自檢線低壓電流互感器外觀檢測系統設計

靜國玥，張維平

（1.上海市軟件評測中心有限公司，上海200030；2.河北海納電測儀器股份有限公司，河北秦皇島066000）

自檢線低壓電流互感器外觀檢測系統設計

靜國玥1，張維平2

（1.上海市軟件評測中心有限公司，上海200030；2.河北海納電測儀器股份有限公司，河北秦皇島066000）

計量用低壓電流互感器的外觀檢測作為自動檢定線上的第一個檢測工位，其準確性與可靠性影響著整個檢定線的效率和性能。設計了一種基于機器視覺的低壓電流互感器外觀檢測系統，利用IMPACT軟件平臺編寫了檢測程序與監控界面，并在實驗室搭建的測試平臺上進行測試。結果表明，該系統的準確性與可靠性均達到檢定要求，將其應用于低壓電流互感器自動檢定線中，將能有效解決目前普遍存在的外觀檢測準檢率低和誤檢率高的難題。

低壓電流互感器；外觀檢測；機器視覺；圖像處理

為滿足計量用低壓電流互感器大批量、集中化檢定的需求，電網公司正在逐步推廣低壓電流互感器自動化檢定系統的應用，實現對低壓電流互感器外觀、絕緣、誤差及耐壓等性能的自動檢測。根據《JJG 313—2010測量用電流互感器檢定規程》[1]，第一個需要檢定的項目就是外觀檢測。然而，依靠人工進行電流互感器的外觀檢測，不但效率低，而且可靠性差，某些低壓電流互感器自動檢定線中雖然已經設計了外觀自動檢測工位，但是卻普遍存在準檢率過低或誤檢率過高的問題，其檢測結果和數據往往很難作為外觀是否合格的判定依據。因此，設計一種更加可靠的低壓電流互感器外觀檢測系統并將其應用于自動檢定線中，具有重要的實際意義和應用價值。

1 系統整體設計

1.1 系統硬件配置

互感器外觀檢測系統的硬件選型如表1所示，選用Datalogic的MX20系列主機，堅固緊湊，配備Intel?T3100 1.90 GHz雙核處理器和2個獨立的以太網供電（POE）相機端口，支持2套200萬像素的區域掃描相機。M150相機尺寸小，29 mm×29 mm×60.3 mm，每秒采集100幀，且與以太網供電（POE）兼容，2個相機快門打開時間均設置為26.506 μs，每單位像素對應的長度為0.030 3 mm。亮度固定的條形光源和亮度可調的環形光源，經試驗測試可以滿足圖像采集的要求。

1.2 主要檢測項目

低壓電流互感器外觀檢測的項目主要包括以下幾個項目：①互感器銘牌信息檢測，包括型號、電流比、二次負荷和準確級的字符是否正確；②互感器極性標識檢測，包括一次極性標識和二次極性標識有無缺失、位置、符號是否正確；③互感器中心孔檢測，包括中心孔徑大小及位置測量，要求孔徑尺寸和中心孔位置測量精度均為±1 mm；④二次觸點檢測，包括二次觸點位置及螺釘是否缺失；⑤表面裂紋檢測，包括互感器外表面是否有明顯裂紋（明顯裂紋的標準為長、寬都大于0.5 mm）。

表1 系統硬件配置

1.3 系統軟件設計

IMPACT軟件包含超過120種檢測工具和50種用戶界面控件，能夠幫助用戶輕松、快速地創建自己的檢測程序和開發用戶界面，本系統在IMPACT軟件基礎平臺上編寫程序進行二次開發。

VPM（Visual Program Management）軟件提供了數百種圖像處理和分析功能，可以用來增強圖像、定位特征、測量物體、檢查存在性以及閱讀文字和條碼。CPM（Customer Program Management）軟件既可以簡化操作界面的開發，又可以在線調節關鍵機器控件。本系統軟件設計的具體流程如圖1所示。

當載著互感器的托盤經由輸送線到達檢測工位時，PLC啟動相機進行圖像采集，頂部相機從上方拍攝互感器的圖片，進行銘牌參數、二次極性標識和有無螺釘的檢測，然后底部氣缸將托盤頂起，步進電機驅動托盤進行4次90°的順時針旋轉，側面相機拍攝4個側面的圖片，用來檢測一次極性標識、中心孔的尺寸和四周是否有明顯裂痕。將檢測結果顯示在監控界面上，并將外觀是否合格的結果反饋至上位機。

圖1 外觀檢測系統流程圖

2 系統設計中的關鍵技術

2.1 基于模板的定位

提取頂部相機拍攝的彩色圖片中的灰度圖像，首先利用“精確模板發現”工具進行圖像的一次定位。將銘牌中的“電流互感器”文字作為模板進行學習，可能的旋轉角度設置為±5°，可能的縮放比設置為0.9～1.1，畫出合理的搜索區域并將匹配最小分數設置為85.一次定位較好地解決了不同托盤夾緊不同互感器時在檢測位置處的姿態偏差，加上合理的參數容錯設置，有效降低了銘牌字符識別的誤檢率。在一次定位的基礎上，以互感器2個二次接線端子中間的圓孔為模板再次進行學習，即進行二次定位。二次定位較好地解決了不同廠家或不同批次生產的互感器外形上的差異問題，有效提高了二次極性標識S1和S2的識別準確率，以及辨別有無螺釘的準確率。

2.2 圖像處理與字符識別

首先將銘牌區域利用圖像取樣工具提取出來，然后利用平均過濾法[2]處理圖像。該方法平均軟化圖像的亮、暗區域，比高斯濾波和中值濾波的運算速度要快。在對銘牌信息進行檢測時，首先選中要識別的字符進行學習，建立字符庫；再在ROI區域內分別讀取字符與字符庫中的字符進行比較，恰當地設置最小匹配分數和字符百分比尺寸變化是關鍵，數值太大容易提高誤檢率，數值太小則容易降低準檢率。此外，各字符的寬度和高度不盡相同，比如LMZ2D-0.5，如果按照同一標準設置，當有顆粒較大的白色灰塵時，就極易發生誤檢，采取的方法是將“LMZ2D-0”“.”和“5”分為3部分來分別檢測，3部分均匹配，才認為型號正確。

2.3 圓形測量與斑點檢測

在檢測螺釘有無和側面圓形孔徑的位置及尺寸時，采用圓形測量工具在ROI內利用放射方式搜索方法查找邊緣點，然后利用發現的點查找最合適的圓周。這個工具可以設置找到一個圓周或者一個環形，同時可以輸出圓周或環形的中心原點。斑點檢測工具在ROI內可使用自動閾值或固定閾值方法來查找隨機的或無定型的對象，輸出序列可以通過限制基本的面積、寬度和高度過濾斑點。本方案采用固定閾值，參數設置為28.5，能按照檢測要求將明顯的裂紋檢測出來。

3 測試及結果分析

3.1 測試過程

圖2 幾種典型的不合格品檢測監控界面

為測試低壓電流互感器外觀檢測系統的效果，準備了50只樣本，其中，42只合格品（序號1～42），8只不合格品（序號43～50）。合格品的銘牌信息為：型號LMZ2D-0.5，電流比500 A/5 A，二次負荷10/3.75 VA，準確級0.2S；二次極性標識位置準確，符號為S1、S2；二次觸點位置準確，螺釘無缺失；一次極性標識位置準確，符號為P1；中心孔孔徑為41 mm；互感器側面無明顯裂紋。不合格品的情況為：43號的一個二次觸點少螺釘，44號銘牌上二次負荷字符處有劃痕，45號側面有明顯裂痕，46和47號電流比200 A/5 A，符號和中心孔尺寸錯誤；48號電流比300 A/5 A，符號錯誤；49號電流比400 A/5 A，符號錯誤；50號電流比400 A/5 A，符號錯誤且表面有明顯劃痕。在試驗室搭建了簡易的測試平臺，托盤雖不能旋轉，但可以同時采集上面和一個主要側面的圖片，通過編寫的VPM程序進行檢測，并將檢測結果在編寫的CPM監控界面中進行顯示，綠色指示代表正確，紅色指示代表不正確。幾種典型的不合格品的監控界面如圖2所示。

3.2 結果及分析

表2 50只樣本第一次測試結果統計表

第1次針對50只樣品的完整測試結果如表2所示，3號合格品出現了誤檢，46號合格品出現了漏檢，其余樣品均正確。3號銘牌中準確級0.2S，其中的小數點未識別出，故而報錯，導致誤檢。主要原因是頂部相機拍攝時光源亮度不夠，圖片質量不高，導致定位出現偏差。改進措施為：將條形光源的角度向斜下方旋轉10°，增強拍攝環境的亮度，同時將程序中定位偏差的冗余度值適當調大。46號不合格品銘牌中電流比300 A/5 A被誤認為正確。主要原因是最小匹配分數設定過于寬泛，無法正確區分出“3”和“5”。改進措施為：將電流比中的最小匹配分數這一參數由50修改為70.2只樣品再次進行測試，檢測結果均變為正確。

為測試外觀檢測系統的穩定性，又針對上述50只樣本重復進行了19次完整測試，統計結果顯示，準檢率均為100%，誤檢率均為0.

4 結束語

本文設計了一種可用于自檢線上的低壓電流互感器外觀檢測系統，通過針對50只樣本重復20次的測試，結果表明該系統的準確性和可靠性均達到設計要求，其檢測結果可以作為自檢線上判定外觀是否合格的依據。利用IMPACT組件設計的外觀檢測程序，對其他基于機器視覺的工業應用也有一定的借鑒和參考意義。

［1］國家高電壓計量站，天津電力科學研究院，江蘇省計量科學研究院，等.JJG 313—2010測量用電流互感器檢定規程［S］.北京：中國標準出版社，2011.

［2］宋強，林國營，馬敬奇，等.低壓電流互感器表面裂紋檢測系統的設計與實現［J］.自動化與信息工程，2015，36（5）：11-15.

〔編輯：劉曉芳〕

2095－6835（2017）16－0029－03

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.029