CN208155764U - 一种基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，包括：安置板和计算机，安置板上沿同一直线方向上依次设有烘箱、齿条、水平移动步进电机装置和图像采集装置；齿条上设置有水平移动步进电机装置，水平移动步进电机装置通过垂直移动机构与图像采集装置连接；烘箱上设置有电缆安置装置；烘箱、水平移动步进电机装置、垂直移动机构和电缆安置装置分别通过数据线与信号处理装置相连；图像采集装置和信号处理装置分别通过数据线与计算机连接。按照测试要求自适应产生测试过程中加热温度；自动测量施加负载拉力及加热前后试样标志线间的距离，自动计算热延伸率。减少人为因素造成的测量误差，提高了热延伸率计算的精确度和效率。

Description

一种基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置

技术领域

本实用新型涉及热延伸测量领域，尤其涉及一种基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置。

背景技术

电线电缆用于传输电力、传输信息和实现电磁能量转换等，在生产生活中有着不可替代的作用。电线电缆的热延伸是一个重要的指标，热延伸不合格会造成如下危害：导体在发热过程中绝缘变形，改变了绝缘最薄点厚度或是溶化，造成绝缘等级降低或是短路发生火灾；绝缘材料在变热过程中改变了其性能，从而降低了材料的绝缘介电强度。电线电缆质量的好坏不仅可以直接影响人民的生活质量，甚至会给人民生命财产和国家经济的发展带来巨大损失。所以，电线电缆产品的热延伸检测至关重要。

传统的热延伸测量装置一般由烘箱、热延伸测量架、砝码以及钢尺构成。由专用设备压制被测电线电缆试样后，在电线电缆试样表面画出两条标记线，测试人员用钢尺手动测量出电线电缆试样标记线之间的距离及试样的厚度和宽度，并计算出截面积。然后用夹子把试样上端夹在烘箱内的固定架上，试样下端通过夹子连接托盘。按国标规定的方法，根据试样截面积计算出试样在加热过程应的负载率，然后在试样下端连接的托盘中添加重物达到相应值。开启烘箱达到规定温度开始计时，15分钟后立即测量标志线间的距离，如果烘箱没有观察窗而必须把门打开运行测量，则应在打开门后30秒内测量完毕。（如有争议，试验应在带观察窗的烘箱内进行，并且不打开箱们测量）。测量后应立即从试件上解除重物（在下夹头处把试样剪断），并使试件在规定的温度下恢复5分钟。然后从烘箱内取出试件，慢慢冷却至室温，再次测量标记线间的距离，计算伸长率。

热延伸测量过程的温度由测试人员手动控制，加热前后电线电缆试样标记线之间的距离由测试人员读出并手动记录数据，测量过程比较复杂，测量效率低。而且测量过程中存在测量温度的时间控制不准确、电线电缆试样截面积测量不准确，所加负载拉力不准确，读数存在误差的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，包括：安置板和计算机，安置板上沿同一直线方向上依次设有烘箱、齿条、水平移动步进电机装置和图像采集装置；

齿条上设置有水平移动步进电机装置，水平移动步进电机装置通过垂直移动机构与图像采集装置连接；

烘箱上设置有电缆安置装置；

烘箱、水平移动步进电机装置、垂直移动机构和电缆安置装置分别通过数据线与信号处理装置相连；

图像采集装置和信号处理装置分别通过数据线与计算机连接。

优选的，电缆安置装置包括：旋转步进电机装置、上固定夹连接轴承、上固定夹、拉力传感器、钢丝绳转向滑轮、钢丝绳、伺服电机装置、下固定夹、下固定夹连接支撑机构；

旋转步进电机装置设置于烘箱顶板上；旋转步进电机装置通过上固定夹连接轴承与烘箱内部的上固定夹连接，烘箱顶部设有与上固定夹连接轴承相匹配的贯穿孔，上固定夹连接轴承设置于贯穿孔内；

下固定夹设置于烘箱底板上，下固定夹通过下固定夹连接支撑机构与烘箱底板下的拉力传感器一端连接；拉力传感器的另一端通过钢丝绳与伺服电机装置的转子连接，拉力传感器与伺服电机装置之间的钢丝绳与钢丝绳转向滑轮活动连接；

烘箱底板上设有与下固定夹连接支撑机构相匹配的贯穿孔，下固定夹连接支撑机构设置于贯穿孔内；

旋转步进电机装置、拉力传感器、伺服电机装置分别通过数据线与信号处理装置连接。

优选的，上固定夹包括：固定夹板、活动夹板、回位弹簧和紧固螺栓；

固定夹板两侧分别通过回位弹簧与活动夹板抵接，固定夹板两侧和移动夹板两侧分别设有与紧固螺栓相适配的紧固通孔；固定夹板下端和活动夹板下端分别设有用于紧固电缆的凹槽；固定夹板下端与上固定夹连接轴承连接；

下固定夹与上固定夹结构相同，下固定夹的固定夹板下端与下固定夹连接支撑机构连接。

优选的，下固定夹连接支撑机构包括：连杆和环绕连杆设置的支撑弹簧。

优选的，图像采集装置包括：工业摄像机和镜头；

镜头设置于工业摄像机上；环形LED光源环绕设置于镜头上；

环形LED光源和工业摄像机与信号处理装置连接。

优选的，环形LED光源为亮度可调的LED光源。

优选的，烘箱内设有电加热器和温度传感器；

电加热器和温度传感器分别与信号处理装置连接。

优选的，工业摄像机采用高分辨率黑白摄像机，镜头采用远心镜头。

优选的，旋转步进电机装置包括旋转步进电机及旋转步进电机驱动器；旋转步进电机通过旋转步进电机驱动器与信号处理装置连接；

伺服电机装置包括伺服电机及伺服电机驱动器；伺服电机通过伺服电机驱动器与信号处理装置连接；

水平移动步进电机装置包括水平移动步进电机及水平移动步进电机驱动器；水平移动步进电机通过水平移动步进电机驱动器与信号处理装置连接；

垂直移动机构为气缸、或为油缸、或为小型丝杆升降机。

优选的，烘箱靠近图像采集装置一侧为透明板。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

本实用新型基于模糊规则库自动调节环形LED光源亮度，自动控制图像采集装置水平和垂直位置移动，使采集的图像清晰度最佳；

根据测试要求由计算机控制烘箱内加热器和温度传感器形成闭环温度控制系统，温度控制更精确；由计算机定时控制加热时间，电线电缆试样加热时间控制更精确；

拉力传感器和伺服电机形成拉力闭环控制系统，根据电线电缆试样截面积，由计算机控制闭环负载拉力产生装置产生试样负载拉力，更准确；

运用图像处理技术进行电线电缆延伸尺寸的测量，热延伸率的计算，减少人为因素的干预，提高了热延伸率计算的精确度和效率；计算机自动生成检测报告，提高自动化程度，避免了手动记录数据，效率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型结构示意图。

图2为负载拉力产生装置局部放大示意图。

图3为烘箱内部上下固定夹与外部连接示意图。

图4为电线电缆试件设置于上固定夹示意图。

图5为电线电缆试件设置于上固定夹、下固定夹示意图。

其中1、安置板，2、烘箱，3、步旋转进电机装置，4、拉力传感器，5、钢丝绳转向滑轮，6、钢丝绳，7、伺服电机装置，8、齿条，9、水平移动步进电机装置，10、图像采集装置垂直移动机构，11、环形LED光源，12、镜头，13、工业摄像机，14、信号处理装置，15、计算机，16、计算机桌，17、上固定夹连接轴承，18、上固定夹，19、下固定夹，20、下固定夹连接支撑机构，21、电线电缆试样。

具体实施方式

为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本实用新型保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例提供一种基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，如图1所示包括：安置板1和计算机15，安置板1上沿同一直线方向上依次设有烘箱2、齿条8、水平移动步进电机装置9和图像采集装置；烘箱2靠近图像采集装置一侧为透明板；计算机15设置于计算机桌16上；

齿条8上设置有水平移动步进电机装置9，水平移动步进电机装置9通过垂直移动机构与图像采集装置连接；

烘箱2上设置有电缆安置装置；

烘箱2、水平移动步进电机装置9、垂直移动机构10和电缆安置装置分别通过数据线与信号处理装置14相连；

图像采集装置和信号处理装置14分别通过数据线与计算机15连接。

如图2、图3所示，本实施例中，电缆安置装置包括：旋转步进电机装置3、上固定夹连接轴承17、上固定夹18、拉力传感器4、钢丝绳转向滑轮5、钢丝绳6、伺服电机装置7、下固定夹19、下固定夹连接支撑机构20；

旋转步进电机装置3设置于烘箱2顶板上；旋转步进电机装置3通过上固定夹连接轴承17与烘箱2内部的上固定夹18连接，烘箱2顶部设有与上固定夹连接轴承17相匹配的贯穿孔，上固定夹连接轴承17设置于贯穿孔内；

下固定夹19设置于烘箱2底板上，下固定夹19通过下固定夹连接支撑机构20与烘箱底板下的拉力传感器4一端连接；拉力传感器4的另一端通过钢丝绳6与伺服电机装置7的转子连接，拉力传感器4与伺服电机装置7之间的钢丝绳6与钢丝绳转向滑轮5活动连接；

烘箱2底板上设有与下固定夹连接支撑机构20相匹配的贯穿孔，下固定夹连接支撑机构20设置于贯穿孔内；

旋转步进电机装置3、拉力传感器4、伺服电机装置7分别通过数据线与信号处理装置14连接。

本实施例中，上固定夹18包括：固定夹板、活动夹板、回位弹簧和紧固螺栓；

固定夹板两侧分别通过回位弹簧与活动夹板抵接，固定夹板两侧和移动夹板两侧分别设有与紧固螺栓相适配的紧固通孔；固定夹板下端和活动夹板下端分别设有用于紧固电缆的凹槽；固定夹板下端与上固定夹连接轴承17连接；

下固定夹19与上固定夹18结构相同，下固定夹19的固定夹板下端与下固定夹连接支撑机构20连接；其中下固定夹连接支撑机构20包括：连杆和环绕连杆设置的支撑弹簧。

本实施例中，图像采集装置包括：工业摄像机13和镜头12；其中，工业摄像机13采用高分辨率黑白摄像机，镜头12采用远心镜头。

镜头12设置于工业摄像机13上；

环形LED光源11环绕设置于镜头12上；其中环形LED光源11为亮度可调的LED光源。

环形LED光源11和工业摄像机13分别与信号处理装置14连接。

本实施例中，烘箱2内设有电加热器和温度传感器；

电加热器和温度传感器分别与信号处理装置14连接。

本实施例中，旋转步进电机装置3包括旋转步进电机及旋转步进电机驱动器；旋转步进电机通过旋转步进电机驱动器与信号处理装置14连接；

伺服电机装置7包括伺服电机及伺服电机驱动器；伺服电机通过伺服电机驱动器与信号处理装置14连接；

水平移动步进电机装置9包括水平移动步进电机及水平移动步进电机驱动器；水平移动步进电机通过水平移动步进电机驱动器与信号处理装置14连接；

垂直移动机构10为气缸、或为油缸、或为小型丝杆升降机。

本装置使用过程中，首先打开烘箱，如图4所示，把电线电缆试样21由上固定夹子18固定。关闭烘箱2，工业摄像机13通过烘箱2上的透明板对试样进行拍照，计算机15采用模糊神经网络程序对采集的图像清晰度进行评价。如果未达到最佳清晰度，图像清晰度模糊规则库程序发出控制指令，调节环形LED光源11亮度、水平移动步进电机装置9和图像采集装置垂直移动机构10，改变烘箱2内明暗对比和工业摄像机13位置，使采集的图像达到最佳清晰度。工业摄像机13自动标定，消除镜头11和烘箱2透明板的畸变影响。旋转步进电机装置3转过90度，对电线电缆试样21拍照，获取电线电缆试样21侧面图片。然后旋转步进电机装置3回正，工业摄像机13对电线电缆试样21获取试样正面图片，通过图像处理程序计算出试样厚度、宽度及标记线之间的世界坐标尺寸。如图5所示，下固定夹19固定住电线电缆试样21下端。根据试样21的厚度和宽度计算出的试样截面积，根据试样截面积，计算试样加热过程的负载拉力数值。由计算机15程序控制伺服电机装置7产生对应拉力值。其过程为计算机15发出指令启动伺服电机装置7，伺服电机装置7转子转动，拉动钢丝绳6，钢丝绳6绕过钢丝绳转向滑轮5拉动拉力传感器4，拉力传感器4通过下固定夹连接支撑机构20带动下固定夹19对电线电缆试样21产生额定负载拉力。

同时计算机程序烘箱2开始加热，达到规定计算机程序温度开始计时，15分钟后工业摄像机13拍照获取试样图像，由图像处理程序计算出标记线之间的距离。卸载负载拉力，使试件在规定的温度下恢复5分钟。打开烘箱2的门，却至室温，再次拍照，由出现处理程序测量标记线间的距离。然后计算出试样伸长率，并自动生成报告。

通过本领域常用的C#语言，基于本领域常用的软件程序，实现图像处理和测量功能，进行延伸率数据的信息化管理功能和自动检测报告功能的开发。并且运用人机工程学对软件界面进行优化，形成能在计算机15上运行的应用软件。

计算机软件内部包含图像采集装置自动标定程序、图像清晰度模糊神经网络评价程序、基于模糊规则库的图像清晰度程序、环形LED光源为亮度调节程序、图像采集装置水平移动和垂直升降程序、烘箱温度控制及定时程序、电线电缆试样宽度测量程序、电线电缆试样厚度测量程序、电线电缆试样标记线间距离程序、电线电缆试样热延展率计算程序、根据电线电缆试样截面积计算试样所加负载拉力程序、负载拉力自适应产生程序。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，包括：安置板（1）和计算机（15），安置板（1）上沿同一直线方向上依次设有烘箱（2）、齿条（8）、水平移动步进电机装置（9）和图像采集装置；

齿条（8）上设置有水平移动步进电机装置（9），水平移动步进电机装置（9）通过垂直移动机构（10）与图像采集装置连接；

烘箱（2）上设置有电缆安置装置；

烘箱（2）、水平移动步进电机装置（9）、垂直移动机构（10）和电缆安置装置分别通过数据线与信号处理装置（14）相连；

图像采集装置和信号处理装置（14）分别通过数据线与计算机（15）连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

电缆安置装置包括：旋转步进电机装置（3）、上固定夹连接轴承（17）、上固定夹（18）、拉力传感器（4）、钢丝绳转向滑轮（5）、钢丝绳（6）、伺服电机装置（7）、下固定夹（19）、下固定夹连接支撑机构（20）；

旋转步进电机装置（3）设置于烘箱（2）顶板上；旋转步进电机装置（3）通过上固定夹连接轴承（17）与烘箱（2）内部的上固定夹（18）连接，烘箱（2）顶部设有与上固定夹连接轴承（17）相匹配的贯穿孔，上固定夹连接轴承（17）设置于贯穿孔内；

下固定夹（19）设置于烘箱（2）底板上，下固定夹（19）通过下固定夹连接支撑机构（20）与烘箱底板下的拉力传感器（4）一端连接；拉力传感器（4）的另一端通过钢丝绳（6）与伺服电机装置（7）的转子连接，拉力传感器（4）与伺服电机装置（7）之间的钢丝绳（6）与钢丝绳转向滑轮（5）活动连接；

烘箱（2）底板上设有与下固定夹连接支撑机构（20）相匹配的贯穿孔，下固定夹连接支撑机构（20）设置于贯穿孔内；

旋转步进电机装置（3）、拉力传感器（4）、伺服电机装置（7）分别通过数据线与信号处理装置（14）连接。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

上固定夹（18）包括：固定夹板、活动夹板、回位弹簧和紧固螺栓；

固定夹板两侧分别通过回位弹簧与活动夹板抵接，固定夹板两侧和移动夹板两侧分别设有与紧固螺栓相适配的紧固通孔；固定夹板下端和活动夹板下端分别设有用于紧固电缆的凹槽；固定夹板下端与上固定夹连接轴承（17）连接；

下固定夹（19）与上固定夹（18）结构相同，下固定夹（19）的固定夹板下端与下固定夹连接支撑机构（20）连接。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

下固定夹连接支撑机构（20）包括：连杆和环绕连杆设置的支撑弹簧。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

图像采集装置包括：工业摄像机（13）和镜头（12）；

镜头（12）设置于工业摄像机（13）上；

环形LED光源（11）环绕设置于镜头（12）上；

环形LED光源（11）和工业摄像机（13）与信号处理装置（14）连接。

6.根据权利要求4所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

环形LED光源（11）为亮度可调的LED光源。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

烘箱（2）内设有电加热器和温度传感器；

电加热器和温度传感器分别与信号处理装置（14）连接。

8.根据权利要求4所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

工业摄像机（13）采用高分辨率黑白摄像机，镜头（12）采用远心镜头。

9.根据权利要求1或2或7所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

旋转步进电机装置（3）包括旋转步进电机及旋转步进电机驱动器；旋转步进电机通过旋转步进电机驱动器与信号处理装置（14）连接；

伺服电机装置（7）包括伺服电机及伺服电机驱动器；伺服电机通过伺服电机驱动器与信号处理装置（14）连接；

水平移动步进电机装置（9）包括水平移动步进电机及水平移动步进电机驱动器；水平移动步进电机通过水平移动步进电机驱动器与信号处理装置（14）连接；

垂直移动机构（10）为气缸、或为油缸、或为小型丝杆升降机。

10.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电线电缆热延伸测量装置，其特征在于，

烘箱（2）靠近图像采集装置一侧为透明板。