隨著電梯安全越來(lái)越受到人們的關(guān)注，業(yè)界亟需解決電梯故障的快速檢測(cè)、提高電梯日常巡檢的質(zhì)量、及時(shí)發(fā)現(xiàn)電梯安全隱患的問(wèn)題。受工作環(huán)境、使用時(shí)間、使用頻率、工作情況等因素影響，電梯可能會(huì)出現(xiàn)電氣控制原件老化、機(jī)械部件摩擦、電動(dòng)機(jī)過(guò)載等情況，隨之一些部件出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致電梯系統(tǒng)出現(xiàn)故障停用，嚴(yán)重時(shí)可能引起電梯事故。

雖然國(guó)家對(duì)電梯的工作環(huán)境作了嚴(yán)格的管理要求，但是，電梯的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境相對(duì)比較惡劣，傳統(tǒng)的人工目測(cè)檢測(cè)方法無(wú)法滿足電梯高頻率使用而出現(xiàn)的突發(fā)問(wèn)題，而電梯電氣設(shè)備及其零部件故障絕大部分情況下都能通過(guò)電氣表面溫度變化反映出來(lái)。在本文中，筆者通過(guò)紅外表面成像技術(shù)融合可見(jiàn)光圖像，研究一種通用的、方便使用的、能夠快速定位故障點(diǎn)的便攜式檢測(cè)儀器，通過(guò)記錄數(shù)據(jù)對(duì)比，該檢測(cè)儀器能夠自動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控電梯的運(yùn)行狀況，給電梯的檢驗(yàn)、檢測(cè)帶來(lái)方便。

1熱成像和可見(jiàn)光融合的應(yīng)用原理

紅外熱成像和可見(jiàn)光圖像融合，其基本原理是通過(guò)紅外成像攝像單元和可見(jiàn)光成像攝像單元同時(shí)拍攝，然后根據(jù)設(shè)備識(shí)別模型對(duì)可見(jiàn)光成像圖片中的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行匹配識(shí)別并輸出檢測(cè)設(shè)備在圖片中的圖像坐標(biāo)，最后根據(jù)輸出的圖像坐標(biāo)在紅外熱成像圖片中截取對(duì)應(yīng)位置坐標(biāo)的熱分布圖像，圖像識(shí)別單元中的設(shè)備熱分析模型通過(guò)分析所截取的熱分布圖像判斷設(shè)備發(fā)熱是否正常并輸出設(shè)備的溫度信息，從而形成融合圖片，即在可見(jiàn)光圖像中各個(gè)位置點(diǎn)獲得溫度信息，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位。

本儀器根據(jù)電梯安全技術(shù)規(guī)范對(duì)電梯日常檢驗(yàn)提出的檢測(cè)要求和檢測(cè)工藝流程，結(jié)合電梯故障檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，集成多種智能傳感器，主要解決現(xiàn)有檢測(cè)工藝流程中存在的一些缺點(diǎn)：(1) 檢測(cè)手段單一，多以肉眼查看、手動(dòng)觸摸為主；(2) 缺乏先進(jìn)的檢測(cè)工具，檢測(cè)效率低下；(3) 缺乏在線式長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)和監(jiān)控，容易疏漏偶發(fā)性的故障；(4) 檢測(cè)過(guò)程依賴人員的主觀經(jīng)驗(yàn)，缺乏智能的識(shí)別手段；(5) 檢測(cè)過(guò)程缺乏圖像、視頻、GPS定位等有效的監(jiān)控，檢測(cè)結(jié)果可追溯性不強(qiáng)。本儀器通過(guò)改變傳統(tǒng)紅外成像裝置的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，研制集成光學(xué)、溫度、GPS定位、RFID信標(biāo)、激光測(cè)距和二維碼掃描等多種智能傳感器系統(tǒng)的電梯故障檢測(cè)儀，通過(guò)紅外熱成像技術(shù)與可見(jiàn)光圖像的融合，提高行業(yè)的質(zhì)檢水平。

2儀器模塊結(jié)構(gòu)功能分析

本儀器基于紅外熱成像技術(shù)和可見(jiàn)光圖像的融合，通過(guò)表面溫度檢測(cè)，精確定位電梯溫度異常部位，診斷故障、隱患原因。檢測(cè)儀主要針對(duì)電梯日常巡查、定期保養(yǎng)和檢驗(yàn)、檢測(cè)過(guò)程中目測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的電氣故障和主要安全部件的機(jī)械故障，提供一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)和在線監(jiān)控診斷的檢測(cè)和檢查方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)判電梯電氣元件和安全部件的異常情況，提高電梯運(yùn)行的可靠性，降低電梯的故障率，為電梯的科學(xué)檢驗(yàn)檢測(cè)提供更加便捷、有效的手段。

傳統(tǒng)的紅外檢測(cè)設(shè)備多為大型儀器、厚重不便攜帶，并且其調(diào)焦裝置普遍通過(guò)螺栓和調(diào)焦環(huán)剛性連接鏡頭，通過(guò)調(diào)焦環(huán)的周向運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)焦距，而其結(jié)構(gòu)多不具有限位動(dòng)能，當(dāng)旋轉(zhuǎn)過(guò)大或者過(guò)小時(shí)易使鏡頭脫落或者壓緊，這使其可測(cè)范圍減少，調(diào)焦距離小，可調(diào)調(diào)焦幅度過(guò)大，造成采集圖像精度較低。筆者研究的檢測(cè)裝置在硬件設(shè)計(jì)上，克服了傳統(tǒng)的紅外檢測(cè)設(shè)備固有的缺點(diǎn)，在定焦鏡頭微動(dòng)調(diào)焦上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，固定鏡頭的同時(shí)還對(duì)鏡頭徑向移動(dòng)進(jìn)行限位，使其徑向移動(dòng)最大位移處不會(huì)脫落，較為安全。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 儀器機(jī)構(gòu)圖

如圖1所示，儀器主要由微動(dòng)調(diào)焦組件、成像組件、智能顯示終端、紅外模塊，保護(hù)套等構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)中后蓋與前蓋固結(jié)在一起，構(gòu)成整個(gè)裝置的主體輪廓，紅外模塊位于整個(gè)裝置的中間部位，以螺釘進(jìn)行固結(jié)，其紅外模塊上的鏡頭與調(diào)焦裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)固結(jié)，調(diào)焦裝置與鏡頭固結(jié)完成后安裝于裝置的后蓋，與紅外相機(jī)座進(jìn)行固結(jié)。成像裝置安裝于護(hù)罩上且可見(jiàn)光模組與紅外鏡頭在一條直線上，前方護(hù)罩與后蓋進(jìn)行固接，整個(gè)系統(tǒng)四周包裹軟膠套并可包含1/4螺紋接口可以通用于傳統(tǒng)三角架。系統(tǒng)具有微調(diào)焦功能，其主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 微動(dòng)調(diào)焦裝置

如圖2所示，微動(dòng)調(diào)焦裝置主要由上限位構(gòu)件、旋轉(zhuǎn)手輪（驅(qū)動(dòng)件）、手輪壓蓋、上下限位膠球、緊定螺釘、從動(dòng)件、限位插銷、下限位構(gòu)件等構(gòu)成。其中，上下限位構(gòu)件構(gòu)成整個(gè)裝置的空腔，上限位構(gòu)件中安裝限位膠球與手輪壓蓋進(jìn)行接觸，限制手輪壓蓋的徑向移動(dòng)，下限位構(gòu)件中安裝限位膠球，限制旋轉(zhuǎn)手輪（驅(qū)動(dòng)件）的徑向移動(dòng)，使其僅僅周向移動(dòng)。手輪壓蓋和旋轉(zhuǎn)手輪（驅(qū)動(dòng)件）滑動(dòng)連接，通過(guò)限位膠球的壓縮變形使其固結(jié)一體。從動(dòng)件與鏡頭通過(guò)緊定螺釘使其剛性連接一體，從動(dòng)件與旋轉(zhuǎn)手輪（驅(qū)動(dòng)件）滑動(dòng)連接，從動(dòng)件在旋轉(zhuǎn)手輪（驅(qū)動(dòng)件）內(nèi)部可以自由滑動(dòng)；此外，限位插銷與旋轉(zhuǎn)手輪（驅(qū)動(dòng)件）進(jìn)行滑動(dòng)連接，手輪壓蓋進(jìn)行限位，使其在旋轉(zhuǎn)手輪（驅(qū)動(dòng)件）中自由移動(dòng)且對(duì)鏡頭的微動(dòng)進(jìn)行限位，限位插銷在下限位構(gòu)件上的螺旋槽內(nèi)進(jìn)行滑動(dòng)。

3系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

系統(tǒng)通過(guò)紅外成像技術(shù)與可見(jiàn)光圖像融合，完成電梯電氣系統(tǒng)異常溫度檢測(cè)，并能通過(guò)定位裝置進(jìn)行異常故障定位。同時(shí)，可利用圖像對(duì)比技術(shù)，通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而發(fā)現(xiàn)溫度變化規(guī)律，對(duì)偏離數(shù)據(jù)進(jìn)行提示和報(bào)障。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)原理圖如圖3所示。

智能故障檢測(cè)儀集成高清可見(jiàn)光傳感器和高清紅外視覺(jué)傳感器，并將二者進(jìn)行很好的匹配與融合，通過(guò)與高像素可見(jiàn)光圖像的融合，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)紅外傳感器分辨率不足的問(wèn)題，通過(guò)分析能夠快速檢測(cè)并識(shí)別故障點(diǎn)，本儀器首先在雙目異源光學(xué)系統(tǒng)方面采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理圖

圖4 可見(jiàn)光與紅外光譜雙光路融合的光路示意圖

系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)采集到的電梯現(xiàn)場(chǎng)的可見(jiàn)光與紅外熱成像圖等兩類圖像進(jìn)行預(yù)處理并標(biāo)定異源雙目光學(xué)成像系統(tǒng)，讓兩個(gè)相互獨(dú)立的光學(xué)空間建立一對(duì)一的映射關(guān)系，最后在終端顯示的圖像效果為“畫中畫”，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)溫與故障定位。同時(shí)，利用測(cè)距傳感器獲得目標(biāo)與傳感器的距離，通過(guò)距離與雙光譜圖像融合的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)全量程范圍的可見(jiàn)光圖像與紅外圖像的自動(dòng)融合。圖5所示為該雙光譜光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)融合流程。

系統(tǒng)植入電梯故障排查和質(zhì)檢的工藝流程，操作過(guò)程完全符合既有的檢測(cè)流程，根據(jù)特種設(shè)備行業(yè)的信息化工作管理系統(tǒng)的規(guī)則，開(kāi)發(fā)出符合此規(guī)則的終端操作APP軟件。APP軟件在上述符合特種設(shè)備行業(yè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)融合圖像顯示、故障定位、溫度測(cè)量等相關(guān)實(shí)時(shí)信息，體現(xiàn)出特種設(shè)備溫度異常的預(yù)警，大大地提高了日常質(zhì)量巡檢的效率。

圖5 雙光譜圖像自動(dòng)融合流程

4結(jié)語(yǔ)

筆者研發(fā)了一種基于紅外成像和可見(jiàn)光圖像融合的電梯故障檢測(cè)儀，本檢測(cè)儀通過(guò)調(diào)焦方式和硬件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，減少了傳統(tǒng)紅外檢測(cè)儀體積大、使用不方便、調(diào)焦范圍小等缺點(diǎn)，通過(guò)紅外成像技術(shù)和可見(jiàn)光圖像的融合，能夠迅速發(fā)現(xiàn)電梯各部件的溫度異常，并實(shí)時(shí)識(shí)別故障位置，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、消除電梯的安全隱患，預(yù)防電梯事故發(fā)生。