轨侧立杆安装基座数据检测系统研究

宋宇宙

（河南工业大学机电工程学院，郑州 450001）

目前，国内工程量相当大的电线立杆作业中的安装环节是其他环节的基础，安装的偏差直接影响后面环节进行的快慢。立杆基座螺栓是连接轨道旁侧立杆和基座的重要零件，是影响立杆安装的关键部分。如果螺栓倾斜误差较大，将产生基座与立杆无法正常接触进而存在过大应力的情况。当螺栓过于倾斜时，将导致螺栓与立杆无法装配[1-2]。因此，对轨侧立杆安装基座数据检测尤其是基座螺栓倾斜度意义重大[3]。

目前主要采用人工目检的方法对轨侧立杆安装基座数据进行检测，但检测效率低，无法实现自动化[4]。随着机器视觉技术应用越来越广泛，可将机器视觉技术用于轨侧立杆安装基座数据检测。该技术具有非接触，实时性等优点[5-6]，能提高检测的自动化水平，检测效率和可靠性。

根据立杆安装时的实际需求，提出投影面积法对轨侧立杆安装基座螺栓倾斜度进行检测。通过虚拟仪器平台研制了一套提高检测效率和准确率的轨侧立杆安装基座数据检测系统。

1 投影面积法

现有螺栓倾斜度检测方法主要靠工人用相应量尺进行测量，检测效率低[7-8]。提出在虚拟仪器平台上利用机器视觉技术的投影面积法，其原理如图1所示。

图1 投影面积法原理图Fig.1 Schematic diagram of projected area method

图1 中A 所示圆形为理想情况下位于基座螺栓上方的摄像头采集到的投影面积。实际测量中，摄像头的中心线和螺栓中心线并不在一条直线上，所以，实际基座螺栓投影面积应为B 所示椭圆形。当螺栓的倾斜度超出允许误差，过度倾斜时，投影面积即为C 所示过度椭圆形。基于此原理并结合相应实验测量得出判定方法，如表1 所示。

2 检测系统硬件设计

系统硬件部分用于实现轨侧立杆安装基座数据中基座螺栓图像的采集和数据传输。图像采集所需要的硬件包括光源、高清摄像头、可伸缩三脚架、NI myRIO 和手提式计算机。硬件安装检测如图2 所示。

3 检测系统软件设计

图2 硬件安装检测图Fig.2 Detection diagram of hardware mounting

基座螺栓倾斜度检测程序设计的主要思路是利用投影面积法判断螺栓的投影面积是否处于规定限度范围内。为了得到良好的投影面积像素值，首先使用图像标记子程序对螺栓的区域进行分割标记，然后利用图像过滤子程序对标记区域进行过滤筛选，最后利用区域信息分析子程序进行区域信息分析。经过以上预备步骤后，将测得倾斜度正常的基座螺栓组各螺栓的投影面积的像素值S原设置为各螺栓标准投影面积像素值。然后对同一规格的基座螺栓组中的各螺栓进行倾斜度检测。将待测基座螺栓组中的各螺栓经预备步骤，得到可作为待测基座螺栓组中各螺栓投影面积的像素值S测，利用表1 的判定条件，计算基座螺栓组各对应位置处螺栓的S测与S原差值的绝对值，并和经验像素值S判作比较，该系统中S判取值为20，便可判断出基座螺栓倾斜度是否合格。经多次试验、修改后，具体程序如图3 所示。

4 系统测试

验证开发系统及硬件装置的准确性和可靠性，选用两个200 mm×200 mm×5 mm 的亚克力板材和12 个标准M12×30 螺栓制作两个基座模型试件进行测试。

基座模型试件1 如图4 所示。预设代号1 螺栓同时存在倾斜度不合格和高度不合格，代号5 螺栓只存在高度不合格，其余螺栓的倾斜度和高度均在正常范围内。

基座模型试件2 如图5 所示。预设代号4 螺栓同时存在倾斜度不合格和高度不合格，代号6 螺栓只存在倾斜度不合格，其余螺栓的倾斜度和高度均在正常范围内。

图3 倾斜度检测程序代码Fig.3 Inclination detection program code

图4 基座模型试件1Fig.4 Test piece 1 of base model

图5 基座模型试件2Fig.5 Test piece 2 of base model

采集图像后运行系统进行检测，如表2 所示，为螺栓倾斜度检测结果。对表2 进行分析，检测结果与预设结果一致。经过多次测量后，结论相同，表明投影面积法的检测准确率为100%，证明该系统对基座数据中基座螺栓倾斜度检测的准确性和可行性。

表2 螺栓倾斜度检测结果Tab.2 Detection result of bolt inclination

5 结论

基于机器视觉技术的投影面积法可准确检测出轨侧立杆基座数据中基座螺栓倾斜度是否合格，且检测准确率为100%。

利用虚拟仪器平台研制了一套轨侧立杆安装基座数据检测系统，可以实现对基座数据的自动化检测，提高了检测效率和检测准确率。