CN1963383A - 电缆绝缘护套厚度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆绝缘护套厚度的测量方法，它主要通过图像采集装置采集当前的图像，并利用计算机对当前的图像进行识别，其整个方法主要包含两个部分：一是放大倍数测定的识别，具体是对含有标准刻度单位的刻度盘进行识别，分别计算出横向和纵向单位像素和刻度盘上的单位长度之比，用于切片厚度测量的像素与长度转换；二是样品测量的识别；本发明的测量方法测量结果更公正、准确、提高工作效率。

Description

电缆绝缘护套厚度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种电缆绝缘护套厚度的测量方法。

背景技术

电缆的绝缘和护套厚度直接关系到人身安全问题，因此国家颁布了《电线电缆类产品工厂质量控制检测要求》和对应国标要求和认证标准(GB/T2951.1-1997)，同时颁布了通用实验方法，采用此方法需放大至少10倍的投影仪对抽取的绝缘或护套部分进行放大投影，然后对投影部分进行手工测量。目前国内测量电缆的绝缘和护套厚度的方法主要为手动操作，国内外大型图像识别软件很多，但作为通用软件，操作复杂，不能自动判别结果及生成报表。

现存的方法需三个步骤：

1)切片：目前采用剃须刀片或美工刀片手工操作，即不安全又很难控制精度。

2)常温存放：目前将样品放在装有空调的房间内(25℃)保存24小时，精度很难保证，同时又浪费大量电能。

3)测量：放大至少10倍的投影仪对抽取的绝缘或护套部分进行放大投影，然后对投影部分进行手工测量。

现存的该方法存在效率低、误差大、人为因素大等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量结果更加准确的电缆绝缘护套厚度的测量方法。

本发明通过以下技术方案得以实施：一种电缆绝缘护套厚度的测量方法，它包括如下步骤：

(1)放置标准刻度盘，利用图像采集装置对标准刻度盘进行图像采集；

(2)利用计算机对采集到的图像进行识别，计算出标准刻度盘的单位长度对应的所采集到的图像中该单位长度上的像素个数，得到单位像素与单位长度之间的比值，并存储于计算机内；

(3)用切刀对电缆样品进行径向截面切割得至少一个切片，所述的每个切片的轴向厚度等于所述的标准刻度盘的厚度；

(4)移去标准刻度盘，将上述的至少一个切片放置到原标准刻度盘所放置的位置，利用图像采集装置对切片进行图像采集；

(5)利用计算机对采集到的切片图像进行内轮廓线和外轮廓线识别，根据所述的单位像素与单位长度之间的比值计算出所述的切片的最小径向厚度。

所述的步骤(3)和步骤(4)是在恒温条件下进行的。

所述的步骤(5)完成后，将所述的切片原地旋转多次，每次旋转后重复步骤(5)，最后计算出该切片的最小径向厚度处的厚度大小的平均值。

对所述的标准刻度盘和切片进行图像采集前，要将所述的标准刻度盘和切片放大固定倍数后再进行图像采集。

在步骤(2)中，计算出标准刻度盘的单位长度对应的所采集到的图像中该单位长度上的像素个数要分两步进行：

(a)计算出标准刻度盘的横向单位长度对应的所采集到的图像中该横向单位长度上的横向像素个数，得到横向单位像素与单位长度之间的比值；

(b)计算出标准刻度盘的纵向单位长度对应的所采集到的图像中该纵向单位长度上的纵向像素个数，得到纵向单位像素与单位长度之间的比值；

其中，步骤(a)和步骤(b)不分先后。

所述的步骤(5)中，计算出所述的切片的最小径向厚度是通过将切片分成多个区域，分别计算每一个切片区域的最小径向厚度，多个切片区域的最小径向厚度中的最小值即为该切片的最小径向厚度。

所述的图像采集装置为码摄像头。

本发明的优点为：本发明针对电线电缆类产品测量采用通用实验方法存在的缺点，利用图像识别技术方法测量电缆绝缘和护套厚度，其保证整个测量过程客观、公正、准确，提高工作效率。

附图说明

附图1为本发明的测量方法的流程图；

附图2为本发明的测量方法中放大倍数识别的流程图；

附图3为本发明的测量方法中放大倍数检测的结果示意图；

附图4为本发明的圆形内表面的切片分区域示意图；

附图5为本发明的非圆形内表面的切片分区域示意图；

附图6为本发明的测量方法中切片厚度检测的流程图；

附图7为本发明的放大倍数识别结果示意图；

附图8为表1中检测样品编号为1的外形示意图；

附图9为表1中检测样品编号为2的外形示意图；

附图10为表1中检测样品编号为3的外形示意图；

附图11为表1中检测样品编号为4的外形示意图；

附图12为表1中检测样品编号为5的外形示意图；

附图13为表1中检测样品编号为6的外形示意图；

附图14为表1中检测样品编号为7的外形示意图；

附图15为表1中检测样品编号为8的外形示意图；

附图16为表1中检测样品编号为9的外形示意图；

附图17为表1中检测样品编号为10的外形示意图。

具体实施方式

下面具体介绍电缆绝缘护套厚度的测量方法，它主要通过高分辨率数码摄像头采集当前的图像，并利用计算机对当前的图像进行识别，其整个方法主要包含两个部分：一部分是放大倍数测定的识别，具体是对含有标准刻度单位的刻度盘进行识别，分别计算出横向和纵向单位像素和刻度盘上的单位长度之比，用于切片厚度测量的像素与长度转换，每次在正式测量之前，必须首先进行该项测定；还有一部分是样品测量的识别。

放大倍数的识别的具体步骤见图1：

首先将标准刻度盘放置在一固定位置，利用高分辨率数码摄像头对标准刻度盘进行图像采集；

再通过计算机对采集到的图像进行识别。按照现有技术中的图像处理方法，对采集的图像首先要进行预处理，其预处理的主要步骤包括图像灰度化处理(将图像转化为黑白灰度图片)、直方图修正(按照最小和最大的阀值，对图像进行增强)、边缘保持滤波器(该算法是在均值滤波器和中值滤波器基础上发展起来的一种算法，能够在滤除噪声脉冲的同时，又不至于使图像边缘模糊)。

而后计算出标准刻度盘的单位长度对应的所采集到的图像中该单位长度上的像素个数。在本发明的测量方法中，考虑到图像的横向与纵向可能存在失真，即水平方向和垂直方向的放大比率可能不同，所以必须分别计算水平和垂直的放大倍数，分别提取水平和垂直线条，并计算每条垂直或水平线条的最小距离，所有垂直或水平线条的距离的平均值作为单位刻度的像素，并分别和单位刻度的实际长度求得垂直及水平放大系数，作为计算机下一次测量的计算依据。同时计算机提供手动微调功能，可以对自动识别结果，根据底图对应测量结果进行微调。例如如图3所示，当前对应的标准刻度盘上的单位长度为50μm，而一个单位长度对应的横向像素和纵向像素分别为4，这时单位横向像素和单位纵向像素与单位长度之间的比值都为0.25，因此单位横向像素和单位纵向像素所对应的实际距离为12.5μm，在下一步样品的测试过程中，只要通过确定像素大小，再乘以12.5μm就可得到实际长度。计算机识别的结果如图3所示。从结果图可以看出：识别效果非常好，误差很小，该误差即为样品厚度的测量误差。

得到单位像素与单位长度之间的比值，并存储于计算机内。

样品测量的识别的具体步骤如下：

(1)用切刀对电缆样品进行径向截面切割得至少一个切片，所述的每个切片的轴向厚度等于所述的标准刻度盘的厚度；根据国标要求，每种样品在不同位置切取3个切片，每个切片的轴向厚度等于标准刻度盘的厚度，而后进行3次测量，然后根据最小厚度、平均厚度及表面积，判定是否合格。

在样品测量之前首先需要经过选择待检样品类型(样品不同，最后计算的方法和要求都不同)，预处理中根据检测要求和检测方法不同可以将检测样品分成10种(检测样品的形状如图8～17所示)，如表1所示。

表1检测样品的类型和检测要求

编号	类型	边界个数	厚度个数
				1	绝缘和护套厚度测量(圆形内表面)	2	6
2	绝缘厚度测量(扇形导体)	2	6
				3	绝缘厚度测量(绞合导体1)	2	6
4	绝缘厚度测量(绞合导体2)	2	6
				5	绝缘厚度测量(不规整外表面)	2	6
6	绝缘厚度测量(扁平双芯软线)	3	8
				7	护套厚度测量(非圆形内表面)	2	3
8	护套厚度测量(不规整外表面)	2	3
				9	护套厚度测量(扁平双芯软线)	3	8
10	护套厚度测量(多芯软线)	20	6

然后通过USB存储到计算机的识别***中，图像识别***首先确定边界个数：路径：从像素[i1，j1 ]到像素[in，jn]的路径(path)是指一个像素序列[i1，j1]，[i2，j2]，…，[in，jn]，其中像素[ik，jk]和像素[ik+1，jk+1]互相为邻点(1≤k≤n)。

连通性：已知像素p，q∈S(前景，图像中值为1的全部像素的集合)，如果存在一条p到q的路径，且路径上的全部像素都包含在S中，则称p，q是连通的。

边界L：一条封闭连通的路径

一个有效的区域，至少两个边界；而扁平双芯软线具有3个边界。护套厚度测量(多芯软线)由于芯数不确定，采用20(边界的上限)作为它的最大边界数量。

根据国标要求，除了长轴、短轴、表面积及最小厚度外，不同类型的电缆的计算其他几点厚度的计算方法和数量不同。一般计算所述的切片的最小径向厚度是通过将切片分成多个区域，分别计算每一个切片区域的最小径向厚度，将计算的多个切片区域的最小径向厚度值相比教，其中的最小值即为该切片的最小径向厚度。如对图4所示的圆形内表面，以最小厚度处每间隔60°附近计算一个对应最小值，总共将切片分成6个区域，而对图5所示的非圆形内表面，则每间隔120°附近计算一个对应最小值，总共将切片分成3个区域。

(2)移去标准刻度盘，将上述的至少一个切片放置到原标准刻度盘所放置的位置，利用高分辨率数码摄像头对切片进行图像采集。

(3)利用计算机对采集到的切片图像进行内轮廓线和外轮廓线识别，根据上述存在计算机内的的单位横向像素、纵向像素分别与单位长度之间的比值，输出横向像素、纵向像素，乘以这个比值，再通过数学运算即可计算出所述的切片的最小径向厚度；

步骤(3)中对图像的识别包括对图像预处理，边缘提取及边缘细化等步骤。

预处理过程与上述的对刻度盘的放大倍数的识别中的图样预处理的方法一样。

预处理结束后，开始轮廓提取，取得图像的外边界L₁和内边界L₂、L₃…(可能有多个)。为了提供***的精度，对每个边界L进行优化，去了毛刺后进行识别处理。其主要步骤流程如图6所示。

计算方法如下：

1、计算表面积S

$S=\frac{\mathrm{Count}\left(D\right)}{\mathrm{xRate}*\mathrm{yRate}}$

式中D为图像区域，Count(D)为所有的像素个数，xRate为水平方向的放大倍数，yRate为垂直方向的放大倍数。

2、计算长轴和短轴

(1)区域D中心点计算： $x=\frac{\mathrm{\Σp}\left(x\right)}{\mathrm{Count}\left(p\right)}$ ， $Y=\frac{\mathrm{\Σp}\left(Y\right)}{\mathrm{Count}\left(p\right)}$

式中P(X)，P(Y)分别表示区域D内的像素的X和Y坐标，Count(P)表示区域内个数。

(2)长轴：是指只过图像中心点的最长的外径，通过计算所有通过中心点的直线长度，假设(x1，y1)和(x2，y2)表示外部边界L上的点，且(x1，y1)和(x2，y2)构成的直线过中心点，则两点的实际距离为：

${\mathrm{Lp}}_{12}=\mathrm{Sprt}[(x1-x2)*\frac{(x1-x2)}{\mathrm{xRate}*\mathrm{xRate}}+(y1-y2)*\frac{(y1-y2)}{\mathrm{yRate}*\mathrm{yRate}}]$

最大值为：Lmax＝Max(Lp)

(3)短轴：是指过中心点且垂直于长轴的外径。

3、计算最小厚度

根据国标要求，只有两个边界的样品需要计算最小厚度计算方法如下：

(1)首先计算内边界包含区域的中心点Pc(x，y)

(2)而后计算经过中心点和内、外边界相交的点p1，p2(实际相交四点，按单方向考虑，只取两点)，计算两点之间的实际距离Lp1-p2(考虑放大倍数，方法同计算Lp12)

(3)最后取最小Lp1-p2作为最小厚度

对于两个内边界以上采用长轴作为最小厚度，每固定60°计算其他5点，并取最小值作为最小厚度。

4、计算其他厚度

根据国标要求检测方法，每间隔固定的角度(60°或120°)步长，并以一定正负角度查找对应最小厚度点，如圆形内表面，采用±10°。

试样的测量结果如图7，其中A表示长轴，B表示短轴；H表示厚度，其中H₁表示最小厚度；L表示边界。从图7上我们可以看出处理效果非常不错。

对所述的标准刻度盘和切片进行图像采集前，要将所述的标准刻度盘和切片通过放大镜放大固定倍数后再对放大的图像用高分辨率数码摄像头进行图像采集。

为了测量的准确度，对每一片切片都要测量多次。即在每次测量完成后，需将所述的切片原地旋转，然后再次进行样品切片的厚度测量，这样重复多次，最后取多次测量的最小径向厚度处的厚度大小的平均值。

整个测试过程都是在小型恒温空间内进行的，用切片时也是用自动切片刀对电缆样品进行等厚精确切割。这样可以大大提高精度且节约能源。

同时计算机提供手动修正功能，可以对图像不清晰，识别效果不理想的识别结果进行手动处理功能，提高其可靠性。

最后可按不同要求通过打印机把测量结果以图文并茂的方式打印出来，或借助GPRS装置把信息远距离传输到别处。

Claims (7)

1、一种电缆绝缘护套厚度的测量方法，其特征在于：它包括如下步骤：

(1)放置标准刻度盘，利用图像采集装置对标准刻度盘进行图像采集；

(2)利用计算机对采集到的图像进行识别，计算出标准刻度盘的单位长度对应的所采集到的图像中该单位长度上的像素个数，得到单位像素与单位长度之间的比值，并存储于计算机内；

(3)用切刀对电缆样品进行径向截面切割得至少一个切片，所述的每个切片的轴向厚度等于所述的标准刻度盘的厚度；

(4)移去标准刻度盘，将上述的至少一个切片放置到原标准刻度盘所放置的位置，利用图像采集装置对切片进行图像采集；

(5)利用计算机对采集到的切片图像进行内轮廓线和外轮廓线识别，根据所述的单位像素与单位长度之间的比值计算出所述的切片的最小径向厚度。

2、根据权利要求1所述的电缆绝缘护套厚度的测量方法，其特征在于：所述的步骤(3)和步骤(4)是在恒温条件下进行的。

3、根据权利要求1所述的电缆绝缘护套厚度的测量方法，其特征在于：所述的步骤(5)完成后，将所述的切片原地旋转多次，每次旋转后重复步骤(5)，最后计算出该切片的最小径向厚度处的厚度大小的平均值。

4、根据权利要求1所述的电缆绝缘护套厚度的测量方法，其特征在于：对所述的标准刻度盘和切片进行图像采集前，要将所述的标准刻度盘和切片放大固定倍数后再进行图像采集。

5、根据权利要求1所述的电缆绝缘护套厚度的测量方法，其特征在于：在步骤(2)中，计算出标准刻度盘的单位长度对应的所采集到的图像中该单位长度上的像素个数要分两步进行：

(a)计算出标准刻度盘的横向单位长度对应的所采集到的图像中该横向单位长度上的横向像素个数，得到横向单位像素与单位长度之间的比值；

(b)计算出标准刻度盘的纵向单位长度对应的所采集到的图像中该纵向单位长度上的纵向像素个数，得到纵向单位像素与单位长度之间的比值；其中，步骤(a)和步骤(b)不分先后。

6、根据权利要求1所述的电缆绝缘护套厚度的测量方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，计算出所述的切片的最小径向厚度是通过将切片分成多个区域，分别计算每一个切片区域的最小径向厚度，多个切片区域的最小径向厚度中的最小值即为该切片的最小径向厚度。

7、根据权利要求1所述的电缆绝缘护套厚度的测量方法，其特征在于：所述的图像采集装置为数码摄像头。

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