基于机器视觉的电机转子质量在线检测系统研究

孙英华 梁健文 龙紫筠 梁世昌

（江门市星光自动化科技有限公司，广东江门529100）

1 项目技术可行性分析

1.1 主要研究内容

目前，国内大部分电机制造企业仍依赖传统的人工肉眼借助放大仪器对电机转子质量进行检测，由于人工肉眼检测存在人工劳动强度大、视觉疲劳、质量标准不一的问题，大大降低了电机质量检测的标准，且检测工作的高效性、可靠性、稳定性得不到保障。因此，我公司通过调研小电机制造业电机转子装配过程中存在的检测共性问题，提出有效的解决方案，研制基于机器视觉的电机转子质量在线检测系统。该项目应用光机电一体化技术、现代设计技术、机器视觉技术及数据管理技术，实现电机转子质量全自动、高速、高精度的在线识别检测、瑕疵分类处理及数据的实时监控等，旨在为珠西地区电机制造业提供电机转子质量在线检测与处理的解决方案，完全取代人工肉眼进行在线质量检测。

1.2 总体技术方案设计

本项目针对电机转子装配的工艺与材料要求，开发出基于机器视觉的电机转子专用检测系统，实现电机转子的自动送料、定位、检测、瑕疵分类处理、实时监控、数据管理等功能，其中，检测功能主要包括：转子换向器表面、转子换向器装配、转子端盖等部分的质量检测。系统结构框图如图1所示。

图1 电机转子质量在线检测系统框图

1.3 机器视觉检测方法研究

项目通过研究基于机器视觉的图像采集技术、自适应运动目标的识别检测技术等，设计开发电机转子机器视觉检测系统，实现转子换向器表面、换向器装配质量检测、转子端盖装配质量检测等功能。

1.3.1 转子换向器表面检测

通过CCD图像传感器将换向器图像传送给图像处理系统，根据取定的像素分布和亮度、颜色等信息，转换成特定信号，图像处理系统对转换的信号进行各种运算来抽取缝隙的特征，再根据预设的样品定子滑环残留检测允许度进行图像对比及BLOB分析，实现自动识别检测功能。

1.3.2 换向器装配检测

根据转子换向器的装配要求，采集换向器与铁芯装配后图像并进行特征匹配与提取，通过图像处理及分析像素分布后，采用图像对比、像素面积、距离测量等工具综合判断换向器的装配质量。

1.3.3 转子端盖装配质量检测

城市天际线的层次是指城市建筑群因距离差异而在可视界面上所形成的不同层次[3]100。对目前的相关研究进行总结，可将天际线层次美观程度的影响因素归纳为天际线层次数量[13]及天际线各层次面积比例[3]100-105（图2）。

针对转子端盖的装配要求，通过图像传感器采集端盖与铁芯装配后的图像，并进行图像处理，根据处理后的图像像素分布，对其进行特征匹配与提取，最后采用图像对比、像素面积、距离测量等工具综合分析检测结果，判断端盖的装配质量。

1.4 电机转子质量在线检测系统的软件开发

电机转子质量在线检测系统的软件可采集、存储、分析转子质量在线监控的数据，并通过数据可视化方法直观地显示整个质量检测的全过程，具有在线检测、实时监控、参数设置、数据交互通信及系统管理等功能。

（1）在线检测：本项目通过噪声抑制、背景减除、图像分割、动态阈值、特征提取等算法的应用提高系统的成像精度、提高检测实时性、准确率及效率，并采用图像对比、像素面积分析、距离测量等工具，实现转子换向器表面检测、换向器装配质量检测、转子端盖装配质量检测等功能，并满足电机换向器表面质量高精度、动态检测的需求。

（2）实时监控：电机转子质量检测过程中，本系统通过高分辨率摄像头对图像进行数据采集,然后将采集图像传输到实时监控平台,再利用计算机的数字图像处理，通过图像处理计算机显示，实时检测转子质量缺陷，并根据反馈的数据处理及分析结果，使信息能清晰有效地传达与沟通，使管理者可以直接通过电脑对转子质量检测过程进行实时监控。当出现异常情况时，会有报警信息并根据设定通知相关工作人员进行处理。

（3）参数设置：项目建立电机转子的检测参数数据库，通过CCD图像传感器采集合格品特征图像，并通过图像分割、特征提取等工具，自动分析提取检测产品各区域长度、宽度、像素平均值等特征参数，形成一组参数模型并自动保存至参数数据库中，使检测过程能自动根据数据库中参数调整检测区域、阈值大小、判断依据等，实现检测过程中参数的一键设置功能，简化了系统的设置过程，降低了系统对使用者的技术要求。

（5）系统管理：包括用户管理、权限管理、信息管理、密码管理等功能。

1.5 电机转子质量在线检测装置

1.5.1 转子换向器表面质量检测装置

根据转子换向器表面的检测要求及物料的结构特点，研制转子换向器表面检测装置，可根据需求将机构置于绕线机后与原生产线合理衔接。机构主要包括：送料装置、定位装置、电机旋转装置、不良品处理装置等四个部分，装置设计图如图2所示。

图2 转子换向器表面质量检测装置设计图

1.5.2 换向器、端盖装配质量检测装置

根据换向器、端盖的装配检测要求、物料及生产设备的结构特点，研制换向器、端盖装配质量的检测装置。机构主要包括：机械臂送料及定位装置、不良品处理装置两个部分，装置设计图如图3所示。

图3 换向器、端盖装配质量检测装置设计图

2 项目拟解决的关键技术问题

（1）研究基于电机驱动的高精度线阵CCD图像采集技术，通过图像噪声抑制、图像修正等方法克服扫描运动的影响，使机械传动的误差不直接影响最终的图像识别精度。

（2）研究自适应运动目标的识别检测技术，通过背景减除、图像分割等方法解决运动中的检测目标背景复杂、旋转运动图像模糊等问题，并提高检测效率。

（3）研究应用机械结构设计、电气自动化控制、机器视觉检测、计算机信息等技术，研制出集自动送料、检测与不良品处理等功能为一体的电机转子质量在线检测装置；设计快速更换夹具或可调治具，使机构可适用多种型号的电机转子检测，保证系统的通用性。

（4）研究应用图像分析技术、计算机技术、信息处理技术，实现检测过程中产品参数的自动调整与一键设置功能。

（5）研究信息的可视化显示方法，解决转子质量检测的数据监控过程中关键信息描述不够清晰的问题，并能在生产过程出现异常时主动向相关管理人员进行信息反馈。

3 项目产品市场分析

电机作为机电能量转换的重要装置，是电气传动的基础部件，对能源利用、环境保护和人们生活质量的提高起着关键作用。随着全球工业自动化、智能化程度和人们生活水平的提高，小电机在信息处理设备产业、汽车产业、家用电器产业、电子音像产业、工业自动化等领域的应用越来越广泛。伴随着电机行业应用领域的不断拓展，电机零部件行业面临难得的发展机遇。

随着我国技术水平的提高，我国电机零部件产业取得了长足的进步，呈现以下特点：

（1）制造水平提高较快，成本优势相对突出；

（2）生产集中度较高，形成了许多产业集群，如以深圳、广州为中心的珠三角集群，以上海为中心的长三角集群等；

（3）产品全球竞争力不断提高。

我公司立足于珠西地区并面向广东省乃至全国的电机制造市场，旨在为珠西地区电机制造业提供电机转子质量在线检测与处理的解决方案，完全取代人工肉眼进行在线质量检测。项目所研发的技术为小型电机制造行业中首创，处于国内领先水平；项目的实施切合市场需求及行业发展趋势，提高了电机制造行业的质量在线检测水平，将为实现电机制造业生产过程全自动化提供有力保障，并加快了电机制造行业的自动化步伐，推动了电机制造企业的转型升级，创造了良好的经济效益和社会效益。

4 社会效益分析

电机转子质量检测系统的应用，与传统的人工肉眼检测相比，能够在线进行高速、精确地电机转子表面缺陷检测，不仅大大提高了质量检测工作的高效性、可靠性、稳定性，全面替代人工，还结合现场工艺在线瑕疵处理、报警、报表统计等，为电机制造企业生产信息化和确保产品质量提供了有效的解决方案，将进一步提升企业的电机制造水平，并将在电机制造企业迅速推广发展。

本项目属于高端制造装备关键技术，具有技术含量高、产业链长的特点，本项目完成后，将会形成新的经济增长点，带动地区相关配套企业增加投入，提高技术水平，为加快经济结构方式的转变，促进地方经济的发展，起到积极的作用。

5 结语

电机转子质量检测系统的研究与应用，可帮助电机及其零部件制造企业实现自动化、信息化、网络化、智能化、集成化的电机生产系统，从工艺、装备、人才、自动化等领域找出解决方案，推动企业的改造升级，促进产业平台的扩能增效，助力制造业向“智造”时代迈进。