一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法

1.本发明涉及压力测量技术领域，尤其涉及一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法。


背景技术：

2.继电器的接点压力是一项反应其可靠性的重要参数，接点压力过大过小都不利于生产的经济性和可靠性。早期的继电器接点压力检测设备以人工测量为主，人工操作的方式使得检测有很大局限性，受测量人员主观影响较大，精度也很低，满足不了高效率、高精度和自动化的现代化要求。现在虽然也有基于视觉设备测量触点位移量的技术，但是目前只是用来测量接点的竖向位移量，并不能与材料力学很好的结合，来测量继电器的点压力。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法，将视觉技术与材料力学结合到一起，来实现继电器接点的非接触式压力测量，测量方法快速且精确。
4.本发明是通过以下技术方案予以实现：
5.一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.——利用图像采集设备对继电器静触头的运动过程进行拍摄，并将图片保存到文件夹中；
7.——读取文件夹中保存的图片并进行降噪预处理；
8.——对静触头的特征识别并进行跟踪处理，获得继电器静触头的中心点在不同时刻的坐标位置参数，再得到相对应的位移与时间的关系曲线图；
9.——根据位移与时间的关系曲线图，获取静触头的变化量，再对像素值与实际值进行转换，得到静触头实际的竖向位移量l；
10.——根据静触头实际横向位移量w的通用计算公式，泰勒展开的近似表达式，计算出静触头横向位移量w：
[0011][0012]
再根据勾股定理，计算出静触头实际位移量y
[0013][0014]
然后根据静触头的支撑结构，建立力学模型得到静触头接点压力f：
[0015][0016]
优化的，降噪预处理包括对图像进行图像分割、灰度化、滤波和二值化的预处理。
[0017]
进一步，数据处理模块对静触头的特征通过模块匹配法进行识别跟踪处理。
[0018]
优化的，图像采集设备对继电器静触头的运动过程进行拍摄时，拍摄频率为2000张/秒。
[0019]
进一步，图像采集设备对继电器静触头的运动过程进行拍摄时，对继电器通电吸合和断电释放的整个运动周期内静触头的运动过程进行拍摄。
[0020]
进一步，对像素值与实际值进行转换时依据像素与实际距离的换算公式：标志物实际距离/标志物像素差＝中心点实际距离/中心点像素差。
[0021]
发明的有益效果
[0022]
本发明提供的一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法，具有如下优点：
[0023]
1.本发明是一种基于机器视觉技术与材料力学来实现继电器接点压力的非接触式测量，利用图像识别自动获取静触头的几何中心的坐标位置，并实现位置跟踪，避免了测量人员的主观影响，同时非接触性检测，保证产品检测的准确率，同时避免了在测量过程中对产品二次伤害。
[0024]
2.本发明基于机器视觉与材料力学的角度，通过对簧片支撑结构建立力学模型来计算接点压力，与传统压力计的测量方法相比，误差几乎可以忽略，同时可以更加快速地得到计算结果。
附图说明
[0025]
图1是本发明的实施流程图；
[0026]
图2是正常簧片结构状态图；
[0027]
图3是受力后簧片结构状态图；
[0028]
图4是受力端点p的模型图；
具体实施方式
[0029]
一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0030]
——利用图像采集设备对继电器静触头的运动过程进行拍摄，并将图片保存到电脑的文件夹中或存储器中；测量时，可以将待测量的继电器固定在试验平台上，继电器静触头动作，图像采集设备对静触头的运动过程进行全程拍摄，来获得继电器正面运动的图片并保存到电脑的文件夹中或存储器中。
[0031]
——图像处理模块读取文件夹中保存的图片并进行降噪预处理，降噪预处理可以包括对图像进行图像分割、灰度化、滤波和二值化的预处理，降低由于光线和噪声的干扰，提高图片质量，便于静触头的识别与跟踪；
[0032]
——图像处理模块对静触头的特征识别并进行跟踪处理后获得继电器静触头的中心点在不同时刻的坐标位置参数，并绘制相对应的位移与时间的关系曲线图；
[0033]
——数据处理模块根据位移与时间的关系曲线图，获取静触头的变化量，再对像素值与实际值进行转换，得到静触头实际的竖向位移量l；
[0034]
由于在对静触头进行识别跟踪时，得到的为静触头的纵向位移，但实际测力点p的
线位移为两点前后的位移量，如图4所示，即斜边的长度；簧片在受到向上的力时，不仅导致轴向的变形，而且还伴随着横向的弯曲变形，因此竖向位移量l来进行压力计算存在一定的误差。
[0035]
——数据处理模块根据静触头实际横向位移量w的通用计算公式，泰勒展开的近似表达式，计算出静触头横向位移量w：
[0036][0037]
再根据勾股定理，计算出静触头实际位移量y
[0038][0039]
然后根据静触头的支撑结构，建立力学模型得到静触头接点压力f：
[0040][0041]
其中e为簧片弹性模量；a为簧片结构未发生形变的长度支撑点o1到o2的距离，b为簧片结构发生形变的长度o1到受力点p的距离；y为端点p的实际线位移量；i为簧片横截面积对截面中性轴的惯性矩；m为簧片宽度；n为簧片厚度。
[0042]
簧片的弹性系数为
[0043]
截面惯性矩由于y为静触头实际位移量，将其代入静触头接点压力f的力学模型中计算出的静触头接点压力值比较准确，误差几乎可以忽略。
[0044]
具体试验测试数据对照表如下所示：
[0045]
表中计算值为采用本发明基于视觉技术与材料力学的继电器接点压力
[0046]
组号像素值线位移计算值实测值误差11414.9278.1630526.8421313.72256.3327013.6731111.44212.7824027.2241414.9278.16265-13.1651313.72256.3328023.6761414.9278.16265-13.1671313.72256.33240-16.3381212.57233.68230-3.6891516.1300.36280-20.36101516.1300.36290-10.36111414.9278.16265-13.16121414.9278.16260-18.16131414.9278.16270-8.16
141313.72256.33250-6.33151414.9278.16270-8.16161414.9278.1630021.84171313.7225633250-633181617.33323.12305-18.12191617.33323.12300-23.12201414.9259.34255-4.34
[0047]
的非接触式测量方法进行计算得到的静触头接点压力值，实测值为采用压力传感器接触式测量出的静触头接点压力值，单位为mn。
[0048]
由上表可以看出，采用压力传感器测量的实测值与通过本发明一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法进行计算得出的实测值存在一定的误差，采用本发明一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法得到的静触头接点压力值更加精确。而且由于本方法是利用图像采集设备、图像处理模块及数据处理模块来实现的非接触式测量，避免了测量人员的主观影响，同时避免了在测量过程中对产品的二次伤害，且测量更加快速，结果更加精确。
[0049]
优化的，降噪预处理包括对图像进行图像分割、灰度化、滤波和二值化的预处理。预处理操作为图像灰度化处理，在基于计算机机器视觉的图像处理技术中，各种高级图像处理算法和运动跟踪方法通常以灰度图像作为输入图像，这样可以大大地提高计算速度。图像的灰度化原理是：在保留原始彩色图像所有数据的前提下，将原本具有三颜色通道的彩色图像通过固定公式转化为具有单一颜色通道的灰度图像作为输入图像，这样可以大大提高计算速度。进行滤波和二值化处理，可以将继电器静触头中触点与背景区分度更加明显，方便后续的识别处理。
[0050]
进一步，数据处理模块对静触头的特征通过模块匹配法进行识别跟踪处理。模块匹配法是图像识别中最具代表性的方法之一，它从待识别图像中提取若干特征向量与模板对应的特征向量进行比较，计算图像与模板特征向量之间的距离，用最小距离法判定所属类别，该方法计算比较简单实用。
[0051]
优化的，图像采集设备对继电器静触头的运动过程进行拍摄时，拍摄频率为2000张/秒，可以得到一系列的初始图片，方便进行后续的图像处理及识别，并绘制位移与时间的关系曲线图。
[0052]
进一步，图像采集设备对继电器静触头的运动过程进行拍摄时，对继电器通电吸合和断电释放的整个运动周期内静触头的运动过程进行拍摄。
[0053]
进一步，对像素值与实际值进行转换时依据像素与实际距离的换算公式：标志物实际距离/标志物像素差＝中心点实际距离/中心点像素差。
[0054]
综上所述，本发明提供的一种基于图像识别跟踪技术的继电器接点压力测量方法，将视觉技术与材料力学结合到一起，来实现继电器接点的非接触式压力测量，避免了人为主观因素的影响，测量方法快速、精确，且不会对产品造成二次伤害。
[0055]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。