軌側立桿安裝基座數據檢測系統研究

宋宇宙

（河南工業大學機電工程學院，鄭州 450001）

目前，國內工程量相當大的電線立桿作業中的安裝環節是其他環節的基礎，安裝的偏差直接影響后面環節進行的快慢。立桿基座螺栓是連接軌道旁側立桿和基座的重要零件，是影響立桿安裝的關鍵部分。如果螺栓傾斜誤差較大，將產生基座與立桿無法正常接觸進而存在過大應力的情況。當螺栓過于傾斜時，將導致螺栓與立桿無法裝配[1-2]。因此，對軌側立桿安裝基座數據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軌側立桿安裝基座數據進行檢測，但檢測效率低，無法實現自動化[4]。隨著機器視覺技術應用越來越廣泛，可將機器視覺技術用于軌側立桿安裝基座數據檢測。該技術具有非接觸，實時性等優點[5-6]，能提高檢測的自動化水平，檢測效率和可靠性。

根據立桿安裝時的實際需求，提出投影面積法對軌側立桿安裝基座螺栓傾斜度進行檢測。通過虛擬儀器平臺研制了一套提高檢測效率和準確率的軌側立桿安裝基座數據檢測系統。

1 投影面積法

現有螺栓傾斜度檢測方法主要靠工人用相應量尺進行測量，檢測效率低[7-8]。提出在虛擬儀器平臺上利用機器視覺技術的投影面積法，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，實際基座螺栓投影面積應為B 所示橢圓形。當螺栓的傾斜度超出允許誤差，過度傾斜時，投影面積即為C 所示過度橢圓形。基于此原理并結合相應實驗測量得出判定方法，如表1 所示。

2 檢測系統硬件設計

系統硬件部分用于實現軌側立桿安裝基座數據中基座螺栓圖像的采集和數據傳輸。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 和手提式計算機。硬件安裝檢測如圖2 所示。

3 檢測系統軟件設計

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計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定限度范圍內。為了得到良好的投影面積像素值，首先使用圖像標記子程序對螺栓的區域進行分割標記，然后利用圖像過濾子程序對標記區域進行過濾篩選，最后利用區域信息分析子程序進行區域信息分析。經過以上預備步驟后，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原設置為各螺栓標準投影面積像素值。然后對同一規格的基座螺栓組中的各螺栓進行傾斜度檢測。將待測基座螺栓組中的各螺栓經預備步驟，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，計算基座螺栓組各對應位置處螺栓的S測與S原差值的絕對值，并和經驗像素值S判作比較，該系統中S判取值為20，便可判斷出基座螺栓傾斜度是否合格。經多次試驗、修改后，具體程序如圖3 所示。

4 系統測試

驗證開發系統及硬件裝置的準確性和可靠性，選用兩個200 mm×200 mm×5 mm 的亞克力板材和12 個標準M12×30 螺栓制作兩個基座模型試件進行測試。

基座模型試件1 如圖4 所示。預設代號1 螺栓同時存在傾斜度不合格和高度不合格，代號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。

基座模型試件2 如圖5 所示。預設代號4 螺栓同時存在傾斜度不合格和高度不合格，代號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。

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

采集圖像后運行系統進行檢測，如表2 所示，為螺栓傾斜度檢測結果。對表2 進行分析，檢測結果與預設結果一致。經過多次測量后，結論相同，表明投影面積法的檢測準確率為100%，證明該系統對基座數據中基座螺栓傾斜度檢測的準確性和可行性。

表2 螺栓傾斜度檢測結果Tab.2 Detection result of bolt inclination

5 結論

基于機器視覺技術的投影面積法可準確檢測出軌側立桿基座數據中基座螺栓傾斜度是否合格，且檢測準確率為100%。

利用虛擬儀器平臺研制了一套軌側立桿安裝基座數據檢測系統，可以實現對基座數據的自動化檢測，提高了檢測效率和檢測準確率。