基于多传感器的全天时激光手动除冰方法与流程

技术特征：

1.一种基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，该方法基于激光除冰装置实现，所述激光除冰装置包括转台(1)、激光部件(2)、底座(3)、电源系统、输入装置、显示屏、控制系统和视觉传感器模块(4)；所述转台(1)包括方位部件(5)和俯仰部件(6)，所述方位部件(5)安装在所述底座(3)上方，所述俯仰部件(6)安装在方位部件(5)上方，所述激光部件(2)和视觉传感器模块(4)安装在俯仰部件(6)的联接部件(13)上；

所述控制系统包括工控机(22)和控制驱动部件，所述工控机(22)与视觉传感器模块(4)连接，用于控制视觉传感器模块(4)调整参数，并对视觉传感器模块(4)采集的图像进行识别，将识别结果传输给控制驱动部件；所述控制驱动部件和方位部件(5)、俯仰部件(6)相连，用于控制转台进行方位和俯仰两自由度的转动，进而带动激光部件(2)和视觉传感器模块(4)转动；

所述视觉传感器模块(4)包括可见光摄像机和红外热成像仪，所述视觉传感器模块(4)与工控机(22)连接，用于根据工控机(22)的指令调整视觉传感器参数，根据时间切换可见光摄像机和红外热成像仪进行图像采集，并将采集的图像传输给工控机(22)；

所述全天时激光手动除冰方法包括以下步骤：

步骤1，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示器上显示；

步骤2，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；

步骤3，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；

步骤4，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰接触点；

步骤5，根据输入装置的信息，进入切割模式；

步骤6，控制系统根据接收的切割方向、切割速度指令，计算出相应的转台指令；

步骤7，激光部件发送激光，控制系统将步骤6中计算得到的转台指令发送给转台，控制转台带动激光部件转动；

步骤8，如果需要继续切除，重复步骤1～步骤7。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，步骤3中除冰目标识别方法包括以下步骤：

步骤31，控制系统将视觉传感器模块捕捉到的像素值为n*m的图像灰度化；

步骤32，将图像转化成byte数组的形式，得到一个n*m的图像矩阵，其中每一个元素Aij对应该像素点的灰度值：

步骤33，获取图像中指定区域的图像信息，转换为图像识别矩阵，进行投影处理，对于图像识别矩阵中每一行、每一列求∑Ai,j；

步骤34，通过分析投影得到的曲线，得到y轴波谷值对应图像坐标，即线缆的y坐标y0～y1；

步骤35，求出y轴上波谷的像素宽，得到覆冰线缆直径在相机平面中投影的宽度d。

3.根据权利要求1所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，步骤4具体为：

步骤41，根据焦距f求出覆冰距离设备的真实距离

步骤42，根据Zc解算出激光点在图像平面中的坐标作为目标坐标(x0,y0)和结冰线缆真实直径D；

步骤43，图像平面坐标系到角度坐标系的坐标解算；控制系统根据距离Zc下相机平面坐标系中像素点和角度坐标系的对应关系得到激光点的角度坐标(θx0,θy0)和结冰线缆y轴的角度坐标θy1；

步骤44，根据激光点和覆冰线缆的y轴角度坐标作差得到Δθy，根据步骤四的D，工控机选择合适的Δθx来调整装置水平切割速度，得到转台应转动的角度Δθ＝(Δθx,Δθy)，，工控机发送命令给转台，使激光点和切割点重合。

4.根据权利要求3所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，步骤42具体为：

步骤421，根据光路与相机成像轴心绝对平行，可知激光点在相机轴心对应点的相对固定位置处，此相对位置已知；现实坐标系中，设相机轴心对应点的坐标为(ac,bc)，则激光点位置为(ac+dx,bc+dy)，dx和dy分别为相同距离下，激光点与相机轴心对应点在现实坐标系下的固定位置差；

步骤422，相机成像轴心对应的点在成像过程中，不论离相机的距离是多少，其在相机平面中的坐标始终不变，为(xc,yc)；设激光点在相机平面中的坐标为(x0,y0)，(x0,y0)＝(xc+dx’,yc+dy’)，dx’和dy’为激光点与相机轴心对应点在相机平面坐标系下的坐标差；则：

解得(x0,y0)；

步骤423，根据摄像机的针孔模型，光线从场景或远处的物体发射过来，经过物体X表面，穿过透镜中心，在透镜后方距离f处的成像平面内形成倒立的物像x，与物体成倒立相似关系；因此，与远处物体相关的图像大小只用一个摄像机参数来描述：焦距f；

根据三角形相似原理可以得出：

即控制系统通过该公式求得结冰线缆真实直径D。

5.根据权利要求3所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，步骤43具体为：

解算激光点相对角度坐标(θx0,θy0)：

解算结冰线缆y轴相对角度坐标θy1：

y1-yc＝Zc*tanθy1。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，所述方位部件(5)包括方位力矩电机(7)、方位角度测量装置(8)、方位限位锁零部件(18)、方位限位锁零部件(14)、方位底座(15)和方位支架(16)；所述方位底座(15)与底座(3)连接，方位支架(16)和俯仰部件(6)连接；所述方位角度测量装置(8)置于底座(3)内部，用于将实际方位转动的角度通过电信号发送给控制驱动部件；所述方位力矩电机(7)位于方位角度测量装置(8)上方，实现车载激光除冰装置在方位上的转动；所述方位限位锁零部件(14)位于方位支架(16)边缘，与方位底座(15)连接，通过控制驱动部件的命令使其落入方位底座(15)一个圆孔中时，锁定方位，固定方位支架(16)；所述方位支架(16)位于整个方位部件(5)的正上方，用于连接俯仰部件(6)，带动其在方位上转动；

所述俯仰部件(6)包括轴承座一(9)、轴承座二(10)、俯仰力矩电机(11)、联接部件(13)、俯仰角度测量装置(12)和俯仰限位锁零部件(18)；所述轴承座一(9)和轴承座二(10)与方位部件(5)连接，跟随方位部件(5)转动；所述俯仰力矩电机(11)位于所述轴承座一(9)中，用于驱动联接部件(13)的俯仰旋转；所述联接部件(13)横架在俯仰力矩电机(11)和俯仰角度测量装置(12)中间，作为传动结构，并与所述视觉传感器模块(4)和激光部件(2)相连，带动它们一起转动；所述俯仰角度测量装置(12)置于轴承座二(10)中，通过与联接部件(13)转动得到实际俯仰转动的角度，通过电信号发送给控制驱动部件；所述俯仰限位锁零部件(18)安装在所述轴承座二(10)内侧的联接部件(13)末端，通过控制驱动部件的命令将锁柱送入轴承座二(10)一个圆孔中，通过固定联接部件(13)来机械限定俯仰力矩电机(11)的俯仰角度；

所述底座(3)位于装置的最底部，给整个装置提供支撑。

7.根据权利要求6所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，所述方位角度测量装置(8)和俯仰角度测量装置(12)为旋变发送机或电子编码器。

8.根据权利要求6所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，所述激光部件(2)包括激光发射头(17)和激光控制箱(21)；所述激光发射头(17)通过光纤与所述激光控制箱(21)连接，与视觉传感器模块(4)跟随联接部件(13)转动；

所述视觉传感器模块(4)通过以太网与控制系统通信。

9.根据权利要求6所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，所述电源系统包括激光蓄电池(19)和直流电源(20)；所述直流电源(20)用于给整个电机负载、输入输出装置及视觉传感器模块(4)供电，所述激光蓄电池(19)用于给所述激光部件(2)中激光控制箱(21)供电；

所述显示器(23)通过HDMI接口接收工控机(22)信号，显示控制系统控制界面；所述输入装置(24)用于输入操作信息，发送给工控机(22)。

10.根据权利要求6所述的基于多传感器的全天时激光手动除冰方法，其特征在于，所述工控机(22)通过以太网串口发送命令给视觉传感器模块(4)，实现图像参数改变；所述工控机(22)通过以太网连接视觉传感器模块(4)，实现图像获取和识别、定位线路和覆冰，得到覆冰的位置、形态信息反馈给控制驱动部件；所述工控机(22)通过RS422串口与所述控制驱动部件连接，实现转台(1)转动切割；所述工控机(22)与所述输入输出装置连接实现人机交互；所述控制驱动部件位于底座(3)中，通过方位角度测量装置(8)、俯仰角度测量装置(12)分别接收方位部件(5)和俯仰部件(6)的角度信息，并通过RS422串口传给工控机(22)，同时接收工控机(22)信息控制方位部件(5)和俯仰部件(6)，进行两自由度运动。