置由控制器发出采集命令，传感器1-4将通过传感器同步信号发送触发信号（上升沿）启动开始采集图像。激光轮廓传感器分别采集各自1/4电缆截面测量视场的宽度（称X方向）和传感器距电缆的高度（称Z方向），随着电缆的运行，各传感器采集沿电缆轴向的长度（称Y方向）；根据各传感器采集各测量视场的X方向和Z方向的轮廓点数，在成像矩阵坐标系中形成1/4电缆圆弧，数据处理平台中的轮廓拟合工具分别拟合并拼接4个激光轮廓传感器的轮廓数据，形成电缆的外截面圆；拼接Y方向的轮廓点数将形成一段长度的电缆。
本发明的进一步技术方案是：所述检测装置采集的电缆轮廓数据包括电缆截面测量视场的宽度、检测装置距离电缆的高度以及电缆运行时检测装置沿电缆轴向的长度。
本发明的进一步技术方案是：所述速度算法将检测装置得到的电缆轮廓数据中的Y轴向数据整合形成电缆输送长度，将电缆输送长度与系统内部时间戳作比值得到电缆的实时敷设速度值，所述敷设速度值可作为速度反馈输入至电缆敷设设备的速度控制形成闭环；同时可形成电缆的敷设速度曲线作为历史查询储存在所述数据处理平台。
在多个电缆敷设路径的多个关键点设置检测装置，可对电缆敷设状态进行全线动态检测，同时将其检测的速度与各敷设设备联动，可更好的保证电缆敷设速度的一致性。
本发明的进一步技术方案是：所述分析该电缆轮廓的形状数据为：在轮廓分析工具中进行电缆3D形状测量和3D外观检测。
本发明的进一步技术方案是：所述3D形状测量包括差值、平均值、近似值三个测量模式，计算高度差、宽度、高度平均值、角度、半径以及圆度。
其计算方式如下：
高度差计算方式：测量点－参考点（Z轴）；
宽度计算方式：测量点－参考点（X轴）；
平均值计算方式：参考点至测量视场内集合的平均值（Z轴）；
角度计算方式：计算近似直线，测量该近似直线与X 轴的角度；
半径计算方式：计算近似圆，测量近似圆的半径长度；
圆度计算公式：计算电缆外径表面各点半径与平均半径之差。
本发明的进一步技术方案是：所述3D外观检测包括电缆表面缺陷以及污点缺陷的识别。
3D外观检测主要是电缆表面缺陷、污点等缺陷的识别，正常状态下由轮廓拟合工具拟合的激光线轮廓应该是光滑的曲线，对应正常状态下电缆表面光洁、无油污、无凸起、无裂纹等情况；当输送的电缆发生破损或者较大刮痕时，拟合的激光线电缆轮廓会发生变形，将出现尖刺或者断线，从而发出报警信号并记录。
本发明的进一步技术方案是：所述控制器与所述通讯模块均布置于集成控制箱内。
本发明的进一步技术方案是：所述控制器还用于控制敷设电缆的敷设设备的运动。
综合3D形状数据与3D外观检测的结果，数据处理平台将评判电缆表面是否故障。故障时，触发控制器输出预警信号，提醒施工人员。同时对该故障事项进行标记计数，在检测完整段电缆后，可查看整段电缆的表面故障情况。
本发明还提供一种用于电缆敷设状态的激光检测方法，所述方法基于所述激光检测系统，所述方法包括以下步骤：
步骤一、检测装置采集敷设中的电缆的轮廓数据；
步骤二、通讯模块将所述轮廓数据传输给数据处理平台；
步骤三、数据处理平台将所述电缆的轮廓数据整合形成电缆轮廓并分析该电缆轮廓的形状数据，将所述形状数据与标准数据库进行匹配对比，判断电缆是否故障；且所述数据处理平台用于将电缆轮廓信息通过速度算法得出电缆的实时敷设速度；
步骤四、控制器针对所述数据处理平台反馈的电缆故障信息，输出预警信号，且对该故障进行标记计数，所述控制器还用于根据所述数据处理平台中的实时敷设速度调整多段电缆敷设速度一致。
本发明的进一步技术方案是：敷设中的所述电缆沿敷设路径匀速运动，所述检测装置固定在敷设路径上，敷设中的所述电缆相对所述检测装置处于运动状态。
检测装置可以检测沿敷设路径敷设电缆的长度，可以辅助施工人员了解掌控电缆的敷设进度。
检测装置设置的电缆盘的展放端时，检测装置能检测出电缆的表面缺陷，从而可以弥补电缆出厂时的检测不足的问题。
通过控制器控制敷设设备运动，从而带动电缆沿敷设路径匀速运动。
本发明的有益效果：本发明系统由激光轮廓传感器采集电缆轮廓数据，拼接形成电缆基本外轮廓，根据电缆外轮廓的基本参数与标准电缆数据库进行匹配比对，在系统内部经电缆表面缺陷故障分析后，输出检测结果；激光检测系统可综合存储各电缆段轮廓，拟合形成输送的整电缆段，并标记缺陷事件，根据各故障的严重情况进行预警；
本发明基于检测装置中的激光轮廓传感器的高采样频率，通过速度算法，同步实现电缆的敷设速度实时检测，数据处理平台根据检测到的电缆实际敷设速度控制电缆敷设设备的速度，保证电缆敷设过程中速度的一致性，避免敷设路径工况复杂多变造成的影响；
本发明采用激光轮廓传感器进行非接触式检测，对电缆表面损伤缺陷进行综合评估，可实现电缆表面故障的有效检测，并不需要电缆外护套绝缘破损后才能检测到，而是在出现表面损伤缺陷，就能通过非接触式的激光轮廓传感器就能检测到缺陷，在故障发生的早期就能做到故障排除，保证电缆的持续正常的运行；本发明中的激光检测系统与电缆敷设设备设备配套使用实现集成控制，可将电缆故障情况及时报告给施工人员。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于电缆敷设状态的激光检测系统的示意图；
图2是本发明提供的检测装置在电缆外周的布置图。
附图标记：1.电缆、2.集成控制箱、3.检测装置、4.敷设设备、5. 激光轮廓传感器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一：
图1示出了一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，所述激光检测系统包括检测装置3、通讯模块、数据处理平台以及控制器，所述检测装置3通过所述通讯模块与所述数据处理平台通讯连接，所述数据处理平台与所述控制器通讯连接，
所述检测装置3置于敷设中的电缆1的外周，且用于采集电缆轮廓数据；
所述通讯模块用于将所述检测装置3采集到的电缆轮廓数据传输给所述数据处理平台；
所述数据处理平台用于将所述电缆轮廓数据整合形成电缆轮廓，并分析该电缆轮廓的形状数据，对所述电缆轮廓的形状数据与电缆标准数据库进行匹配对比，判断电缆1表面是否故障；且所述数据处理平台用于将电缆轮廓信息通过速度算法得出电缆的实时敷设速度；
所述控制器用于针对数据处理平台反馈故障输出预警信号，且对该故障进行标记计数，所述控制器还用于根据所述数据处理平台中的实时敷设速度调整多段电缆敷设速度一致。
检测装置3是置于敷设中的电缆的外周的，通过激光线束照射至电缆表面，反射光在检测装置3的感光元件上形成光斑，投射在成像矩阵上，从而采集到电缆轮廓数据，然后处理后跟标准的数据库对比，判断是否故障；能针对一些电缆细微的损伤的电缆异常情况及时将报告给施工人员，提高电缆1的敷设质量，为后期电缆的持续正常运行提供保障。电缆敷设设备输送电缆实现与检测装置的相对运动，系统可综合存储各电缆段轮廓，拟合形成输送的整电缆段，并标记缺陷事件，根据各电缆表面故障的严重情况进行预警。
在本实施例中，所述检测装置3包括四个激光轮廓传感器5，四个所述激光轮廓传感器5沿电缆周向均匀的设置。
基于激光轮廓传感器5的高采样频率，系统可通过累加电缆的输送长度，将其与时间戳的比值得出速度，其值可等同于电缆的实时敷设速度。
在本实施例中，电缆通过电缆敷设设备沿敷设路径匀速运行，激光轮廓传感器5组通过安装支架安装于电缆敷设路径上，实现电缆输送过程中对电缆轮廓数据的连续采集。激光轮廓传感器5组均布布置在安装架构平台上。
在本实施例中，四台激光轮廓传感器5分别覆盖1/4电缆截面的测量视场，由于四台激光轮廓传感器5采集一个对象数据，为保证同步性，设置由控制器发出采集命令，传感器1-4将通过传感器同步信号发送触发信号（上升沿）启动开始采集图像。激光轮廓传感器5分别采集各自1/4电缆截面测量视场的宽度（称X方向）和传感器距电缆的高度（称Z方向），随着电缆的运行，各传感器采集沿电缆轴向的长度（称Y方向）；根据各传感器采集各测量视场的X方向和Z方向的轮廓点数，在成像矩阵坐标系中形成1/4电缆圆弧，数据处理平台中的轮廓拟合工具分别拟合并拼接4个激光轮廓传感器5的轮廓数据，形成电缆的外截面圆；拼接Y方向的轮廓点数将形成一段长度的电缆。
在本实施例中，所述检测装置3采集的电缆轮廓数据包括电缆截面测量视场的宽度、检测装置距离电缆的高度以及电缆运行时检测装置沿电缆轴向的长度。
本发明的进一步技术方案是：所述速度算法将检测装置得到的电缆轮廓数据中的Y轴向数据整合形成电缆输送长度，将电缆输送长度与系统内部时间戳作比值得到电缆的实时敷设速度值，所述敷设速度值可作为速度反馈输入至电缆敷设设备的速度控制形成闭环；同时可形成电缆的敷设速度曲线作为历史查询储存在所述数据处理平台。
在多个电缆敷设路径的多个关键点设置检测装置，可对电缆敷设状态进行全线动态检测，同时将其检测的速度与各敷设设备联动，可更好的保证电缆敷设速度的一致性。
在本实施例中，所述分析该电缆轮廓的形状数据为：在轮廓分析工具中进行电缆3D形状测量和3D外观检测。
在本实施例中，所述3D形状测量包括差值、平均值、近似值三个测量模式，计算高度差、宽度、高度平均值、角度、半径以及圆度。
其计算方式如下：
高度差计算方式：测量点－参考点（Z轴）；
宽度计算方式：测量点－参考点（X轴）；
平均值计算方式：参考点至测量视场内集合的平均值（Z轴）；
角度计算方式：计算近似直线，测量该近似直线与X 轴的角度；
半径计算方式：计算近似圆，测量近似圆的半径长度；
圆度计算公式：计算电缆外径表面各点半径与平均半径之差。
在本实施例中，所述3D外观检测包括电缆表面缺陷以及污点缺陷的识别。
3D外观检测主要是电缆表面缺陷、污点等缺陷的识别，正常状态下由轮廓拟合工具拟合的激光线轮廓应该是光滑的曲线，对应正常状态下电缆表面光洁、无油污、无凸起、无裂纹等情况；当输送的电缆发生破损或者较大刮痕时，拟合的激光线电缆轮廓会发生变形，将出现尖刺或者断线，从而发出报警信号并记录。
在本实施例中，所述控制器与所述通讯模块均布置于集成控制箱2内。
在本实施例中，所述控制器还用于控制敷设电缆的敷设设备4的运动。
在本实施例中，综合3D形状数据与3D外观检测的结果，数据处理平台将评判电缆表面是否故障。故障时，触发控制器输出预警信号，提醒施工人员。同时对该故障事项进行标记计数，在检测完整段电缆后，可查看整段电缆的表面故障情况。
实施例二：
如图2所示的一种用于电缆敷设状态的激光检测方法，所述方法基于实施例一中所述的激光检测系统，所述方法包括以下步骤：
步骤一、检测装置采集敷设中的电缆的轮廓数据；
步骤二、通讯模块将所述轮廓数据传输给数据处理平台；
步骤三、数据处理平台将所述电缆的轮廓数据整合形成电缆轮廓并分析该电缆轮廓的形状数据，将所述形状数据与标准数据库进行匹配对比，判断电缆是否故障；且所述数据处理平台用于将电缆轮廓信息通过速度算法得出电缆的实时敷设速度；
步骤四、控制器针对所述数据处理平台反馈的电缆故障信息，输出预警信号，且对该故障进行标记计数，所述控制器还用于根据所述数据处理平台中的实时敷设速度调整多段电缆敷设速度一致。
在本实施例中，敷设中的所述电缆沿敷设路径匀速运动，所述检测装置3固定在敷设路径上，敷设中的所述电缆相对所述检测装置处于运动状态。
通过控制器控制敷设设备运动，从而带动电缆沿敷设路径匀速运动。
检测装置可以检测沿敷设路径敷设电缆的长度，可以辅助施工人员了解掌控电缆的敷设进度。
检测装置设置的电缆盘的展放端时，检测装置能检测出电缆的表面缺陷，从而可以弥补电缆出厂时的检测不足的问题。
激光检测系统由多个激光轮廓传感器5采集电缆轮廓数据，拼接形成电缆基本外轮廓，根据电缆外轮廓的基本参数与标准电缆数据库进行匹配比对，在系统内部经电缆表面缺陷故障分析后，输出检测结果。系统可综合存储各电缆段轮廓，拟合形成输送的整电缆段，并标记缺陷事件，根据各故障的严重情况进行预警。同时激光检测系统采集到的电缆轮廓数据中包括缆运行时检测装置沿电缆轴向的长度（Y轴向数据），通过速度算法将检测装置得到的电缆轮廓数据中的Y轴向数据整合形成电缆输送长度，将电缆输送长度与系统内部时间戳作比值得到电缆的实时敷设速度值，所述敷设速度值可作为速度反馈输入至电缆敷设设备的速度控制形成闭环；保证电缆敷设时速度的一致性，避免电缆故障，同时可形成电缆的敷设速度曲线作为历史查询储存在所述数据处理平台。
在多个电缆敷设路径的多个关键点设置检测装置，可对电缆敷设状态进行全线动态检测，同时将其检测的速度与各敷设设备联动，可更好的保证电缆敷设速度的一致性。
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 (8)

1.一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，其特征在于：所述激光检测系统包括检测装置、通讯模块、数据处理平台以及控制器，所述检测装置通过所述通讯模块与所述数据处理平台通讯连接，所述数据处理平台与所述控制器通讯连接，
所述检测装置置于敷设中的电缆的外周，且用于采集电缆轮廓数据；
所述通讯模块用于将所述检测装置采集到的电缆轮廓数据传输给所述数据处理平台；
所述数据处理平台用于将所述电缆轮廓数据整合形成电缆轮廓，并分析该电缆轮廓的形状数据，对所述电缆轮廓的形状数据与电缆标准数据库进行匹配对比，判断电缆表面是否故障；且所述数据处理平台用于将电缆轮廓信息通过速度算法得出电缆的实时敷设速度；
所述控制器用于针对数据处理平台反馈故障输出预警信号，且对该故障进行标记计数，所述控制器还用于根据所述数据处理平台中的实时敷设速度调整多段电缆敷设速度一致；
所述检测装置采集的电缆轮廓数据包括电缆截面测量视场的宽度、检测装置距离电缆的高度以及电缆运行时检测装置沿电缆轴向的长度；
所述速度算法将检测装置得到的电缆轮廓数据中的Y轴向数据整合形成电缆输送长度，将电缆输送长度与系统内部时间戳作比值得到电缆的实时敷设速度值，所述敷设速度值可作为速度反馈输入至电缆敷设设备的速度控制形成闭环；同时可形成电缆的敷设速度曲线作为历史查询储存在所述数据处理平台。
2.根据权利要求1所述的一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，其特征在于，所述检测装置包括四个激光轮廓传感器，四个所述激光轮廓传感器沿电缆周向均匀的设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，其特征在于，所述分析该电缆轮廓的形状数据为：在轮廓分析工具中进行电缆3D形状测量和3D外观检测。
4.根据权利要求3所述的一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，其特征在于，所述3D形状测量包括差值、平均值、近似值三个测量模式，计算高度差、宽度、高度平均值、角度、半径以及圆度；所述3D外观检测包括电缆表面缺陷以及污点缺陷的识别。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，其特征在于，所述控制器与所述通讯模块均布置于集成控制箱内。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于电缆敷设状态的激光检测系统，其特征在于，所述控制器还用于控制敷设电缆的敷设设备的运动。
7.一种用于电缆敷设状态的激光检测方法，其特征在于，所述方法基于所述权利要求1-6中任意一项所述的激光检测系统，所述方法包括以下步骤：
步骤一、检测装置采集敷设中的电缆的轮廓数据；
步骤二、通讯模块将所述轮廓数据传输给数据处理平台；
步骤三、数据处理平台将所述电缆的轮廓数据整合形成电缆轮廓并分析该电缆轮廓的形状数据，将所述形状数据与标准数据库进行匹配对比，判断电缆是否故障；且所述数据处理平台用于将电缆轮廓信息通过速度算法得出电缆的实时敷设速度；
步骤四、控制器针对所述数据处理平台反馈的电缆故障信息，输出预警信号，且对该故障进行标记计数，所述控制器还用于根据所述数据处理平台中的实时敷设速度调整多段电缆敷设速度一致。
8.根据权利要求7所述的一种用于电缆敷设状态的激光检测方法，其特征在于，敷设中的所述电缆沿敷设路径匀速运动，所述检测装置固定在敷设路径上，敷设中的所述电缆相对所述检测装置处于运动状态。
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