【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维机器视觉和非接触测量，具体涉及一种打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法。
技术介绍
1、随着电力行业的快速发展，高压电缆的应用范围，如在新能源、高速铁路、智慧电网等场景的需求增大。高压电缆在电力系统中扮演着不可或缺的角色，对电力系统的稳定运行至关重要。然而，由于制造、运输和敷设的限制，目前单根高压电缆的最大制造长度有限，通常限制在10km。因此，为了实现远距离传输电，需要通过技术人员现场去除铠装，对主绝缘、半导电等处进行打磨制作成电缆接头，实现电缆间、电缆与电气设备间的连接。由于电缆接头往往是人工在户外制作，打磨质量分散性较大，导致其成为电缆绝缘的薄弱部位和运行故障的典型部位。目前，难以对现场打磨制作的电缆接头的相关几何尺寸进行准确测量，导致不符合标准的电缆接头接入了电力系统，这些不合格的接头长时间在高电压的作用下会因电流分布不均匀，甚至过热或放电引起绝缘击穿，从而导致发生电力故障。因此，对敷设的打磨高压电缆接头进行相关参数测量非常重要，对保障电力系统安全、可靠运行具有重要意义。
2、传统电力行业测量电缆接头尺寸通常使用钢尺和游标卡尺等接触式工具，这种测量方式精度和效率普遍较低，且容易对电缆接头表面造成损伤，不符合测量需求。因此，针对手工测量带来的诸多问题，基于机器视觉技术对电缆接头进行非接触式参数测量越来越受关注，包括基于二维机器视觉的测量技术、基于激光投影的测量技术、基于三维点云的测量技术、等等，他们都有各自的优缺点。
3、(1)基于单目视觉的电力电缆横截面直径、厚度和偏心距自动测量算法
4、(2)基于二维视觉测量，先通过形态学运算获取图像的边缘信息，然后通过切线法定位圆心，再根据线性映射关系实现了电缆横截面直径和绝缘厚度等参数的测量，但由于受视野限制影响会影响测量精度，且算法复杂性较高。
5、(3)使用激光光源和电荷耦合器，通过解析几何法和空间坐标变换构建偏移补偿测量系统，完成对电缆线径参数的测量。这种使用激光光源的方式提供了外径高精度测量，但是无法对长度类参数进行测量。
6、(4)使用双目重建获取电缆点云，基于三维激光点云，利用最小二乘法进行圆柱拟合完成电缆接头的轴段测量、截面圆形度检测和外径测量，但由于打磨电缆接头通常不是标准圆柱形，这种基于拟合的测量算法会丢失一定精度。
7、(5)基于电缆形状特征，将区域点云使用ransac算法进行圆柱面拟合确定相应位置的半径，但测量过程利用多个点云进行圆柱拟合导致测量效率低，且对打磨的电缆接头测量精度不高。
8、综上所述，目前基于机器视觉的非接触式测量算法，对电缆接头几何尺寸的测量存在一定的局限性和效率低、鲁棒性不足等问题，主要原因是人工打磨的电缆接头，不仅表面存在多种打磨缺陷及区域交界不明显等问题，造成分割难度增大，且不同技术人员打磨的电缆接头差异性较大，打磨不足造成外径过大，或者打磨过度导致外径偏小，甚至打磨质量较差使外形不规则，影响算法对真实外径测量。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法解决了现有的非接触式测量方法测量精度低的问题。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，包括以下步骤：
3、s1、获取打磨高压电缆接头点云数据，并对其进行预处理；
4、s2、基于电缆轴线的径向和轴向走向，对预处理后的点云数据进行划分，并计算划分后面元的质心坐标；
5、s3、根据质心坐标和轴线向量之间的距离，计算距离跳变最大处和各质心点的距离方差之比，进行电缆接头结构分割并测量轴段长度；
6、s4、根据划分后的面元位置对质心点进行匹配，通过计算质心点之间的距离，测量电缆接头各区域测量位置的外径和xy轴外径偏差。
7、进一步地，所述步骤s1具体为：
8、s11、利用三维激光扫描仪扫描获取打磨高压电缆接头点云数据；
9、s12、利用统计滤波器对扫描过程中的离群点进行滤除；
10、s13、提取离群点滤除后电缆接头主体区域的点云数据，并进行圆柱体拟合；
11、s14、将拟合圆柱体的圆柱轴线作为电缆接头轴线；
12、s15、对电缆接头轴线进行旋转平移操作，将电缆接头轴线与其所在的坐标系的z轴重合，并将点云数据进行旋转平移操作和按z值排序，获得预处理后的点云数据。
13、进一步地，所述步骤s12中，对离群点进行滤除的方法具体为：
14、s12-1、对每个点的邻域k中的点到该点的距离进行统计分析；
15、s12-2、根据距离统计分析情况，计算均值μ和标准差σ，设定标准差阈值std，判断点与其领域k中所有点的平均距离是否在范围(μ–σ·std,μ+σ·std)内；
16、若是，则保留点；
17、若否，则将其作为离群点滤除。
18、进一步地，所述步骤s2具体为：
19、s21、以电缆轴线的xoz平面为起始位置，设定旋转角增量δθ，绕轴线逆时针确定分割点对预处理后的点云数据进行划分并编号；
20、s22、遍历各编号区域内的点云数据，提取分割点之间的圆弧区域点云；
21、s23、使用垂直于轴线的平面设定滑动间距δh以轴线方向对圆弧区域点云进行滑动切分，保存区域点云，并计算分割得到的面元的质心坐标。
22、进一步地，所述步骤s22中，提取分割点之间的圆弧区域点云的公式为：
23、
24、
25、式中，π表示弧度角，n表示切分编号，αi表示目标点云与轴线的夹角，cpi表示符合条件的区域点云，(xi,yi,zi)表示原始点云坐标；
26、所述步骤s23中，面元的质心坐标的计算公式为：
27、
28、
29、式中，(xp,yp,zp)表示切分后的面元的点云坐标，wl和wr分别表示滑动间距所对应的起点和终点的z坐标值，c(i,j)表示面元编号，pc表示质心坐标。
30、进一步地，所述步骤s3具体为：
31、s31、根据电缆接头结构的标准参数，提取对应区域的质心点，根据径向切分设定的角度对提取的质心点使用基于轴线旋转的方式进行分组，并计算各质心点p到轴线的距离；
32、s32、计算各组中每个质心点对应的距离方差之比；
33、s33、将各组中最小距离方差之比作为当前组的分割位置，遍历所有分组，并进行从小到大排序得到所有分割位置的范围表示整体轴向分割诶之，对电缆结构进行分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
3.根据权利要求2所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S12中，对离群点进行滤除的方法具体为：
4.根据权利要求2所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
5.根据权利要求4所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S22中，提取分割点之间的圆弧区域点云的公式为：
6.根据权利要求1所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
7.根据权利要求6所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S31中，质心点p到轴线的距离d的计算公式为：
8.根据权利要求1所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
9.根据权利要求8所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤S42中
...【技术特征摘要】
1.一种打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：
3.根据权利要求2所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤s12中，对离群点进行滤除的方法具体为：
4.根据权利要求2所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：
5.根据权利要求4所述的打磨高压电缆接头几何尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤s22中，提取...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂华，谢昊，徐锋，邓磊，陈春梅，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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