自检线低压电流互感器外观检测系统设计

2017-09-03静国玥张维平

科技与创新 2017年16期

关键词：铭牌极性字符

静国玥，张维平

（1.上海市软件评测中心有限公司，上海200030；2.河北海纳电测仪器股份有限公司，河北秦皇岛066000）

自检线低压电流互感器外观检测系统设计

静国玥1，张维平2

（1.上海市软件评测中心有限公司，上海200030；2.河北海纳电测仪器股份有限公司，河北秦皇岛066000）

计量用低压电流互感器的外观检测作为自动检定线上的第一个检测工位，其准确性与可靠性影响着整个检定线的效率和性能。设计了一种基于机器视觉的低压电流互感器外观检测系统，利用IMPACT软件平台编写了检测程序与监控界面，并在实验室搭建的测试平台上进行测试。结果表明，该系统的准确性与可靠性均达到检定要求，将其应用于低压电流互感器自动检定线中，将能有效解决目前普遍存在的外观检测准检率低和误检率高的难题。

低压电流互感器；外观检测；机器视觉；图像处理

为满足计量用低压电流互感器大批量、集中化检定的需求，电网公司正在逐步推广低压电流互感器自动化检定系统的应用，实现对低压电流互感器外观、绝缘、误差及耐压等性能的自动检测。根据《JJG 313—2010测量用电流互感器检定规程》[1]，第一个需要检定的项目就是外观检测。然而，依靠人工进行电流互感器的外观检测，不但效率低，而且可靠性差，某些低压电流互感器自动检定线中虽然已经设计了外观自动检测工位，但是却普遍存在准检率过低或误检率过高的问题，其检测结果和数据往往很难作为外观是否合格的判定依据。因此，设计一种更加可靠的低压电流互感器外观检测系统并将其应用于自动检定线中，具有重要的实际意义和应用价值。

1 系统整体设计

1.1 系统硬件配置

互感器外观检测系统的硬件选型如表1所示，选用Datalogic的MX20系列主机，坚固紧凑，配备Intel®T3100 1.90 GHz双核处理器和2个独立的以太网供电（POE）相机端口，支持2套200万像素的区域扫描相机。M150相机尺寸小，29 mm×29 mm×60.3 mm，每秒采集100帧，且与以太网供电（POE）兼容，2个相机快门打开时间均设置为26.506 μs，每单位像素对应的长度为0.030 3 mm。亮度固定的条形光源和亮度可调的环形光源，经试验测试可以满足图像采集的要求。

1.2 主要检测项目

低压电流互感器外观检测的项目主要包括以下几个项目：①互感器铭牌信息检测，包括型号、电流比、二次负荷和准确级的字符是否正确；②互感器极性标识检测，包括一次极性标识和二次极性标识有无缺失、位置、符号是否正确；③互感器中心孔检测，包括中心孔径大小及位置测量，要求孔径尺寸和中心孔位置测量精度均为±1 mm；④二次触点检测，包括二次触点位置及螺钉是否缺失；⑤表面裂纹检测，包括互感器外表面是否有明显裂纹（明显裂纹的标准为长、宽都大于0.5 mm）。

表1 系统硬件配置

1.3 系统软件设计

IMPACT软件包含超过120种检测工具和50种用户界面控件，能够帮助用户轻松、快速地创建自己的检测程序和开发用户界面，本系统在IMPACT软件基础平台上编写程序进行二次开发。

VPM（Visual Program Management）软件提供了数百种图像处理和分析功能，可以用来增强图像、定位特征、测量物体、检查存在性以及阅读文字和条码。CPM（Customer Program Management）软件既可以简化操作界面的开发，又可以在线调节关键机器控件。本系统软件设计的具体流程如图1所示。

当载着互感器的托盘经由输送线到达检测工位时，PLC启动相机进行图像采集，顶部相机从上方拍摄互感器的图片，进行铭牌参数、二次极性标识和有无螺钉的检测，然后底部气缸将托盘顶起，步进电机驱动托盘进行4次90°的顺时针旋转，侧面相机拍摄4个侧面的图片，用来检测一次极性标识、中心孔的尺寸和四周是否有明显裂痕。将检测结果显示在监控界面上，并将外观是否合格的结果反馈至上位机。

图1 外观检测系统流程图

2 系统设计中的关键技术

2.1 基于模板的定位

提取顶部相机拍摄的彩色图片中的灰度图像，首先利用“精确模板发现”工具进行图像的一次定位。将铭牌中的“电流互感器”文字作为模板进行学习，可能的旋转角度设置为±5°，可能的缩放比设置为0.9～1.1，画出合理的搜索区域并将匹配最小分数设置为85.一次定位较好地解决了不同托盘夹紧不同互感器时在检测位置处的姿态偏差，加上合理的参数容错设置，有效降低了铭牌字符识别的误检率。在一次定位的基础上，以互感器2个二次接线端子中间的圆孔为模板再次进行学习，即进行二次定位。二次定位较好地解决了不同厂家或不同批次生产的互感器外形上的差异问题，有效提高了二次极性标识S1和S2的识别准确率，以及辨别有无螺钉的准确率。

2.2 图像处理与字符识别

首先将铭牌区域利用图像取样工具提取出来，然后利用平均过滤法[2]处理图像。该方法平均软化图像的亮、暗区域，比高斯滤波和中值滤波的运算速度要快。在对铭牌信息进行检测时，首先选中要识别的字符进行学习，建立字符库；再在ROI区域内分别读取字符与字符库中的字符进行比较，恰当地设置最小匹配分数和字符百分比尺寸变化是关键，数值太大容易提高误检率，数值太小则容易降低准检率。此外，各字符的宽度和高度不尽相同，比如LMZ2D-0.5，如果按照同一标准设置，当有颗粒较大的白色灰尘时，就极易发生误检，采取的方法是将“LMZ2D-0”“.”和“5”分为3部分来分别检测，3部分均匹配，才认为型号正确。

2.3 圆形测量与斑点检测

在检测螺钉有无和侧面圆形孔径的位置及尺寸时，采用圆形测量工具在ROI内利用放射方式搜索方法查找边缘点，然后利用发现的点查找最合适的圆周。这个工具可以设置找到一个圆周或者一个环形，同时可以输出圆周或环形的中心原点。斑点检测工具在ROI内可使用自动阈值或固定阈值方法来查找随机的或无定型的对象，输出序列可以通过限制基本的面积、宽度和高度过滤斑点。本方案采用固定阈值，参数设置为28.5，能按照检测要求将明显的裂纹检测出来。

3 测试及结果分析

3.1 测试过程

图2 几种典型的不合格品检测监控界面

为测试低压电流互感器外观检测系统的效果，准备了50只样本，其中，42只合格品（序号1～42），8只不合格品（序号43～50）。合格品的铭牌信息为：型号LMZ2D-0.5，电流比500 A/5 A，二次负荷10/3.75 VA，准确级0.2S；二次极性标识位置准确，符号为S1、S2；二次触点位置准确，螺钉无缺失；一次极性标识位置准确，符号为P1；中心孔孔径为41 mm；互感器侧面无明显裂纹。不合格品的情况为：43号的一个二次触点少螺钉，44号铭牌上二次负荷字符处有划痕，45号侧面有明显裂痕，46和47号电流比200 A/5 A，符号和中心孔尺寸错误；48号电流比300 A/5 A，符号错误；49号电流比400 A/5 A，符号错误；50号电流比400 A/5 A，符号错误且表面有明显划痕。在试验室搭建了简易的测试平台，托盘虽不能旋转，但可以同时采集上面和一个主要侧面的图片，通过编写的VPM程序进行检测，并将检测结果在编写的CPM监控界面中进行显示，绿色指示代表正确，红色指示代表不正确。几种典型的不合格品的监控界面如图2所示。

3.2 结果及分析

表2 50只样本第一次测试结果统计表

第1次针对50只样品的完整测试结果如表2所示，3号合格品出现了误检，46号合格品出现了漏检，其余样品均正确。3号铭牌中准确级0.2S，其中的小数点未识别出，故而报错，导致误检。主要原因是顶部相机拍摄时光源亮度不够，图片质量不高，导致定位出现偏差。改进措施为：将条形光源的角度向斜下方旋转10°，增强拍摄环境的亮度，同时将程序中定位偏差的冗余度值适当调大。46号不合格品铭牌中电流比300 A/5 A被误认为正确。主要原因是最小匹配分数设定过于宽泛，无法正确区分出“3”和“5”。改进措施为：将电流比中的最小匹配分数这一参数由50修改为70.2只样品再次进行测试，检测结果均变为正确。

为测试外观检测系统的稳定性，又针对上述50只样本重复进行了19次完整测试，统计结果显示，准检率均为100%，误检率均为0.