一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法与流程

1.本发明涉及电梯限速器校验技术领域，特别是一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法。


背景技术：

2.传统限速器校验方法，采用限速器测试仪自带的电机对限速器直接加速，在加速的同时直接测速，限速器电气和机械动作后，直接读取动作瞬间的实时速度，测量数据准确性较高，能够很好的反映限速器的动作速度。
3.由于传统限速器校验方法需要安装维护人员熟练的拆卸限速器钢丝绳，且在校验过程中，为了数据的准确性，应以尽可能低的加速度对限速器进行加速使其达到动作速度，造成了传统方法有以下不可回避的缺点：
4.1、对安装维护人员的技术要求较高，具有一定的制约性；
5.2、前期拆卸钢丝绳具有一定的危险性；
6.3、做一次限速器校验需要较长的时间来进行实施。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够对限速器进行校验且安全快捷的方法。
8.本发明采用以下方法来实现：一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，所述方法包括以下步骤：
9.步骤s1、在限速器上定位三个跟踪点，分别是限速器外圈上一点a、限速器圆心上一点b和限速器和限速器中心之间一点c；
10.步骤s2、通过自动变频匀加速手电钻对目标限速器进行加速，在刚开始加速的同时摄像机对限速器进行拍摄，记录加速-电气开关动作-机械动作全过程；
11.步骤s3、将摄像机所拍摄的图像导入计算机内，通过tema软件对图像进行处理；
12.步骤s4、在图像内通过对所设置的跟踪点a点、b点和c点进行标定，标定完成后，测量a-b之间的距离，与a点的线速度；
13.步骤s5、通过视觉算法工具对摄像机捕捉到的限速器电气动作和机械动作瞬时图像进行测算，从而得出限速器电气动作速度和机械动作速度；
14.步骤s6、将a-b点距离和a点线速度数据导出，绘制距离和速度的曲线图，将校验的电气动作速度和机械动作速度与线性曲线进行拟合，从而实现电梯限速器的校验检测。
15.进一步的，所述步骤s1进一步具体为：所述a点和b点为限速器的跟踪点，所述c点为限速器的对比点，所述a点设置于限速器的电气开关位置，所述b点设置于限速器的开关打杆对应位置。
16.进一步的，所述步骤s4进一步具体为：在限速器上测量a-b点之间的距离，即模拟限速器电气开关打开杆和电气开关的距离，用游标卡尺进行测量，测量a点的线速度，及限速器的钢丝绳速度。
17.进一步的，还包括用于支撑限速器的支撑板，且所述支撑板正面设置有限速器，其特征在于：所述支撑板右侧面上下两端均设置有伸缩杆，所述伸缩杆的伸缩杆末端铰接设置有l形折叠板，所述l形折叠板的竖板左侧面中部设置有摄像机，所述l形折叠板的竖板上设置有用于带动所述摄像机前后移动的移动件。
18.进一步的，所述移动件包括驱动电机，所述l形折叠板的左侧面开设有一条形开口，所述驱动电机的输出端连接设置有螺杆，所述螺杆经轴承连接在所述条形开口内，所述螺杆上螺旋设置有移动块，所述移动块与所述摄像机连接设置。
19.本发明的有益效果在于：本发明能无需拆卸限速器钢丝绳即可限速器进行校验；不影响电梯正常运行，只通过获取限速器正常工作状态下启动-加速的运行参数，即可进行校验；更加智能化，在不影响甚至提高校验精度以及校验结果稳定性的前提下，降低对人员技术能力的依赖；更加简单化，提高检验效率，缓解目前人机矛盾的现状；本发明快捷、安全、准确、适用性较好，以期解决传统校验方法的不足及缺陷。
附图说明
20.图1为本发明的方法流程示意图。
21.图2为所述限速器的结构示意图。
22.图3为所述限速器和所述摄像机安装结构示意图。
23.图4为a-a方向的剖视图。
24.图5为a-b距离与a点线速度曲线图。
25.图6为电气动作速度和机械动作速度结果表。
26.图7为本发明对gv240电梯限速器的校验结果试验表。
27.图8为本发明对log03限速器校验结果试验表。
28.图9为传统方法对gv240电梯限速器的校验结果试验表。
29.图10为传统方法对log03限速器校验结果试验表。
30.图11为传统校验方法和本发明校验方法结果对比表。
31.图12为传统校验方法三次测量结果对比表。
32.图13为本发明三次测量结果对比表。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明做进一步说明。
34.请参阅图1所示，本发明提供了一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，所述方法包括以下步骤：
35.步骤s1、在限速器上定位三个跟踪点，分别是限速器外圈上一点a、限速器圆心上一点b和限速器和限速器中心之间一点c；
36.步骤s2、通过自动变频匀加速手电钻对目标限速器进行加速，在刚开始加速的同时摄像机对限速器进行拍摄，记录加速-电气开关动作-机械动作全过程；
37.步骤s3、将摄像机所拍摄的图像导入计算机内，通过tema软件对图像进行处理；
38.步骤s4、在图像内通过对所设置的跟踪点a点、b点和c点进行标定，标定完成后，测量a-b之间的距离，与a点的线速度；
39.步骤s5、通过视觉算法工具对摄像机捕捉到的限速器电气动作和机械动作瞬时图像进行测算，从而得出限速器电气动作速度和机械动作速度；所述测算为例如在实物中测量出a点至b点的距离，距离值为5cm，然后在软件内输入5cm，以此作为实物尺寸距离的基准。
40.步骤s6、将a-b点距离和a点线速度数据导出，绘制距离和速度的曲线图，将校验的电气动作速度和机械动作速度与线性曲线进行拟合，从而实现电梯限速器的校验检测。
41.下面通过一具体实施例对本发明作进一步说明：
42.(一)校验结构组成
43.工业高速相机：视觉检测系统的工业高速相机有三个变量需要调整，以优化捕捉到的图像，它们是光圈、对比度和聚焦。
44.照明部件：正确的照明对帮助创建有效检测所需的对比度很关键。
45.软件工具：视觉检测系统使用软件tema软件处理图像，软件采用算法工具帮助分析图像、定位所需跟踪点、精确测量跟踪点距离变化、测算旋转部件线速度。
46.加速工具：采用自动变频匀加速手电钻对目标限速器进行加速。
47.(二)校验方法及步骤
48.1、校验所需各结构组合接线，如图2所示，限速器跟踪点(a点和b点)和对比点(c点)设置，跟踪点两个，分别设置在限速器电器开关及开关打杆对应位置，能够较好的模拟限速器开关打杆和开关的距离变化过程。
49.2、采用自动变频匀加速手电钻对目标限速器进行加速，工业高速相机在刚开始加速的同时进行触发拍摄，记录加速-电气开关动作-机械动作全过程。
50.3、将所拍摄的图像导入计算机，利用高速相机配套的tema软件对图像进行处理。
51.4、在软件内对所设置的跟踪点(a点和b点)以及对比点(c点)进行标定；
52.5、点标定完毕后，我们需要测量a-b点之间的距离(模拟限速器电气开关打杆与电气开关的距离)与a点线速度(限速器钢丝绳速度)，因目前测量的图像内的点是以分辨率作为单位的，我们需要人为设置a-b点之间的初始距离，用游标卡尺实际测量a-b点之间的距离为36mm，将其录入软件。
53.6、添加a-b点之间的距离测量值，添加a点线速度测量值，导出a-b点距离与a点线速度；
54.7、限速器电气动作速度和机械动作速度的确定
55.运用软件视觉算法工具对工业高速相机捕捉的限速器电气动作和机械动作瞬间图像进行测算，得出限速器电气动作速度和机械动作速度；在导入计算机的图片数据里面，利用专业配套软件找出电气动作和机械动作的前一帧和后一帧图片，即动作前后的图片进行分析和测算，从而得出限速器校验数据。
56.请继续参阅图3和图4所示，本发明一实施例中，还包括用于支撑限速器的支撑板1，且所述支撑板1正面设置有限速器2，所述支撑板1右侧面上下两端均设置有伸缩杆3，所述伸缩杆3的伸缩杆末端铰接设置有l形折叠板4，所述l形折叠板4的竖板左侧面中部设置有摄像机5，所述l形折叠板4的竖板上设置有用于带动所述摄像机5前后移动的移动件6。使得通过支撑板1将限速器2固定，然后再通过人工拉动伸缩杆3伸缩，将l形折叠板4展开，便于摄像机5对限速器2进行拍摄，便于调节摄像机5的拍摄距离，更好的采集限速器2的转动
速度。
57.请继续参阅图3和图4所示，本发明一实施例中，本发明中的l形折叠板4由于铰接作用，能够将l形折叠板4进行折叠，从而实现节约空间的效果，且能够对摄像机5进行保护作用。
58.请继续参阅图3和图4所示，本发明一实施例中，所述移动件6包括驱动电机61，所述l形折叠板4的左侧面开设有一条形开口(未图示)，所述驱动电机61的输出端连接设置有螺杆62，所述螺杆62经轴承连接在所述条形开口内，所述螺杆62上螺旋设置有移动块63，所述移动块63与所述摄像机5连接设置。使得通过开启驱动电机61，驱动电机61能够带动螺杆62进行转动，螺杆62转动能够带动移动块63进行前后移动，从而能够调整在不同位置对限速器进行拍摄，且可以适应不同限速器的型号。
59.本发明中限速器、摄像机和驱动电机均为现有技术，本领域技术人员已经能够清楚了解，在此不进行详细说明，伸缩杆3可以是现有天线的伸缩方式，但并不仅限于此，摄像机可以是工业高速相机，但并不仅限于此。
60.数据线性关系的确立
61.将模拟试验进行全过程中的a-b点距离和a点线速度数据导出，找出其规律，绘制距离-速度曲线图，如图5所示，将校验的电气动作速度和机械动作速度与线性曲线进行拟合；将图6中的限速器电气动作速度和机械动作速度以及跟踪点之间的距离与图5中的曲线进行对比可以看出：实测的限速器电气动作速度和机械动作速度以及a-b点距离也是符合距离-速度线性曲线关系的。
62.模拟试验校验结果
63.分别采用本项目提出的新的限速器校验方法和传统限速器校验方法对两款不同型号、不同额定速度的限速器进行单体模拟试验，每个限速器利用两种方法分别校验三次，取三次平均值作为最终校验结果进行对比分析，校验结果如图7～图11所示。
64.模拟实验中应用基于视觉算法的限速器校验方法和传统限速器校验方法对同一台限速器在相同试验条件和试验环境下进行校验，校验结果在数值大小上体现出了偏差，主要与测量的方式方法有关：
65.1、传统限速器校验方法，采用的是手动将转速表紧靠限速器轮的接触式测量方式，受限于接触的紧密程度以及转速表的响应滞后，测量结果滞后，数值偏大；同时，人为操作的准确度、规范性以及每次测量动作的一致性也影响着数据测量的稳定性，导致每次测量的结果都不一样，偏差较大，如图12所示，以上可以看出，传统限速器校验方法多次测量的数据稳定性较差，测量误差很难人为控制且不可预测，校验数据测量精度不可靠。
66.2、基于视觉算法的限速器校验方法，采用的是非接触式工业高速相机拍摄，能够准确的捕捉到限速器电气动作和机械动作当时的瞬间图像，再利用视觉算法进行计算从而得出校验结果；电气动作速度的确定，捕捉电气开关动作前后的图像，前一帧未动作，后一帧已动作，我们取后一帧动作为限速器的最终电气动作速度(取大值)；所取的限速器动作速度并非电气开关真正时的速度，而是会比实际动作速度稍大一点。
67.3、机械动作速度的确定与电气动作速度的确认方式一样，以图像里面机械结构动作前后来确定，不同的是校验数值取上一帧的动作速度作为机械动作速度(取大值)，后一帧图片动作速度为减速后速度，所取的机械动作速度也并非是实际机械动作速度，而是会
比实际动作速度稍小一点。
68.不管是电气动作速度还是机械动作速度都是一个无限近似于实际动作速度的一个数值，也就是说新方法的测量也是存在测量误差的，该误差取决于以下两点：
69.1、工业高速相机拍摄前设置的最大帧数，帧数越大，精度越高；
70.2、对限速器进行加速的转动加速度越小，即限速器转动速度变化(递增)越小，精度越高。
71.实际上，新方法测量的误差范围就是我们捕获的上一帧图像和下一帧图像的速度变化值，帧数越快、转动速度变化越小，精度越高，分析如下：
72.1、电气动作速度测量误差：当实际电气动作发生在下一帧的前一刻的时候，误差最小，无限接近0；当实际电气动作发生在上一帧后一刻或同时时，误差最大，接近两帧之间速度的递增值。
73.2、机械动作速度测量误差：与电气误差正好相反，实际机械动作发生在上一帧后一刻或同时，误差最小；实际机械动作发生在下一帧的前一刻，误差最大，接近两帧之间速度的递增值。
74.以我们模拟试验中的所获得的数据为例，模拟试验设置的拍摄频率为每0.2s拍摄一张图像，0.2s时间内限速器转动线速度递增约0.04m/s，因此，电气动作速度的测量误差约为0～+0.04m/s，机械动作速度的测量误差约为-0.04m/s～0。
75.综上所述，利用工业高速相机进行拍摄的基于视觉算法的限速器校验方法，校验结果比传统限速器校验方法相比具有以下优势：
76.1、测量误差是可控和调整的；
77.2、多次测量的数据结果更加稳定，如图13所示。
78.3、实测数据更加精确；
79.4、由于测量时不需要人为实际进行操作，因此对人员技术要求更低。
80.鉴于以上优势，从技术角度和目前人机矛盾的现状考虑，基于视觉算法的电梯限速器校验更加适合推广应用。
81.总之，基于视觉算法的电梯限速器校验方案，采用工业高速相机来实现，围绕深度视觉系统解决方案：包括高速相机对点全过程检测、超高速视觉检测、视觉引导定位、超高精密测量、线扫高速检测等来实现电梯限速器的精准校验。高速工业相机相比一般工业相机传输速度更快、图像质量更安稳、抗干扰能力更强，在机器视觉系统中的运用非常广泛。
82.本项目采用加速装置对限速器进行匀加速，模拟电梯失速时限速器的加速过程，同时对限速器需要定位跟踪的点进行标定，利用工业高速相机全程拍摄限速器加速-电气开关动作-机械动作全过程，数据图像读取至计算机，运用工业高速相机配套的专业软件对所跟踪的点进行定位、测量，计算出跟踪点之间距离的变化与跟踪点旋转线速度之间的线性关系。
83.基于视觉算法的电梯限速器校验方法是一种完全不同于以往任何传统校验方法的全新的方案，一方面我们需要验证该方法的工作原理是否可行，另一方面，我们要应用该方法进行限速器校验，论证校验的结果是否准确；基于此，我们设立了限速器模拟试验的工作目的：
84.1、找出跟踪点之间距离的变化与限速器旋转线速度之间的规律，绘制距离-速度
曲线图(为现场推广将该方法应用于限速器无拆卸校验提供可行性)；
85.2、利用工业高速相机捕捉的限速器电气动作和机械动作瞬间，测算电气动作和机械动作时限速器的旋转线速度；
86.3、将测算的线速度和动作时a-b点距离的数值代入距离-速度曲线图里，验证其一致性；
87.4、将校验结果和传统限速器校验方法校验的结果进行对比，分析两者之间的优劣，研究新方法实施的可行性。
88.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

技术特征：
1.一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤s1、在限速器上定位三个跟踪点，分别是限速器外圈上一点a、限速器圆心上一点b和限速器和限速器中心之间一点c；步骤s2、通过自动变频匀加速手电钻对目标限速器进行加速，在刚开始加速的同时摄像机对限速器进行拍摄，记录加速-电气开关动作-机械动作全过程；步骤s3、将摄像机所拍摄的图像导入计算机内，通过tema软件对图像进行处理；步骤s4、在图像内通过对所设置的跟踪点a点、b点和c点进行标定，标定完成后，测量a-b之间的距离，与a点的线速度；步骤s5、通过视觉算法工具对摄像机捕捉到的限速器电气动作和机械动作瞬时图像进行测算，从而得出限速器电气动作速度和机械动作速度；步骤s6、将a-b点距离和a点线速度数据导出，绘制距离和速度的曲线图，将校验的电气动作速度和机械动作速度与线性曲线进行拟合，从而实现电梯限速器的校验检测。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，其特征在于：所述步骤s1进一步具体为：所述a点和b点为限速器的跟踪点，所述c点为限速器的对比点，所述a点设置于限速器的电气开关位置，所述b点设置于限速器的开关打杆对应位置。3.根据权利要求1所述的一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，其特征在于：所述步骤s4进一步具体为：在限速器上测量a-b点之间的距离，即模拟限速器电气开关打开杆和电气开关的距离，用游标卡尺进行测量，测量a点的线速度，及限速器的钢丝绳速度。4.根据权利要求1所述的一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，其特征在于：还包括用于支撑限速器的支撑板，且所述支撑板正面设置有限速器，其特征在于：所述支撑板右侧面上下两端均设置有伸缩杆，所述伸缩杆的伸缩杆末端铰接设置有l形折叠板，所述l形折叠板的竖板左侧面中部设置有摄像机，所述l形折叠板的竖板上设置有用于带动所述摄像机前后移动的移动件。5.根据权利要求1所述的一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，其特征在于：所述移动件包括驱动电机，所述l形折叠板的左侧面开设有一条形开口，所述驱动电机的输出端连接设置有螺杆，所述螺杆经轴承连接在所述条形开口内，所述螺杆上螺旋设置有移动块，所述移动块与所述摄像机连接设置。

技术总结
本发明提供了一种基于视觉算法的电梯限速器动作速度校验方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1、在限速器上定位三个跟踪点，分别是限速器外圈上一点A、限速器圆心上一点B和限速器和限速器中心之间一点C；步骤S2、通过自动变频匀加速手电钻对目标限速器进行加速，记录加速-电气开关动作-机械动作全过程；步骤S3、将摄像机所拍摄的图像导入计算机内；步骤S4、在图像内通过对所设置的跟踪点A点、B点和C点进行标定；步骤S5、通过视觉算法工具对摄像机捕捉到的限速器电气动作和机械动作瞬时图像进行测算；步骤S6、将A-B点距离和A点线速度数据导出，绘制距离和速度的曲线图；本发明能够对限速器进行校验且安全快捷。限速器进行校验且安全快捷。限速器进行校验且安全快捷。


技术研发人员：吴蔚峰 王曾赟 郑信勇
受保护的技术使用者：福建省特种设备检验研究院龙岩分院
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8