一種基于圖像實時采集技術的封閉內室自動檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于圖像實時采集技術的封閉內室自動檢測裝置及方法，該裝置包括磁力爬行器(3)、定位及測距模塊(5)、轉向及傳動模塊(4)以及圖像采集及照明模塊(6)、數據采集及處理集成模塊(2)、電源(7)和計算機控制系統(1)；該裝置通過對2個電機速度的協調控制，可完成小車的前進、后退、左轉和右轉動作，相比于現有技術，具有更小的體積和更強的靈活性，能夠適用于檢測孔較小的半封閉或封閉性電力系統設備內腔的檢驗工作。該檢測方法結合圖像采集模塊實現了對封閉內室圖像的實時采集，快速發現封閉內室缺陷或掉入異物，以便于檢修人員在不打開封閉內室的情況下發現系統故障，具有較高的檢測效率和檢測準確度。
【專利說明】
一種基于圖像實時采集技術的封閉內室自動檢測裝置及方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于自動檢測領域，特別涉及一種基于圖像實時采集技術封閉內室自動檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]為了保障電力生產的安全穩定運行，需要定期對電力設備進行有計劃的檢測和維修，受檢測環境和檢測條件的限制，對某些電力運行設備的檢修中，往往在耗費了較大的人力和物力之后，依然存在檢測盲點，給設備帶來安全隱患。
[0003]如水電廠在C修時針對頂蓋下封閉轉輪室內減壓板的檢測中，在不揭開頂蓋的情況下，多采用內窺鏡(軟管加探頭)從減壓板上方的真空破壞閥內孔或轉輪室下方的泄壓孔等部位伸進頂蓋下封閉內室進行觀察，由于內窺鏡軟管是人為操作，對探頭伸入長度及角度無法控制，很難確定檢測探頭在內室的具體位置，因此對探頭觀測到的部位無法準確定位和定性，即使觀測到異物和缺陷，也無法有效指導人員檢修，此外還存在較大的觀測盲點。同樣，在火電廠的定期檢修中，諸多的聯箱也屬于重點檢修對象，目前大多是割開聯箱上提前預留的手孔門，采用內窺鏡伸入手孔進行檢測，除了之前所提到的問題之外，由于某些聯箱并非單一出入口，在針對諸如三通類連接的聯箱內壁的檢測時，無法按要求完成檢測工作。
[0004]經過對現有技術的檢索發現，中國專利“永磁吸附輪式鐵壁爬行機器人”(申請號201120479233.6)提出了一種機器人裝置，使用具有一定間隙的永磁體實現對鐵壁的吸附。中國專利“輪式永磁吸附管道爬行機器人”(申請號200710053422.5)提出了一種由四輪驅動小車和永磁吸附機構組成的管道爬行機器人，四輪同步驅動，永磁吸附機構可通過調節螺栓改變吸附機構與管道表面間距，實現磁力大小的調節。這兩種方法均采用單獨控制的永磁吸附裝置，前者磁力不可調，后者在前者基礎上有所改進，磁力可以調節，但兩者的結構均較復雜，使用范圍受到較大限制。
[0005]中國專利“電磁鐵爬行機構”(申請號97219169.0)提出的電磁鐵爬行機構，可以控制磁力的有無和大小，克服了爬行機器人吸附和運動之間的矛盾，但是增加的電磁控制電路，使得機構更加復雜，且降低了機構的可靠性。
[0006]中國專利“履帶式永磁鐵爬行機構”(申請號00200795.9)提出了一種履帶式永磁爬行機構，采用多個永磁單位做成履帶機構，具有一定的運載能力，同時在結構上也較緊湊，但由于履帶直接與作業面接觸，帶來較大的運行阻力，且轉向不太靈活，同時對永磁履帶的磨損較嚴重，減小了設備使用壽命。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供了一種基于圖像實時采集技術的封閉內室自動檢測裝置及方法，能實現對封閉內室圖像的實時采集，快速發現封閉內室缺陷或掉入異物，以便于檢修人員在不打開封閉內室的情況下發現系統故障并制定合理的檢修方案，確保安全可靠運行。
[0008]一種基于圖像實時采集技術封閉內室自動檢測裝置，包括磁力爬行器3、定位及測距模塊5、轉向及傳動模塊4以及圖像采集及照明模塊6、數據采集及處理集成模塊2、電源7和計算機控制系統I;
[0009]所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均安裝在磁力爬行器上，所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均通過數據處理與集成模塊與計算機控制系統相連，且數據處理與集成模塊由電源供電。
[0010]所述磁力爬行器4包括由前輪31、后輪32、前后輪傳動模塊33和兩個后輪驅動電機34，前輪31和后輪32通過前后輪傳動模塊33連接，兩個后輪分別由兩個后輪驅動電機驅動，前輪和后輪均采用永磁體制作。
[0011]所述轉向及傳動模塊包括Z軸方向電機和X軸方向電機，所述Z軸方向電機安裝于磁力爬行器中，X軸方向電機安裝在轉向機傳動模塊中，轉向及傳動模塊設置在磁力爬行器的前端，由Z軸方向電機驅動。
[0012]所述圖像采集及照明模塊活動設置在轉向及傳動模塊的前端，包括CCD圖像采集攝像頭和LED照明光源，所述圖像采集及照明模塊由X軸方向電機驅動。
[0013]所述定位及測距模塊包括沿磁力爬行器X、Y、Z三個方向固定安裝的激光位移傳感器及I個角度可調的激光位移傳感器。
[0014]所述磁力爬行器采用耐磨橡膠車輪。
[0015]—種基于圖像實時采集技術封閉內室自動檢測方法，采用上述的裝置，利用圖像采集及照明模塊實時采集封閉內室的圖像，并將圖像實時上傳至數據采集與處理模塊，計算機控制系統依據數據采集與處理模塊獲得的封閉內室圖像以及磁力爬行器位置信息，對轉向機傳動模塊進行控制，對磁力爬行器和圖像采集及照明模塊進行驅動，采集到的封閉內室圖像由數據采集與處理模塊進行識別，完成對封閉內室的自動檢測。
[0016]有益效果
[0017]本發明提供了一種基于圖像實時采集技術的封閉內室自動檢測裝置及方法，該裝置包括磁力爬行器3、定位及測距模塊5、轉向及傳動模塊4以及圖像采集及照明模塊6、數據采集及處理集成模塊2、電源7和計算機控制系統I;所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均安裝在磁力爬行器上，所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均通過數據處理與集成模塊與計算機控制系統相連，且數據處理與集成模塊由電源供電。該裝置通過對2個電機速度的協調控制，可完成小車的前進、后退、左轉和右轉動作，這種驅動結構相比于現有的磁力爬行器，具有更小的體積和更強的靈活性，能夠適用于檢測孔較小的半封閉或封閉性電力系統設備內腔的檢驗工作，如水電廠頂蓋下轉輪室的檢驗。該檢測方法結合圖像采集模塊實現了對封閉內室圖像的實時采集，快速發現封閉內室缺陷或掉入異物，以便于檢修人員在不打開封閉內室的情況下發現系統故障并制定合理的檢修方案，具有較高的檢測效率和檢測準確度;能有效縮短電廠檢修工期，提高檢修效率，確保電力生產安全可靠運行。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的基于圖像實時采集技術的封閉內室自動檢測裝置原理框圖；
[0019]圖2為本發明的自動檢測裝置各組成部件示意圖；
[0020]圖3為本發明的磁力爬行器及轉向傳動裝置示意圖；
[0021 ]圖4為本發明的封閉內室自動檢測裝置控制流程圖；
[0022]標號說明:1_，計算機控制系統，2-數據采集與處理模塊，3-磁力爬行器，4-轉向機傳動模塊，5-定位與測距模塊，6-圖像采集及照明模塊，7-電源，31-前輪，32-后輪，33-前后輪傳動裝置，34-后輪驅動電機，35-耐磨橡膠輪，41-Z軸方向電機，42-X軸方向電機。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0024]如圖1-圖3所示，一種基于圖像實時采集技術封閉內室自動檢測裝置，包括磁力爬行器3、定位及測距模塊5、轉向及傳動模塊4以及圖像采集及照明模塊6、數據采集及處理集成模塊2、電源7和計算機控制系統I ；
[0025]所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均安裝在磁力爬行器上，所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均通過數據處理與集成模塊與計算機控制系統相連，且數據處理與集成模塊由電源供電。
[0026]所述磁力爬行器4包括由前輪31、后輪32、前后輪傳動模塊33和兩個后輪驅動電機34，前輪31和后輪32通過前后輪傳動模塊33連接，兩個后輪分別由兩個后輪驅動電機驅動，前輪和后輪均采用永磁體制作，所有車輪均采用耐磨橡膠輪35，即車輪外層套有耐磨防滑橡膠，可搭載檢測裝置完成在傾斜角度小于55度的鐵磁性材料表面的爬行工作。
[0027]定位及測距模塊包括3個方向固定的激光位移傳感器(分別沿x、y、z三個方向)和I個可調激光位移傳感器。固定的激光位移傳感器用于定位爬行器在封閉內室中的位置;可調激光位移傳感器微調角度在10度以內，用于對所采集圖像中缺陷或異物進行相對位置標定。
[0028]所述的圖像采集及照明裝置包括CCD圖像采集攝像頭和LED照明光源，用于對封閉內室進行實時圖像米集。
[0029]所述的轉向及傳動裝置包括2組微型無刷直流電機，可控制圖像采集及照明模塊繞z軸旋轉360度、繞X軸旋轉180度(坐標軸如圖3中所示)，通過同步控制可實現對180度視角場景圖像進行實時采集。
[0030]所述的數據采集及處理模塊包括磁力爬行器動作控制模塊、定位及測距位移傳感器數據采集模塊、圖像采集數據處理模塊、轉向電機動作控制模塊，數據通過RS232接口與PC控制系統實現交互通訊。
[0031]所述計算機控制系統包括數據采集與處理系統和各電機運行控制系統，能實現對各個電機動作的控制，完成與數據采集及處理集成模塊的交互通訊。
[0032]如圖4所示，一種基于圖像實時采集技術封閉內室自動檢測方法，利用圖像采集及照明模塊實時采集封閉內室的圖像，并將圖像實時上傳至數據采集與處理模塊，計算機控制系統依據數據采集與處理模塊獲得的封閉內室圖像以及磁力爬行器位置信息，對轉向機傳動模塊進行控制，對磁力爬行器和圖像采集及照明模塊進行驅動，采集到的封閉內室圖像由數據采集與處理模塊進行識別，完成對封閉內室的自動檢測。
[0033]首先由爬行器運載圖像采集及照明模塊從檢測孔進入封閉內室中，根據激光位移傳感器采集到的三個方向的位置參數，對磁力爬行器進行定位，從而可根據圖像采集裝置的視角參數確定所檢測部位的相對位置，以方便檢修人員及時發現問題并制定處理方案。
[0034]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于圖像實時采集技術封閉內室自動檢測裝置，其特征在于，包括磁力爬行器(3)、定位及測距模塊(5)、轉向及傳動模塊(4)以及圖像采集及照明模塊(6)、數據采集及處理集成模塊(2)、電源(7)和計算機控制系統(I); 所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均安裝在磁力爬行器上，所述定位及測距模塊、轉向及傳動模塊和圖像采集及照明模塊均通過數據處理與集成模塊與計算機控制系統相連，且數據處理與集成模塊由電源供電。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述磁力爬行器(4)包括由前輪(31)、后輪(32)、前后輪傳動模塊(33)和兩個后輪驅動電機(34)，前輪(31)和后輪(32)通過前后輪傳動模塊(33)連接，兩個后輪分別由兩個后輪驅動電機驅動，前輪和后輪均采用永磁體制作。3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述轉向及傳動模塊包括Z軸方向電機和X軸方向電機，所述Z軸方向電機安裝于磁力爬行器中，X軸方向電機安裝在轉向機傳動模塊中，轉向及傳動模塊設置在磁力爬行器的前端，由Z軸方向電機驅動。4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述圖像采集及照明模塊活動設置在轉向及傳動模塊的前端，包括CCD圖像采集攝像頭和LED照明光源，所述圖像采集及照明模塊由X軸方向電機驅動。5.根據權利要求1-4任一項所述的裝置，所述定位及測距模塊包括沿磁力爬行器X、Y、Z三個方向固定安裝的激光位移傳感器及I個角度可調的激光位移傳感器。6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述磁力爬行器采用耐磨橡膠車輪。7.一種基于圖像實時采集技術封閉內室自動檢測方法，其特征在于，采用權利要求1-6任一項所述的裝置，利用圖像采集及照明模塊實時采集封閉內室的圖像，并將圖像實時上傳至數據采集與處理模塊，計算機控制系統依據數據采集與處理模塊獲得的封閉內室圖像以及磁力爬行器位置信息，對轉向機傳動模塊進行控制，對磁力爬行器和圖像采集及照明模塊進行驅動，采集到的封閉內室圖像由數據采集與處理模塊進行識別，完成對封閉內室的自動檢測。
【文檔編號】B62D57/02GK105973308SQ201610471024
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】楊湘偉, 劉云龍, 沈丁杰, 龍毅, 鄒建偉, 李文波
【申請人】國家電網公司, 國網湖南省電力公司, 國網湖南省電力公司電力科學研究院