一种基于单目视觉的弓网静态接触力检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及受电弓设施检测设备领域，具体而言，涉及一种基于单目视觉的弓网静态接触力检测系统。


背景技术：

2.受电弓设施包括受电弓和接触线，其作为电力机车从接触网获取电能的最主要的设备之一，受电弓与接触线的接触可靠性对于良好的受流质量至关重要。
3.受电弓的弓网接触压力是反映受电弓和接触线接触情况最直观的数据，接触压力过大，受电弓滑板与接触线之间的摩擦过大，容易导致接触网和滑板损耗过大，寿命缩短，接触压力过小，则难以克服震动惯性，导致取电质量差，影响机车的运行。因此弓网接触压力应该维持在合适的数值并尽量保持恒定，接触网压力的检测对于机车的安全稳定运行具有重要的意义。
4.对于静态接触力的检测方法可以分为接触式检测和非接触式检测，接触式检测装置具有操作简单的特点，非接触式检测利用图像采集和处理系统来获取目标信息，无需与被测对象直接接触。基于机器视觉检测的方法即属于非接触式检测，随着图像处理技术的进步，基于机器视觉的检测法具有检测精度高、动态范围宽、检测速度快的优点，目前被广泛应用。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术的缺点，提供了一种基于单目视觉的弓网静态接触力检测系统，解决了上述技术存在的缺陷。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
7.一种基于单目视觉的弓网静态接触力检测系统，与受电弓设施相对应，其特征在于：包括数据采集系统、数据处理系统和图像采集系统；所述数据采集系统包括安装在受电弓设施的位移传感器和压力传感器，位移传感器和压力传感器电连接有信号放大模块和数模转换模块；数模转换模块通过通用串行总线连接数据处理系统；所述图像采集系统包括线阵相机和图像采集卡，线阵相机对应受电弓设施，线阵相机连接图像采集卡，图像采集卡连接数据处理系统；所述数据处理系统，分析并得到接触线位移和接触压力之间的关系；所述数据采集系统、数据处理系统和图像采集系统安装在安装保护装置上；所述安装保护装置包括安装架，安装架的下部设置以后折叠式安装支架；所述安装架的上部设置有斜向保护罩、方形保护盒和方形保护罩；斜向保护罩内安装有图像采集系统种的线阵相机和图像采集卡；方形保护盒内安装有数据采集系统种的信号放大模块和数模转换模块；方形保护罩内安装有数据处理系统。
8.优化的方案，所述数据采集系统中的位移传感器和压力传感器分别为拉杆式位移传感器和电阻应变式压力传感器；位移传感器通过绳索与受电弓设施中的接触线相连。
9.优化的方案，所述线阵相机中使用的是尼康af35mmf/2d镜头。
10.优化的方案，所述数据处理系统为工业电脑，工业电脑包括主机、显示屏和鼠键套装；主机和显示屏安装在方形保护罩内，且方形保护罩的前端面设置有对应显示屏的透明玻璃；所述方形保护罩的下端设置有抽屉结构，鼠键套装安装在抽屉结构上。
11.优化的方案，所述安装架上设置有数据接线盒，数据接线盒对用工业电脑的主机。
12.优化的方案，所述折叠式安装支架包括对称安装在安装架下部的两个竖板，竖板的内侧面上设置有转轴，转轴上固定安装有折叠板，折叠板的外侧部安装有通孔；所述安装架的中部对称设置有两个连接座，连接座上设置有连接孔；所述通孔和连接孔之间通过螺栓连接。
13.由于采用了上述技术，与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：
14.本实用新型基于先进的机器视觉技术，采用非接触式的方式对接触网静态力进行检测，不改变检测对象本身的特性，具有测量精度高、检测速度快、工作距离大的优点，测量过程无需停电，可代替传统的人工测量法，保障操作人员安全，同时获得更高的测量精度。
附图说明
15.图1为本实用新型一种实施例的原理结构框图；
16.图2为本实用新型一种实施例中折叠式安装支架的结构示意图；
17.图3为本实用新型一种实施例中数据处理系统的坐标计算流程图。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.实施例
20.如图1所示，一种基于单目视觉的弓网静态接触力检测系统，与受电弓设施相对应，包括数据采集系统、数据处理系统和图像采集系统。
21.所述数据采集系统包括安装在受电弓设施的位移传感器和压力传感器，位移传感器和压力传感器电连接有信号放大模块和数模转换模块。拉杆式位移传感器和电阻应变式压力传感器。位移传感器通过绳索与受电弓设施中的接触线相连。数模转换模块通过通用串行总线连接数据处理系统。数据采集系统获取接触线位移和接触压力数据，传递到数据处理系统中，数据处理系统分析接触线位移和接触压力之间的关系。
22.所述图像采集系统包括线阵相机和图像采集卡，线阵相机对应受电弓设施，线阵相机连接图像采集卡，图像采集卡连接数据处理系统。线阵相机中使用的是尼康af35mmf/2d镜头。线阵相机利用单个相机镜头拍摄接触线位移图像，图像采集卡将拍摄的内容传输到数据处理系统对图像进行处理和分析，得到接触线位移数据，基于得到的位移和静态力的关系特性，来推算得到静态力的大小。
23.所述数据处理系统，分析并得到接触线位移和接触压力之间的关系。数据处理系统利用基于机器学习的拟合方法得到接触线位移和静态力的关系。
24.在本实施例中，为了提高特征匹配的准确性，采用灰度转换、双边高斯滤波降噪和直方图均衡化的方法对校正后的图像数据进行预处理，以剔除图中无用信息、提高清晰度
以及突出被检测目标的信息；采用特征点匹配和特征线匹配相结合的方法来对处理后的图像中的接触线进行识别和定位，得到接触线坐标信息，为后续接触线位移计算奠定基础。
25.如图3所示，为了提高精度，接触线开始状态和结束状态的图像采集时间持续2s，对采集到的每一种状态下的每一帧图像采用特征点匹配和特征线匹配相结合的匹配方法进行处理，对匹配后的每一帧图像进行筛选从中得到接触线的坐标，并求取均值作为该状态下接触线的坐标，将两种状态下的像素坐标转换为世界坐标后做差即得到接触线的位移值，然后根据特性关系得到接触力数值。
26.如图2所示，所述数据采集系统、数据处理系统和图像采集系统安装在安装保护装置上。所述安装保护装置包括安装架8，安装架8的下部设置以后折叠式安装支架。所述折叠式安装支架包括对称安装在安装架下部的两个竖板9，竖板9的内侧面上设置有转轴10，转轴10上固定安装有折叠板11，折叠板11的外侧部安装有通孔12。所述安装架8的中部对称设置有两个连接座13，连接座上13设置有连接孔14。所述通孔12和连接孔14之间通过螺栓连接。
27.所述安装架的上部设置有斜向保护罩2、方形保护盒1和方形保护罩4。斜向保护罩2内安装有图像采集系统种的线阵相机和图像采集卡，且斜向保护罩的斜向面3为玻璃设计。方形保护盒1内安装有数据采集系统种的信号放大模块和数模转换模块。
28.方形保护罩4内安装有数据处理系统。所述数据处理系统为工业电脑，工业电脑包括主机、显示屏和鼠键套装。主机和显示屏安装在方形保护罩内，且方形保护罩的前端面设置有对应显示屏的透明玻璃5。所述方形保护罩的下端设置有抽屉结构6，鼠键套装安装在抽屉结构6上。所述安装架上设置有数据接线盒7，数据接线盒7对用工业电脑的主机。
29.本实用新型基于先进的机器视觉技术，采用非接触式的方式对接触网静态力进行检测，不改变检测对象本身的特性，具有测量精度高、检测速度快、工作距离大的优点，测量过程无需停电，可代替传统的人工测量法，保障操作人员安全，同时获得更高的测量精度。
30.本使用新型的数据采集系统中使用的应变电阻式压力传感器，利用压力敏感元件获得压力信号，将压力信号转换为电信号，该传感器具有精度高、体积小、重量轻、测量范围宽、动态响应快等优点。
31.本使用新型的图像采集系统采用线阵相机来获取图像信息，该类型相机的传感器只有一行感光元素，具有极高的扫描率和分辨率，具有性价比高、像素高和易于使用等优势。
32.本使用新型采用张氏标定算法来计算相机的参数，并对获取图像进行校正，求出像素坐标于世界坐标的转换，为后续的接触线位移计算提基础。张氏标定法是介于传统标定法和自标定方法中间的一种，兼顾二者的优点，不需要高精度的标定物，方便操作。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。