一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置及方法，这种清障装置包括自然光成像系统、信息中心处理系统、激光发射及自动聚焦系统、距离定位及检测系统、云台控制系统和紧急制动系统这六大系统。利用该装置及方法，无需动用大型或辅助装备，无需蹬塔，不用考虑地形和线路高度等环境条件，实现及时、快速、安全的远距离可带电作业，清除各种电压等级的输配电线路、电气化铁路接触网上的各类异物。本装置通过线路轮廓提取，自动识别输电线路上的障碍物，设备自动定焦后瞄准目标并发射激光，在数十秒内清除或击落异物。若激光作用范围出现自然人或飞禽，则设备自动切断激光发射管的电源电路，防止本清障装置出现误操作，伤及人或飞禽。

A live line remotely clearing device and method for transmission lines based on laser cutting and melting

The invention discloses an electrified remote obstacle clearing device for transmission line based on laser cutting, which includes six systems, such as natural optical imaging system, information center processing system, laser emission and auto focusing system, distance positioning and detection system, cloud platform control system and emergency braking system. By using this device and method, there is no need to use large or auxiliary equipment, no need to push the tower, without taking into account the environment conditions such as terrain and line height, so as to achieve timely, rapid and safe long distance live work, remove various voltage grades of transmission and distribution lines, electrified railway contact network of all kinds of foreign objects. This device can automatically identify the obstacles on the transmission line through the line contour extraction. The device automatically focuses on the target and launches the laser to remove or hit the foreign object in dozens of seconds. If a natural person or fowl appears in the range of laser action, the equipment will automatically cut off the power circuit of the laser emission tube to prevent the wrong operation of this device and to hurt people or birds.

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置及方法
本专利技术属于输电线路维护
，具体涉及一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置及方法。
技术介绍
目前，输配电架空线路、电气化铁路接触网绝大部分是由无绝缘层保护的裸金属线通过杆塔架设在空中的，但是风筝线、塑料布和广告布等漂浮性异物，很容易被大风吹落到裸露的金属导线上，一旦此类漂浮性的异物受雨、雪、露浸湿，极易造成金属导线相间短路、单相接地等故障，从而导致输、配电线路的跳闸或线路损毁，造成人畜伤亡和停电事故，因此及时清理输电线路上的异物对于供电安全十分重要。传统的清除输电线路上的异物采用带电作业或者停电处理等方式，主要使用的工具、方法及缺点介绍如下：(1)带电使用绝缘操作杆处理，可操作距离有限，需要攀爬杆塔，费时费力且具有一定危险性；(2)绝缘绳索缠绕牵引清除，需要将清除装置抛掷到架空输电线路上，对于离地较高的线路上异物操作比较困难，清除较大异物也比较困难；(3)使用吊篮软梯进行手工处理，需要攀爬杆塔作业，难度较大且具有一定危险性；(4)用绝缘斗臂车处理，可处理大范围移动的缺陷，但受地理条件和高度限制极大；(5)线控或遥控线上爬行清除装置等较新的工具，需要将装置安放到线路上，也需要攀爬杆塔；(6)无人机喷火处理，可是无人机操作复杂且在操作不当时机翼容易损坏甚至割断电线，造成严重后果；上述的工具及方法普遍具有作业程序复杂、作业时间长、人员体力消耗大、作业安全风险高、人力物力消耗大等问题。为有效解决现有方法的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供了一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，适用于各种电压等级的架空输电线路、配电网线路和电气化铁路接触网，本专利技术专利清障操作简洁方便，无需与其他设备联合使用。其中自然光成像系统负责收集信息并传递至信息中心处理系统；信息中心处理系统对异物进行清晰度分析，并确定障碍物成像最清晰时的像距；定位及检测系统将像距传递至所述信息中心处理系统；云台控制系统通过减小障碍物轮廓中心和激光聚焦中心原点之间的距离，使障碍物位于所述激光发射及自动聚焦系统的聚焦中心线；信息中心处理系统根据反馈的变量调配所述激光发射及自动聚焦系统完成自动调焦，确定对应的激光调焦量s；信息中心处理系统向激光发射器发出指令，LED激光发射管自动发射激光，完成清障工作；操作人员可以在地面上手动操作，不用攀爬杆塔，无需与输电线路相接触，不仅节约时间，也更加保证了工作人员的安全。基于激光测距精度问题，本专利技术通过建立物体成像过程和激光聚焦过程的光学公式，建立了成像光学系统参数与聚焦光学系统参数之间的关系式，抵消了距离在两个公式之间的作用，避免了目前测距方法，即主动测距和被动测距两种方法的缺点，极大程度地提高了测距精度。基于激光使用安全性及可靠性，本专利技术通过识别检测所定位的目标，判断其是障碍物还是自然人、飞禽，所述激光发射系统只有当所述识别系统检测到线路上有障碍物，并且未检测到自然人和飞禽时才会启动激光器发射激光，否则切断外部电路，这大大避免了激光误用的隐患，保障了人身的安全。
技术实现思路
为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，其特征在于：所述装置内含3个主系统以及3个辅助系统，其中3个主系统包括自然光成像系统、信息中心处理系统、激光发射及自动聚焦系统，3个辅助系统包括距离定位及检测系统、云台控制系统、紧急制动系统；其中自然光成像系统和激光发射及自动聚焦系统由联体金属外壳包裹并相互连接。所述的自然光成像系统包括自然光成像透镜组、CCD感光屏；所述的自然光成像透镜组位于联体金属外壳小腔体内的前端，与金属外壳内表面的滑动轨道连接；所述滑动轨道用以调焦过程中移动自然光成像透镜组的位置；所述的CCD感光屏位于拥有自然光成像透镜组的腔体尾部，用以接收透镜成像传输给中央控制器。所述的激光发射及自动聚焦系统包括激光自动调焦器、聚焦凹透镜、聚焦凸透镜、激光发射器、光束准直器、电池盒、冷却风扇；其中所述的聚焦凹、凸透镜位于联体金属外壳大腔体内的前端，与金属外壳内表面的滑动轨道连接；所述的滑动轨道用以调焦过程中移动聚焦透镜的位置；所述的激光自动调焦器与金属外壳大腔体的内壁相连，位于聚焦凹、凸透镜的中间，两端分别连接聚焦凹、凸透镜，通过伸缩来调节凹、凸透镜间的距离以此来进行调焦；由所述的距离定位及检测系统测量凹、凸透镜间的距离，与中央控制器计算所得到的聚焦凹、凸透镜之间的距离进行比较，当两个距离相等时视为调焦完成。所述光束准直器采用至少由凹凸透镜各一片组成的准直光学单元，位于所述的激光发射器前端，准直所述激光发射器发出的激光束；所述激光发射器位于所述的光束准直器的后方，固定在以大腔体轴心为轴的轴对称金属框架上，在金属框架靠近透镜一侧的表面上以轴心为圆心均匀分布有LED激光发射管，金属框架另一侧安置有控制电路，可调节激光光源的光功率，满足所述激光发射器光功率可调节的要求；所述LED激光发射管由后方电池盒内的锂电池供电，由中央控制器的控制电路控制开、关；为了降低激光发射器的温度，后方所述的冷却风扇对其进行局部散热，风扇所产生的气流由激光发射器前方两端的通风孔排出。所述的信息中心处理系统包括触屏操作板以及中央控制器；其中中央控制器控制着自然光成像系统、激光发射及自动聚焦系统、距离定位及检测系统、云台紧急制动系统，承担着接收信息、下发指令的任务，并具有计算的功能；所述的触屏操作板是人机交互的媒介，用户可通过触屏操作板观测到激光光路所瞄准的位置，并可在特殊情况下对障碍物进行手动圈定。所述的距离定位及检测系统为2台内部透镜测距仪，分别位于聚焦凹透镜和凸透镜之间的大腔体内壁上以及自然光成像透镜组和CCD感光屏之间的小腔体内壁上，起到建立负反馈以及数据计算之前数据采集的作用。所述的云台控制系统包括2台旋转电机，分别控制激光发射及自动聚焦系统在水平面和竖直面进行一定角度的旋转，此外还包括附件固定盘和三脚架；所述的紧急制动系统是用以在紧急情况下由外部切断电源。一种清障方法包括如下步骤：S1.所述自然光成像系统负责收集信息并传递至信息中心处理系统；S2.所述信息中心处理系统对异物进行清晰度分析并确定障碍物成像最清晰时的像距u；S3.所述定位及检测系统将像距u传递至所述信息中心处理系统；S4.所述云台控制系统通过减小ΔL使障碍物位于所述激光发射及自动聚焦系统的聚焦中心线；S5.所述信息中心处理系统根据反馈的变量调配所述激光发射及自动聚焦系统完成自动调焦，确定对应的激光调焦量s；S6.所述信息中心处理系统向激光发射及自动聚焦系统发出指令启动激光电源，自动发射激光，完成清障工作S7.所述信息中心处理系统通过识别功能在每个工作循环中分析对比确认激光作用区域内有无自然人，若出现自然人，所述紧急制动系统及时断开开关，防止意外；S8.所述信息中心处理系统与所述云台控制系统交互完成每个工作循环内的信息处理环节。所述步骤S2中自然光成像系统通过调节透镜组与所述CCD感光屏的距离u，并由所述定位及检测系统通过像距计算将障碍物清晰度处于波峰位置所对应的像距u值反馈给所述信息中心处理系统。所述步骤S4通过信息中心处理系统调节所述的云台控制系统减小ΔL使障碍物影像位于成像系统的中心处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，其特征在于：所述装置内含3个主系统以及3个辅助系统，其中3个主系统包括自然光成像系统、信息中心处理系统、激光发射及自动聚焦系统，3个辅助系统包括距离定位及检测系统、云台控制系统、紧急制动系统；其中自然光成像系统和激光发射及自动聚焦系统由联体金属外壳包裹并相互连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，其特征在于：所述装置内含3个主系统以及3个辅助系统，其中3个主系统包括自然光成像系统、信息中心处理系统、激光发射及自动聚焦系统，3个辅助系统包括距离定位及检测系统、云台控制系统、紧急制动系统；其中自然光成像系统和激光发射及自动聚焦系统由联体金属外壳包裹并相互连接。2.根据权利要求1所述的基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，其特征在于：所述的自然光成像系统包括自然光成像透镜组、CCD感光屏；所述的自然光成像透镜组位于联体金属外壳小腔体内的前端，与金属外壳内表面的滑动轨道连接；所述滑动轨道用以调焦过程中移动自然光成像透镜组的位置；所述的CCD感光屏位于拥有自然光成像透镜组的腔体尾部用以接收透镜成像传输给中央控制器。3.根据权利要求1所述的基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，其特征在于：所述的激光发射及自动聚焦系统包括激光自动调焦器、聚焦凹透镜、聚焦凸透镜、激光发射器、光束准直器、电池盒、冷却风扇；其中所述的聚焦凹、凸透镜位于联体金属外壳大腔体内的前端，与金属外壳内表面的滑动轨道连接；所述的滑动轨道用以调焦过程中移动聚焦透镜的位置；所述的激光自动调焦器与金属外壳大腔体的内壁相连，位于聚焦凹、凸透镜的中间，两端分别连接聚焦凹、凸透镜，通过伸缩来调节凹、凸透镜间的距离以此来进行调焦；由所述的距离定位及检测系统测量凹、凸透镜间的距离，与中央控制器计算所得到的聚焦凹、凸透镜之间的距离进行比较，当两个距离相等时视为调焦完成。4.根据权利要求3所述的基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，其特征在于：所述光束准直器采用至少由凹凸透镜各一片组成的准直光学单元，位于所述的激光发射器前端，准直所述激光发射器发出的激光束；所述激光发射器位于所述的光束准直器的后方，固定在以大腔体轴心为轴的轴对称金属框架上，在金属框架靠近透镜一侧的表面上以轴心为圆心均匀分布有LED激光发射管，金属框架另一侧安置有控制电路，可调节激光光源的光功率，满足所述激光发射器光功率可调节的要求；所述LED激光发射管由后方电池盒内的电池供电，由中央控制器的控制电路控制开、关；为了降低激光发射器的温度，后方所述的冷却风扇对其进行局部散热，风扇所产生的气流由激光发射器前方两端的通风孔排出。5.根据权利要求1所述的基于激光切熔的输电线路带电远程清障装置，其特征在于：所述的信息中心处理系统包括触屏操作板以及中央控制器；其中中央控制器控制着自然光成像系统、激光发射及自动聚焦系统、距离定位及检测系统、云台紧急制动系统，承担着接收信息、下发指令的任务...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗毅霖，王雪燕，刘起骏，罗日成，李东鹏，李智琦，孙云琪，
申请(专利权)人：罗毅霖，王雪燕，
类型：发明
国别省市：湖南,43