绝缘子沿面闪络痕迹清理装置及方法与流程

1.本发明涉及绝缘子表面处理技术领域，尤其涉及一种绝缘子沿面闪络痕迹清理装置及方法。


背景技术：

2.sf6气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosedswitchgear,gis)、气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line，gil)具有占地面积小、受自然环境影响小、运行安全可靠、检修和维护周期长、无电老化等优点，在国内外电力系统中得到了广泛应用。gis和gil设备故障的主要原因之一是内部绝缘子的沿面闪络，因此提高沿面闪络电压有助于提升gis/gil设备的绝缘性能。研究人员一般通过调整绝缘子的材料配方、结构、表面处理工艺等方法，然后实验测量绝缘子的沿面闪络电压，以验证优化方法的有效性。
3.与气体绝缘不同，沿面闪络是不可恢复绝缘，一次闪络之后电弧会烧蚀气固界面，留下碳痕改变表面电阻等参数，下一次实验需要更换试样或对实验表面进行清理。现有的清理方法需要对罐体中的sf6气体进行回收、然后拆卸绝缘子试样对其表面进行打磨清理，之后再安装绝缘子试样及工装，经过抽真空、充气、静置之后才可进行下一次实验。可见绝缘子试样的拆卸、清理、安装、抽真空、充气、静置花费数小时，只能获得一个数据点。然而，获得一个有效闪络电压数据需要至少30个数据点，进而根据其统计分布计算50％概率或1％等低概率的闪络电压，传统的实验方法测试效率非常低。因此，有必要优化实验流程，对实验方法尤其是闪络之后表面闪络痕迹清理方法进行优化改进，以提高实验效率和经济性。


技术实现要素：

4.本发明提供一种绝缘子沿面闪络痕迹清理装置及方法，其能解决现有技术的绝缘子沿面闪络痕迹清除效率低，进而导致绝缘子沿面闪络实验效率低的技术问题。
5.本发明第一方面提供一种绝缘子沿面闪络痕迹清理装置，包括：
6.sf6气室，用于提供sf6气体环境和实验电压；
7.图像传感器，用于实时采集绝缘子试样图像，并将所述绝缘子试样图像发送给控制终端；
8.控制终端，用于接收所述图像传感器采集的所述绝缘子试样图像，并根据所述绝缘子试样图像和预先存储的绝缘子三维模型，确定绝缘子试样的待清理区域和闪痕烧蚀程度，并根据所述待清理区域和所述闪痕烧蚀程度，生成任务轨迹和清理操作指示，并将所述任务轨迹和所述清理操作指示发送给机械臂；
9.机械臂，用于接收所述控制终端发送的所述任务轨迹，根据所述任务轨迹，移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并根据所述清理操作指示，对绝缘子试样的待清理区域进行清理。
10.作为上述方案的改进，所述机械臂包括机械臂底座、第一旋转关节、第一连接件、第二旋转关节、第二连接件、第三旋转关节、第三连接件和清理装置，所述机械臂底座与所述第一旋转关节连接，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节通过所述第一连接件连接，所述第二旋转关节和所述第三旋转关节通过所述第二连接件连接，所述第三旋转关节和所述清理装置通过所述第三连接件连接；其中，所述第一旋转关节能被驱动绕x轴旋转；所述第二旋转关节能被驱动绕y轴和z轴进行旋转，所述第三旋转关节能被驱动绕y轴和z轴进行旋转；
11.所述清理装置包括润滑单元、打磨单元、清洁单元和设置在机械臂底座旁的带压缩泵的酒精瓶，且所述润滑单元、所述打磨单元和所述清洁单元均能被控制做出弹出和缩回动作。
12.作为上述方案的改进，所述第一旋转关节包括第一驱动电机，所述第一驱动电机分别与所述机械臂底座和所述第一连接件连接；
13.所述第二旋转关节包括第二驱动电机，所述第二驱动电机与所述第二连接件连接；
14.所述第三旋转关节包括第三驱动电机，所述第三驱动电机与所述第三连接件连接。
15.作为上述方案的改进，所述润滑单元包括润滑清洁头、衔铁基座、竖杆和配置有电磁线圈的弹簧装置，所述润滑清洁头通过所述衔铁基座和所述弹簧装置连接，所述弹簧装置固定连接所述竖杆的底部，所述竖杆的顶部贯穿所述衔铁基座，所述竖杆设置有滑轨，所述衔铁基座可在电磁线圈的作用下沿着滑轨上下运动，从而带动所述润滑清洁头弹出或缩回；
16.所述打磨单元包括砂纸打磨清洁头、衔铁基座、竖杆和配置有电磁线圈的弹簧装置，所述砂纸打磨清洁头通过所述衔铁基座和所述弹簧装置连接，所述弹簧装置固定连接所述竖杆的底部，所述竖杆的顶部贯穿所述衔铁基座，所述竖杆设置有滑轨，所述衔铁基座可在电磁线圈的作用下沿着滑轨上下运动，从而带动所述砂纸打磨清洁头弹出或缩回；
17.所述清洁单元包括无纺布清洁头、衔铁基座、竖杆和配置有电磁线圈的弹簧装置，所述砂纸打磨清洁头通过所述衔铁基座和所述弹簧装置连接，所述弹簧装置固定连接所述竖杆的底部，所述竖杆的顶部贯穿所述衔铁基座，所述竖杆设置有滑轨，所述衔铁基座可在电磁线圈的作用下沿着滑轨上下运动，从而带动所述无纺布清洁头弹出或缩回。
18.作为上述方案的改进，所述绝缘子沿面闪络痕迹清理装置还包括绝缘子试样检测单元，所述绝缘子试样检测单元包括绝缘子试样、绝缘子屏蔽结构和接地罐体。
19.本发明第二方面提供一种绝缘子沿面闪络痕迹清理方法，所述方法基于上述的绝缘子沿面闪络痕迹清理，包括：
20.在对绝缘子试样进行加压闪络后，接收图像传感器采集到的绝缘子试样图像；
21.根据所述绝缘子试样图像和预先存储的绝缘子三维模型，确定绝缘子试样的待清理区域和闪痕烧蚀程度，并生成相应的任务轨迹和清理操作指示；
22.执行清除操作：根据所述任务轨迹和所述清理操作指示，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并控制所述机械臂对绝缘子试样的待清理区域进行清除。
23.作为上述方案的改进，所述根据所述任务轨迹和所述清理操作指示，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并控制所述机械臂对绝缘子试样的待清理区域进行清除，具体包括：
24.根据所述任务轨迹，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置；
25.控制所述机械臂的润滑单元沿着待清理区域涂抹植物油，再控制打磨单元按照预设第一压力对待清理区域进行打磨，之后，控制所述机械臂移动到距带压缩泵的酒精瓶预设第二范围的位置，控制所述机械臂上的清洁单元按照预设第二压力作用于带压缩泵的酒精瓶，以使得所述清洁单元浸上酒精，最后控制所述清洁单元移动距所述待清理区域预设第二范围内的位置，并控制所述清洁单元沿着待清理区域进行清洗。
26.作为上述方案的改进，在所述在对绝缘子试样进行加压闪络后，接收图像传感器采集到的绝缘子试样图像之前，还包括：
27.确定绝缘子试样表面相对机械臂的坐标，对绝缘子试样进行三维建模，得到绝缘子三维模型。
28.作为上述方案的改进，在所述根据所述任务轨迹和所述清理操作指示，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并控制所述机械臂对绝缘子试样的待清理区域进行清除之后，还包括：
29.获取当前的绝缘子试样图像，并根据当前的绝缘子试样图像，判断绝缘子试样表面的洁净程度是否达标；
30.如果达标，控制机械臂归位，进行下一次闪络实验；如果不达标，重复所述清除操作，直至绝缘子试样表面的清洁程度达标。
31.与现有技术相比，本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置及方法的有益效果如下：
32.本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置包括sf6气室、图像传感器、控制终端和机械臂，所述sf6气室用于提供sf6气体环境和实验电压，以便进行绝缘子闪络实验，所述图像传感器用于实时采集绝缘子试样图像，并将所述绝缘子试样图像发送给控制终端，所述控制终端用于在接收所述图像传感器采集的所述绝缘子试样图像时，根据所述绝缘子试样图像和预先存储的绝缘子三维模型，确定绝缘子试样的待清理区域和闪痕烧蚀程度，并根据所述待清理区域和所述闪痕烧蚀程度，生成任务轨迹和清理操作指示，并将所述任务轨迹和所述清理操作指示发送给机械臂，所述机械臂用于在接收所述控制终端发送的所述任务轨迹时，根据所述任务轨迹，移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并根据所述清理操作指示，对绝缘子试样的待清理区域进行清理，其能提供一种绝缘子沿面闪络痕迹的自动清理装置，提高绝缘子沿面闪络痕迹清理效率，进而提高沿面闪络实验效率和降低实验成本。
附图说明
33.图1是本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置的一个实施例的结构图；
34.图2是本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置的另一个实施例的结构图；
35.图3是本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置中的机械臂的一个实施例的结
构图；
36.图4是本发明一个实施例提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置中的清理装置的正视图；
37.图5是本发明一个实施例提供的润滑单元的结构示意图；
38.图6是本发明一个实施例提供的砂纸打磨清洁头的结构示意图；
39.图7是本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.参见图1，图1是本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置的一个实施例的结构图。
42.本发明实施例提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置，包括：
43.sf6气室1，用于提供sf6气体环境和实验电压；
44.图像传感器2，用于实时采集绝缘子试样图像，并将所述绝缘子试样图像发送给控制终端3；
45.控制终端3，用于接收所述图像传感器2采集的所述绝缘子试样图像，并根据所述绝缘子试样图像和预先存储的绝缘子三维模型，确定绝缘子试样的待清理区域和闪痕烧蚀程度，并根据所述待清理区域和所述闪痕烧蚀程度，生成任务轨迹和清理操作指示，并将所述任务轨迹和所述清理操作指示发送给机械臂4；
46.机械臂4，用于接收所述控制终端3发送的所述任务轨迹，根据所述任务轨迹，移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并根据所述清理操作指示，对绝缘子试样的待清理区域进行清理。
47.具体的，所述sf6气室1用于提供绝缘子闪络实验环境，也即绝缘子闪络实验在sf6气室1中进行。所述图像传感器2和所述机械臂4应当设置在所述sf6气室1里面，以便于绝缘子图像的采集和绝缘子表面闪络痕迹的清理。
48.具体的，所述控制终端3可以为pc机，该pc机集成有包含但不限于机械臂4控制系统、图像传感器2控制系统和实验电压输出控制系统，以控制实验电压输出、机械臂4运动轨迹及程序、图像传感器2图像记录。此外，所述控制终端3设置在sf6气室1外面，并与图像传感器2和机械臂4通信连接。
49.本发明实施例提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置包括sf6气室1、图像传感器2、控制终端3和机械臂4，所述sf6气室1用于提供sf6气体环境和实验电压，以便进行绝缘子闪络实验，所述图像传感器2用于实时采集绝缘子试样图像，并将所述绝缘子试样图像发送给控制终端3，所述控制终端3用于在接收所述图像传感器2采集的所述绝缘子试样图像时，根据所述绝缘子试样图像和预先存储的绝缘子三维模型，确定绝缘子试样的待清理区域和闪痕烧蚀程度，并根据所述待清理区域和所述闪痕烧蚀程度，生成任务轨迹和清理操作指示，并将所述任务轨迹和所述清理操作指示发送给机械臂4，所述机械臂4用于在接收所述控制
终端3发送的所述任务轨迹时，根据所述任务轨迹，移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并根据所述清理操作指示，对绝缘子试样的待清理区域进行清理，其能提供一种免拆卸工装的绝缘子沿面闪络痕迹的自动清理装置，提高绝缘子沿面闪络痕迹清理效率，进而提高沿面闪络实验效率和降低实验成本。
50.具体的，参见图2，在一种实施方式中，所述绝缘子沿面闪络痕迹清理装置还包括绝缘子试样检测单元5，所述绝缘子试样检测单元5包括绝缘子试样、绝缘子屏蔽结构和接地罐体。
51.在本发明实施例中，所述绝缘子沿面闪络痕迹清理装置还用于绝缘子闪络实验后的闪络痕迹的清理，即绝缘子沿面闪络痕迹清理装置既提供绝缘子闪络实验的环境，还提供绝缘子闪络试验后闪络痕迹的清理功能。在本发明实施例中，所述绝缘子试样检测单元5设置在sf6气室1里面，且接地罐体应当与sf6气室1罐壁的接地固定连接接地，以保证高压电极的电势。
52.参见图3和图4，在一种实施方式中，所述机械臂4包括机械臂底座41、第一旋转关节42、第一连接件43、第二旋转关节44、第二连接件45、第三旋转关节46、第三连接件和清理装置47，所述机械臂底座41与所述第一旋转关节42连接，所述第一旋转关节42和所述第二旋转关节44通过所述第一连接件43连接，所述第二旋转关节44和所述第三旋转关节46通过所述第二连接件45连接，所述第三旋转关节46和所述清理装置47通过所述第三连接件连接；其中，所述第一旋转关节42能被驱动绕x轴旋转；所述第二旋转关节44能被驱动绕y轴和z轴进行旋转，所述第三旋转关节46能被驱动绕y轴和z轴进行旋转；
53.所述清理装置47包括润滑单元474、打磨单元472、清洁单元473和设置在机械臂底座旁的带压缩泵的酒精瓶471，且所述润滑单元474、所述打磨单元472和所述清洁单元473均能被控制做出弹出和缩回动作。
54.在本发明实施例中，所述机械臂4的第一旋转关节42绕x轴旋转，带动第一连接件43沿竖直方向转动，进而带动第二连接件45、第三连接件和清洁装置沿竖直方向转动，从而达到调整机械臂4高度的效果。所述第二旋转关节44和第三旋转关节46可绕y轴和z轴进行旋转，从而控制机械臂4在盆式绝缘子径向位移。
55.具体的，所述酒精瓶471装有无水酒精。所述润滑单元474、所述打磨单元472和所述清洁单元473均为清理绝缘子表面的工具，分别用于对绝缘子进行润滑、打磨和清洗，进而达到对绝缘子沿面闪络痕迹清理的效果。
56.在一种实施方式中，所述第一旋转关节42包括第一驱动电机，所述第一驱动电机分别与所述机械臂底座41和所述第一连接件43连接；
57.所述第二旋转关节44包括第二驱动电机，所述第二驱动电机与所述第二连接件45连接；
58.所述第三旋转关节46包括第三驱动电机，所述第三驱动电机与所述第三连接件连接。
59.在本发明实施例中，通过驱动电机和机械臂控制系统控制第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节按照预设的轨迹进行运动，从而实现对机械臂的操控。
60.具体的，参见图5，图5是本发明实施例提供的润滑单元的结构示意图。所述润滑单元474包括润滑清洁头4741、衔铁基座4742、竖杆4743和配置有电磁线圈的弹簧装置4744，
所述润滑清洁头4741通过所述衔铁基座4742和所述弹簧装置4744连接，所述弹簧装置4744固定连接所述竖杆4743的底部，所述竖杆4743的顶部贯穿所述衔铁基座4742，所述竖杆4743设置有滑轨47431，所述衔铁基座4742可在电磁线圈的作用下沿着滑轨47431上下运动，从而带动所述润滑清洁头4741弹出或缩回。
61.进一步的，所述配置有电磁线圈的弹簧装置4744包括弹簧47441、底座47442和铁芯47443，所述铁芯47443上套设有电磁线圈，所述电磁线圈连接外部电源，所述弹簧47441的一端连接所述衔铁基座4742，所述弹簧47441的第二端连接所述底座47442，所述底座47442还连接所述铁芯47443。
62.在具体实施时，当需要对绝缘子进行润滑时，外部电源不通电，此时，润滑单元474在弹簧47441的作用下弹出，并随着机械臂的运动在绝缘子表面滑动，进而实现对绝缘子表面的润滑。当滑润完毕后，外部电源通电，此时，衔铁基座4742在电磁线圈的作用下沿着滑轨47431向下运动，从而带动所述润滑清洁头4741缩回。
63.在一种实施方式中，所述打磨单元包括砂纸打磨清洁头、衔铁基座、竖杆和配置有电磁线圈的弹簧装置，所述砂纸打磨清洁头通过所述衔铁基座和所述弹簧装置连接，所述弹簧装置固定连接所述竖杆的底部，所述竖杆的顶部贯穿所述衔铁基座，所述竖杆设置有滑轨，所述衔铁基座可在电磁线圈的作用下沿着滑轨上下运动，从而带动所述砂纸打磨清洁头弹出或缩回。
64.在一种实施方式中，所述清洁单元包括无纺布清洁头、衔铁基座、竖杆和配置有电磁线圈的弹簧装置，所述砂纸打磨清洁头通过所述衔铁基座和所述弹簧装置连接，所述弹簧装置固定连接竖杆的底部，所述竖杆的顶部贯穿所述衔铁基座，所述竖杆设置有滑轨，所述衔铁基座可在电磁线圈的作用下沿着滑轨上下运动，从而带动所述无纺布清洁头弹出或缩回。
65.需要说明的是，本发明实施例提供的打磨单元和无纺布清洁头的结构与所述润滑单元的结构类似，区别在于清洁头的结构不一样，因此，下面针对清洁头进行说明。
66.在一种实施方式中，所述润滑清洁头包括浸油海绵球。示例性的，该浸油海绵球为浸入植物油的海绵球。
67.示例性的，参见图6，图6示出了本发明提供的砂纸打磨清洁头的结构示意图，所述砂纸打磨清洁头4721包括清洁头支撑硅胶球47212、砂纸卷47211、卷动电机47213，所述清洁头支撑硅胶球47212用于支撑砂纸卷纸张，所述砂纸卷47211与所述卷动电机47213的输出轴连接，并随着所述卷动电机47213的旋转而卷动。
68.需要说明的是，本发明实施例提供的无纺布清洁头与砂纸打磨清洁头的结构类似，区别在于无纺布清洁头使用的是无纺布卷，而不是砂纸卷。这里不再作过多的赘述。
69.相应地，参见图7，图7是本发明提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理方法的一个实施例的流程示意图。本发明实施例提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理方法，包括步骤s11到步骤s13：
70.步骤s11，在对绝缘子试样进行加压闪络后，接收图像传感器采集到的绝缘子试样图像；
71.步骤s12，根据所述绝缘子试样图像和预先存储的绝缘子三维模型，确定绝缘子试样的待清理区域和闪痕烧蚀程度，并生成相应的任务轨迹和清理操作指示；
72.步骤s13，执行清除操作：根据所述任务轨迹和所述清理操作指示，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并控制所述机械臂对绝缘子试样的待清理区域进行清除。
73.在本发明实施例中，基于本发明实施例提供的绝缘子沿面闪络痕迹清理装置，由控制终端控制对绝缘子试样进行加压，并实时采集绝缘子试样图像，并在控制终端对绝缘子试样图像进行分析，确定绝缘子试样的闪络后留下的碳痕的位置和闪痕烧蚀程度，并结合预先存储的绝缘子三维模型，确定绝缘子试样待清理的区域(即坐标范围)，进而生成相应的任务轨迹和清理操作指示，从而使得机械部根据该任务轨迹移动到待清理区域附近的位置，并通过机械臂对待清理区域进行清除，实现了对绝缘子闪络痕迹的自动且高效清理，进而提高绝缘子闪络实验效率。
74.在一种实施方式中，所述步骤s13“根据所述任务轨迹和所述清理操作指示，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并控制所述机械臂对绝缘子试样的待清理区域进行清除”，具体包括：
75.根据所述任务轨迹，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置；
76.控制所述机械臂的润滑单元沿着待清理区域涂抹植物油，再控制打磨单元按照预设第一压力对待清理区域进行打磨，之后，控制所述机械臂移动到距带压缩泵的酒精瓶预设第二范围的位置，控制所述机械臂上的清洁单元按照预设第二压力作用于带压缩泵的酒精瓶，以使得所述清洁单元浸上酒精，最后控制所述清洁单元移动距所述待清理区域预设第二范围内的位置，并控制所述清洁单元沿着待清理区域进行清洗。
77.在一种实施方式中，所述步骤s11“在对绝缘子试样进行加压闪络后，接收图像传感器采集到的绝缘子试样图像”之前，还包括：
78.确定绝缘子试样表面相对机械臂的坐标，对绝缘子试样进行三维建模，得到绝缘子三维模型。
79.在本发明实施例中，在建立了绝缘子的三维模型后，根据绝缘子试样表面相对机械臂的坐标，安装绝缘子试样检测单元、机械臂、图像传感器，确保绝缘子表面可观测，然后封闭sf6气室。
80.在一种实施方式中，在所述步骤s13“根据所述任务轨迹和所述清理操作指示，控制所述机械臂移动到距所述待清理区域预设第一范围内的位置，并控制所述机械臂对绝缘子试样的待清理区域进行清除”之后，还包括：
81.获取当前的绝缘子试样图像，并根据当前的绝缘子试样图像，判断绝缘子试样表面的洁净程度是否达标；
82.如果达标，控制机械臂归位，进行下一次闪络实验；如果不达标，重复所述清除操作，直至绝缘子试样表面的清洁程度达标。
83.在本发明实施例中，在控制机械臂完成清理任务后，还可以根据实验进度，判断是否完成绝缘子试样的闪络电压测试：若完成，则停止实验，回收气室内sf6，然后拆卸实验装置，补充更换机械臂内的工具耗材；若未完成，则重复对绝缘子试样进行加压闪络的步骤。
84.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为
本发明的保护范围。