軌側(cè)立桿安裝基座數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)研究

宋宇宙

（河南工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，鄭州 450001）

目前，國內(nèi)工程量相當(dāng)大的電線立桿作業(yè)中的安裝環(huán)節(jié)是其他環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，安裝的偏差直接影響后面環(huán)節(jié)進(jìn)行的快慢。立桿基座螺栓是連接軌道旁側(cè)立桿和基座的重要零件，是影響立桿安裝的關(guān)鍵部分。如果螺栓傾斜誤差較大，將產(chǎn)生基座與立桿無法正常接觸進(jìn)而存在過大應(yīng)力的情況。當(dāng)螺栓過于傾斜時(shí)，將導(dǎo)致螺栓與立桿無法裝配[1-2]。因此，對(duì)軌側(cè)立桿安裝基座數(shù)據(jù)檢測尤其是基座螺栓傾斜度意義重大[3]。

目前主要采用人工目檢的方法對(duì)軌側(cè)立桿安裝基座數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，但檢測效率低，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化[4]。隨著機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，可將機(jī)器視覺技術(shù)用于軌側(cè)立桿安裝基座數(shù)據(jù)檢測。該技術(shù)具有非接觸，實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)[5-6]，能提高檢測的自動(dòng)化水平，檢測效率和可靠性。

根據(jù)立桿安裝時(shí)的實(shí)際需求，提出投影面積法對(duì)軌側(cè)立桿安裝基座螺栓傾斜度進(jìn)行檢測。通過虛擬儀器平臺(tái)研制了一套提高檢測效率和準(zhǔn)確率的軌側(cè)立桿安裝基座數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)。

1 投影面積法

現(xiàn)有螺栓傾斜度檢測方法主要靠工人用相應(yīng)量尺進(jìn)行測量，檢測效率低[7-8]。提出在虛擬儀器平臺(tái)上利用機(jī)器視覺技術(shù)的投影面積法，其原理如圖1所示。

圖1 投影面積法原理圖Fig.1 Schematic diagram of projected area method

圖1 中A 所示圓形為理想情況下位于基座螺栓上方的攝像頭采集到的投影面積。實(shí)際測量中，攝像頭的中心線和螺栓中心線并不在一條直線上，所以，實(shí)際基座螺栓投影面積應(yīng)為B 所示橢圓形。當(dāng)螺栓的傾斜度超出允許誤差，過度傾斜時(shí)，投影面積即為C 所示過度橢圓形。基于此原理并結(jié)合相應(yīng)實(shí)驗(yàn)測量得出判定方法，如表1 所示。

2 檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分用于實(shí)現(xiàn)軌側(cè)立桿安裝基座數(shù)據(jù)中基座螺栓圖像的采集和數(shù)據(jù)傳輸。圖像采集所需要的硬件包括光源、高清攝像頭、可伸縮三腳架、NI myRIO 和手提式計(jì)算機(jī)。硬件安裝檢測如圖2 所示。

3 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖2 硬件安裝檢測圖Fig.2 Detection diagram of hardware mounting

基座螺栓傾斜度檢測程序設(shè)計(jì)的主要思路是利用投影面積法判斷螺栓的投影面積是否處于規(guī)定限度范圍內(nèi)。為了得到良好的投影面積像素值，首先使用圖像標(biāo)記子程序?qū)β菟ǖ膮^(qū)域進(jìn)行分割標(biāo)記，然后利用圖像過濾子程序?qū)?biāo)記區(qū)域進(jìn)行過濾篩選，最后利用區(qū)域信息分析子程序進(jìn)行區(qū)域信息分析。經(jīng)過以上預(yù)備步驟后，將測得傾斜度正常的基座螺栓組各螺栓的投影面積的像素值S原設(shè)置為各螺栓標(biāo)準(zhǔn)投影面積像素值。然后對(duì)同一規(guī)格的基座螺栓組中的各螺栓進(jìn)行傾斜度檢測。將待測基座螺栓組中的各螺栓經(jīng)預(yù)備步驟，得到可作為待測基座螺栓組中各螺栓投影面積的像素值S測，利用表1 的判定條件，計(jì)算基座螺栓組各對(duì)應(yīng)位置處螺栓的S測與S原差值的絕對(duì)值，并和經(jīng)驗(yàn)像素值S判作比較，該系統(tǒng)中S判取值為20，便可判斷出基座螺栓傾斜度是否合格。經(jīng)多次試驗(yàn)、修改后，具體程序如圖3 所示。

4 系統(tǒng)測試

驗(yàn)證開發(fā)系統(tǒng)及硬件裝置的準(zhǔn)確性和可靠性，選用兩個(gè)200 mm×200 mm×5 mm 的亞克力板材和12 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)M12×30 螺栓制作兩個(gè)基座模型試件進(jìn)行測試。

基座模型試件1 如圖4 所示。預(yù)設(shè)代號(hào)1 螺栓同時(shí)存在傾斜度不合格和高度不合格，代號(hào)5 螺栓只存在高度不合格，其余螺栓的傾斜度和高度均在正常范圍內(nèi)。

基座模型試件2 如圖5 所示。預(yù)設(shè)代號(hào)4 螺栓同時(shí)存在傾斜度不合格和高度不合格，代號(hào)6 螺栓只存在傾斜度不合格，其余螺栓的傾斜度和高度均在正常范圍內(nèi)。

圖3 傾斜度檢測程序代碼Fig.3 Inclination detection program code

圖4 基座模型試件1Fig.4 Test piece 1 of base model

圖5 基座模型試件2Fig.5 Test piece 2 of base model

采集圖像后運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行檢測，如表2 所示，為螺栓傾斜度檢測結(jié)果。對(duì)表2 進(jìn)行分析，檢測結(jié)果與預(yù)設(shè)結(jié)果一致。經(jīng)過多次測量后，結(jié)論相同，表明投影面積法的檢測準(zhǔn)確率為100%，證明該系統(tǒng)對(duì)基座數(shù)據(jù)中基座螺栓傾斜度檢測的準(zhǔn)確性和可行性。

表2 螺栓傾斜度檢測結(jié)果Tab.2 Detection result of bolt inclination

5 結(jié)論

基于機(jī)器視覺技術(shù)的投影面積法可準(zhǔn)確檢測出軌側(cè)立桿基座數(shù)據(jù)中基座螺栓傾斜度是否合格，且檢測準(zhǔn)確率為100%。

利用虛擬儀器平臺(tái)研制了一套軌側(cè)立桿安裝基座數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基座數(shù)據(jù)的自動(dòng)化檢測，提高了檢測效率和檢測準(zhǔn)確率。