CN104535589A - 一种低压电流互感器在线检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压电流互感器在线检测方法和装置，包括步骤：获取低压电流互感器的表面图像；对图像进行高斯去噪和平滑处理；图像分割，将图像中的待检测目标与背景分离开，并对图像进行二值化操作；骨架提取，提取二值化后的图像中目标区域的骨架；对骨架图像进行分析，将符合裂纹特征的电流互感器进行标记，骨架提取时，采用中轴变换提取二值化后的目标区域的骨架，使得经过中轴变换区域的骨架变为由单像素点组成。本发明能够用于生产线上进行在线检测，有效提高生产效率，降低人力成本。

Description

一种低压电流互感器在线检测方法和装置

技术领域

     本发明涉及数字图像处理技术和工业检测技术领域，尤其是指一种低压电流互感器在线检测方法和装置。

背景技术

    随着社会的发展，产品的质量问题越来越引起重视，其中最具代表性的就是工件表面缺陷，裂纹就是其中最常见的一种，这种缺陷直接影响产品质量，具有安全隐患。国家能源局发布全社会用电量数据表明电能被应用到社会生活的各个领域，而电流低压电流互感器作为一种常用的电流变换装置，在电流检测、电能计量和继电保护等方面得到了广泛应用。低压电流互感器表面裂纹可能导致低压电流互感器击穿损坏生产设备，可能导致漏电事故，严重威胁人身和财产安全。因此对低压电流互感器裂纹检测非常重要，能够找到一种有效的、高检验率的检测方法是问题的关键。

目前所用的检测方法是将低压电流互感器浸泡在盐水中加高压检测低压电流互感器是否被击穿来判断缺陷的存在。这是一种接触式检测方法，盐水从裂纹渗透到低压电流互感器内部，由于液体导电，在加高压通电时，会造成短路，致使低压电流互感器击穿。明显的可以看出这种检测方法的每一步包括低压电流互感器接线端子接通电路、浸泡盐水、接高压通电、通电后检测低压电流互感器是否击穿都需要人员的直接参与，并且检测人员需要一定的专业知识，这是一种非常耗时的检测方法。由于检测过程繁琐、耗时导致这种方法不能批量生产，但目前电力用户对低压电流互感器的需求量大，这种检测方式明显拖慢了生产速率。随着生产过程自动化程度越来越高，能够寻求一种自动检测方案是至关重要的，由于浸泡式检测方法的特点导致这种检测方法不能用于流水线自动检测。

现有主要的检测技术有五种，其中超声检测、磁粉检测已广泛应用在工业领域，其他三种也有较为广泛的用途，但这五种检测方法都存在一些缺陷，具体如下1）超声检测：对呈非线性裂纹检测不理想，对操作人员技能要求高，不适用于流水线检测；2）磁粉检测：无法检测非磁性材料，检测过程复杂，费时，环境污染，不适用于流水线检测；3）渗透检测：检测过程繁琐，检测速度慢，试剂成本高，不适用于流水线检测；4）射线检测：对人体有副作用，辐射污染，影像重叠，不适用于流水线检测；5）涡流检测：无法检测非导电材料，定性分析或定量困难，不适用于流水线检测。分析以上方法的特点发现这五种检测方法都不能满足流水线自动检测的要求，部分还存在环境污染等损害，这是不符合国家提倡的无污染发展模式的，并且离线式检测本身就意味着是以时间为代价来完成的，同样达不到批量生产指标。

随着生产方式越来越自动化，急需寻求一种能够适用于流水线生产的自动检测装置。近年来计算机技术的快速发展，为图像处理技术的应用提供了发展契机，同时为工件外观的自动检测提供了一种新方法。近几年来国内外许多学者将图像处理技术运用到物体表面裂纹检测中并取得了较好的效果，但由于低压电流互感器表面材质的特点当有划痕存在时，现有的检测方法无法有效区分裂纹和划痕，因此受划痕的影响误判率大为增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够应用于生产线上的低压电流互感器在线检测方法和装置，能够检测电流互感器表面裂纹，提高检测效率。

对此，本发明一方面提供一种低压电流互感器在线检测方法，包括以下步骤：

获取低压电流互感器的表面图像；

对图像进行高斯去噪和平滑处理；

图像分割，将图像中的待检测目标与背景分离开，并对图像进行二值化操作；

骨架提取，提取二值化后的图像中目标区域的骨架；

对骨架图像进行分析，将符合裂纹特征的电流互感器进行标记。

所述骨架提取时，采用中轴变换提取二值化后的目标区域的骨架，使得经过中轴变换区域的骨架变为由单像素点组成。

对提取得到的二值化骨架图像进行分析时，统计各个像素点所具有的邻域点，若骨架中存在K个邻域点的像素点，并且具有K个邻域点的像素点的数目超过N即判定不合格，即当前的电流互感器表面具有裂纹，其中K和N均为大于1的自然数。

另一方面，本发明还提供一种低压电流互感器在线检测装置，一种低压电流互感器在线检测装置，包括由电机控制的传送带，还包括PC终端，所述传送带上设有第一采样区域和第二采样区域，第一采样区域设有第一组图像采集装置，第二采样区域设有第二组图像采集装置，第一图像采集装置和第二图像采集装置均与PC终端连接。

所述传送带上还设有第一对射传感器和第二对射传感器，第一对射传感器位于第一采样区域位置，第二对射传感器位于第二采样区域位置。

所述PC终端还连接有报警装置。

所述第一图像采集装置包括三组拍摄装置，第二图像采集装置包括两组拍摄装置，拍摄装置由摄像机和位于该摄像机正下方的光源构成，每组拍摄装置均与PC终端连接；第一图像采集装置中的三组拍摄装置分别为第一组拍摄装置、第二组拍摄装置和第三组拍摄装置，第一组拍摄装置设在第一采样区域的正上方，第二组拍摄装置位于传送带前进方向的第一采样区域右侧，第三组拍摄装置位于传送带前进方向的第一采样区域左侧；第二图像采集装置中的两组拍摄装置分别为位于传送带前进方向的第二采样区域右侧的第四组拍摄装置，以及位于传送带前进方向的第二采样区域左侧的第五组拍摄装置。

所述第二组拍摄装置与放置在传送带上的低压电流互感器的前表面垂直，第三组拍摄装置与低压电流互感器后表面垂直；

低压电流互感器位于第一采样区域时沿传送带前进方向的右侧表面为前表面、左侧表面为后表面。

所述第四拍摄装置与放置在传送带上的低压电流互感器的前表面垂直，第五组拍摄装置与低压电流互感器的后表面垂直。

本发明与现有技术相比，首先填补了一项工业生产上的空白：自动生产流水线缺少对低压电流互感器外观缺陷自动检测的功能。具有以下有益效果。

（1）解决了流水线检测问题，加快了生产速度，可替代现有耗时的检测手段，随着投入使用，可进一步缓解低压电流互感器供应紧张的现状。

（2）可实现无接触式检测，并且设备简单易操作、成本低，节约人力资源，精度高，为实现生产自动化、智能化奠定基础。

（3）对检测环境要求低、非接触式可以实现实时检测，机器代替了人工检测能够长时间稳定工作，避免了视觉疲劳带来的检测风险。

（4）作业完全在计算机系统下完成，依靠计算机硬件、软件，没有任何环境污染，符合社会发展要求。

（5）加快检测速度，提高生产率，加强了企业生产力和行业竞争力。

（6）用于检测的硬件装置包括摄像机、光源、传感器等排布结构一次调整可以进行长期检测，无需重复调整。

附图说明

附图1为本发明中装置结构示意图；

附图2为本发明流程示意图；

附图3为本发明方法中二值化的图像示意图；

附图4为本发明方法中骨架图像示意图；

附图5为本发明方法中经过中轴变换区域的局部骨架示意图；

附图6为本发明方法中8邻域分析示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图2所示，一种低压电流互感器在线检测方法，包括以下步骤：

步骤1，获取低压电流互感器的表面图像，对待检测的低压电流互感器的各个表面进行图像采集。

步骤2，对图像进行高斯去噪和平滑处理。通常将获取得到的图像数据传输到计算机中，使用opencv中的cvSmooth()函数对计算机接收到的低压电流互感器图像进行高斯去噪，平滑图像得到较好的图像进行后续的处理。经过对裂纹特性分析可知，边缘具有非常明显的特征，在进行骨架提取时这些边缘信息是非常重要的，因此必须较好的保留裂纹边缘信息。使用opencv中的cvCanny()函数提取出裂纹边缘。

步骤3，图像分割，将图像中的待检测目标与背景分离开，并对图像进行二值化操作。可采用最大信息熵算法确定阈值对图像二值化操作，使得检测目标与背景分离开，突显目标区域，如附图3所示，为二值化后的图像。

步骤4，骨架提取，提取二值化后的图像中目标区域的骨架。骨架提取时，对图像中的局部区域进行骨架提取。如附图4所示。

步骤5，对骨架图像进行分析，将符合裂纹特征的电流互感器进行标记。骨架提取时，采用中轴变换提取二值化后的目标区域的骨架，使得经过中轴变换区域的骨架变为由单像素点组成，如附图5所示。

中轴变换的算法为：如果对 中像素的所有邻点有下式成立：

                                                           

则中像素到的距离是局部最大值。中所有到的距离是局部最大值的像素点集合称为对称轴或中轴，通常记为。由和中每一点到的距离能重构原始像素集。是的简洁表示。可用来表示一个区域的形状。通过去除中与距离较小的像素点，可以生成一个简化的集。中轴可以作为图像的一种简洁表示。

步骤6，对提取得到的二值化骨架图像进行分析时，具体可采用8邻域分析法，如附图6所示，其中(i,j)为像素点，N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8为其邻域点，统计骨架图像中各个像素点所具有的邻域点，若骨架中存在K个邻域点的像素点，并且具有K个邻域点的像素点的数目超过N即判定不合格，即当前的电流互感器表面具有裂纹，其中K和N均为大于1的自然数。在本实施例中，将K设为3，N设为2。即骨架存在3个邻域点的像素点，并且数目超过2个像素点的判定为裂纹，对有裂纹的低压电流互感器做喷墨标记，以便在装箱时分辨。其中如附图5所示，为一裂纹的骨架图像，表明对应的该产品具有裂纹。

此外，本发明还揭示了一种低压电流互感器在线检测装置，如附图1所示，一种低压电流互感器在线检测装置，包括由电机控制的传送带1，传送带上设有旋转托盘，低压电流互感器放置在该旋转托盘上，还包括PC终端，所述传送带1上设有第一采样区域3和第二采样区域6，第一采样区域3设有第一组图像采集装置，第二采样区域6设有第二组图像采集装置，第一图像采集装置和第二图像采集装置均与PC终端连接。传送带1上还设有第一对射传感器7和第二对射传感器8，第一对射传感器7位于第一采样区域位置3，第二对射传感器8位于第二采样区域位置6，该第一和第二对射传感器用于检测传送带上电流互感器的位置。PC终端还连接有报警装置，报警装置负责对有裂纹缺陷的低压电流互感器进行处理，提醒工作人员知晓，使工作人员能够及时查出具有缺陷的电流互感器。

所述第一图像采集装置包括三组拍摄装置，第二图像采集装置包括两组拍摄装置，拍摄装置由摄像机和位于该摄像机正下方的光源构成，每组拍摄装置的结构组成都相同，且为现有技术产品，因此不再详细说明。每组拍摄装置均与PC终端连接。第一图像采集装置中的三组拍摄装置分别为第一组拍摄装置、第二组拍摄装置和第三组拍摄装置，第二图像采集装置中的两组拍摄装置分别为第四组拍摄装置和第五组拍摄装置。为了加以区分描述，第一组拍摄装置由摄像机41和光源42构成；第二组拍摄装置由摄像机44和光源43构成；第三组拍摄装置由摄像机45和光源46构成；第四组拍摄装置由摄像机52和光源51构成；第五组拍摄装置由摄像机53和光源54构成。

第一组拍摄装置设在第一采样区域3的正上方，用于拍摄采集电流互感器上表面，第二组拍摄装置位于传送带1前进方向的第一采样区域右侧，第三组拍摄装置位于传送带前进方向的第一采样区域左侧；第二图像采集装中的两组拍摄装置分别为位于传送带前进方向的第二采样区域右侧的第四组拍摄装置，以及位于传送带前进方向的第二采样区域左侧的第五组拍摄装置。第二组拍摄装置与放置在传送带上的低压电流互感器的前表面垂直，第三组拍摄装置与低压电流互感器后表面垂直；低压电流互感器位于第一采样区域时沿传送带前进方向的右侧表面为前表面、左侧表面为后表面。第四拍摄装置与放置在传送带上的低压电流互感器的前表面垂直，第五组拍摄装置与低压电流互感器的后表面垂直。电流互感器经过第一采样区域的拍摄采集图像之后，水平旋转90度进入到第二采样区域，使得在第一采样区域没有被拍摄到的两个表面在第二采样区域能够被拍摄到，经过第一采样区域和第二采样区域之后，与五组拍摄装置的配合，实现对电流互感器五个表面的图像拍摄采集（除了电流互感器底面）。

在图像采集拍摄的时候，可通过调节光源亮度和摄像机的工作状态，以达到最佳拍摄效果。并且通过控制传送带的运行速度，使得检测过程和传输速度相协调。白色LED光源能提高目标与背景之间的对比度，较强的白色光源可以弥补相机信噪比的不足，消除环境因素，创造良好的光照条件，使摄像机能拍摄质量较好的图像。调节摄像头工作距离和焦距，尽可能的只拍摄低压电流互感器表面的图像，尽量避免传送带出现在图像中，本发明中可提供1280×1024像素的图像。

生产线上的低压电流互感器进入检测环节，当电流互感器随着传送带运动到采样区域范围时，相应的对射传感器检测到后，相应的拍摄装置马上进行图像采集。电流互感器首先经过第一采样区域，第一对射传感器检测到电流互感器位于第一采样区域内时则发出指令，第一组拍摄装置拍摄采集电流互感器上表面的图像，第二组拍摄装置拍摄采集电流互感器前表面的图像，第三组拍摄装置拍摄采集电流互感器后表面的图像，则在第一采样区域共拍摄采集到三张图像。然后电流互感器继续随着传送带移动，此时电流互感器水平旋转90度，此时在第一采样区域未被拍摄采集图像的另外两个表面分别成为前表面和后表面。当电流互感器移动到第二采样区域后，第四组拍摄装置用于拍摄采集此时电流互感器的前表面（与电流互感器位于第一采样区域时的前表面已不是同一个表面）图像，第五组拍摄装置用于拍摄采集此时电流互感器的后表面 （与电流互感器位于第一采样区域时的后表面已不是同一个表面）图像。拍摄完成后继续运行传送带，使该电流互感器移出。至此完成对电流互感器的图像采集。采集到的图像数据传送带到PC终端，由PC终端进行分析处理，通过灰度化、边缘提取、阈值分割、骨架提取等操作，得到图像的骨架，并对骨架图像进行分析统计其特性，通过图像的特性判断缺陷是否为裂纹，计算机与报警系统相连接，报警系统负责对有裂纹缺陷的低压电流互感器进行处理。

需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压电流互感器在线检测方法，包括以下步骤：

获取低压电流互感器的表面图像；

对图像进行高斯去噪和平滑处理；

图像分割，将图像中的待检测目标与背景分离开，并对图像进行二值化操作；

骨架提取，提取二值化后的图像中目标区域的骨架；

对骨架图像进行分析，将符合裂纹特征的电流互感器进行标记。

2.根据权利要求1所述的低压电流互感器在线检测方法，其特征在于，所述骨架提取时，采用中轴变换提取二值化后的目标区域的骨架，使得经过中轴变换区域的骨架变为由单像素点组成。

3.根据权利要求2所述的低压电流互感器在线检测方法，其特征在于，对提取得到的二值化骨架图像进行分析时，统计各个像素点所具有的邻域点，若骨架中存在K个邻域点的像素点，并且具有K个邻域点的像素点的数目超过N即判定不合格，即当前的电流互感器表面具有裂纹，其中K和N均为大于1的自然数。

4.一种低压电流互感器在线检测装置，其特征在于，所述装置包括由电机控制的传送带和PC终端，所述传送带上设有第一采样区域和第二采样区域，第一采样区域设有第一组图像采集装置，第二采样区域设有第二组图像采集装置，第一图像采集装置和第二图像采集装置均与PC终端连接，传送带上还设有第一对射传感器和第二对射传感器，第一对射传感器位于第一采样区域位置，第二对射传感器位于第二采样区域位置。

5.根据权利要求4所述的低压电流互感器在线检测装置，其特征在于，所述第一图像采集装置包括三组拍摄装置，第二图像采集装置包括两组拍摄装置，拍摄装置由摄像机和位于该摄像机正下方的光源构成，每组拍摄装置均与PC终端连接；

第一图像采集装置中的三组拍摄装置分别为第一组拍摄装置、第二组拍摄装置和第三组拍摄装置，第一组拍摄装置设在第一采样区域的正上方，第二组拍摄装置位于传送带前进方向的第一采样区域右侧，第三组拍摄装置位于传送带前进方向的第一采样区域左侧；

第二图像采集装置中的两组拍摄装置分别为位于传送带前进方向的第二采样区域右侧的第四组拍摄装置，以及位于传送带前进方向的第二采样区域左侧的第五组拍摄装置。

6.根据权利要求5所述的低压电流互感器在线检测装置，其特征在于，所述第二组拍摄装置与放置在传送带上的低压电流互感器的前表面垂直，第三组拍摄装置与低压电流互感器后表面垂直；

低压电流互感器位于第一采样区域时沿传送带前进方向的右侧表面为前表面、左侧表面为后表面。

7.根据权利要求6所述的低压电流互感器在线检测装置，其特征在于，所述第四拍摄装置与放置在传送带上的低压电流互感器的前表面垂直，第五组拍摄装置与低压电流互感器的后表面垂直。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的低压电流互感器在线检测装置，其特征在于，所述PC终端还连接有报警装置。