本發(fā)明涉及特高壓變壓器硅鋼片的視覺檢測以及按要求自動粘貼滑石片，具體是一種基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片方法。

背景技術(shù)：

電力工業(yè)是關(guān)系國民經(jīng)濟全局的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是關(guān)乎千家萬戶安居樂業(yè)的基本保障，電力工業(yè)的發(fā)展與國民經(jīng)濟的整體發(fā)展息息相關(guān)。由于特高壓輸電具備超遠距離、超大容量、低損耗等特點，建設(shè)特高壓電網(wǎng)，促進大煤電、大水電、大核電、大規(guī)?？稍偕茉唇ㄔO(shè)，能夠推進資源的集約開發(fā)和高效利用，緩解環(huán)境壓力，節(jié)約土地資源，實現(xiàn)能源資源在全國乃至更大范圍的優(yōu)化配置，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

特高壓變壓器是建設(shè)特高壓電網(wǎng)必不可缺的電力設(shè)備。然而，特高壓變壓器結(jié)構(gòu)非常特殊，它是由主體變、補償變和調(diào)壓變等三個變壓器組合而成。三個變壓器都有獨立的鐵芯，相互之間通過電氣連接，勵磁特性非常復(fù)雜，導(dǎo)致勵磁涌流特點與常規(guī)變壓器有較大的差異，如涌流衰減慢，調(diào)壓變激磁繞組電流二次諧波含量低等。其中，大功率變壓器的鐵芯重量可達180噸，由長達6000毫米、寬1100毫米左右、厚度0.3毫米的硅鋼片依照制造工藝層疊制造而成。一般情況下，冷卻層的移動、破損會導(dǎo)致震動增強，接著又會導(dǎo)致產(chǎn)生螺旋效應(yīng)，使得冷卻液過熱，大大降低變壓器的性能。

為有效解決特高壓變壓器鐵芯散熱問題，改善其穩(wěn)定性能，可以在硅鋼片上粘貼一定數(shù)量、排列有序的滑石片。目前，國內(nèi)粘貼滑石片幾乎都是采用人工粘貼的方式，耗時耗力，粘貼效果也達不到要求，薄而鋒利的硅鋼片也對工人人身構(gòu)成潛在的安全危害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片方法。該檢測方法根據(jù)對單幀圖像提取的硅鋼片表面特征信息進行視覺處理，提取出二維平面內(nèi)的邊緣與角點，然后計算出在邊緣與角點處粘貼滑石片的偏移量，不涉及到大規(guī)模矩陣變換，計算量不大，使得圖像特征的變化和運動機構(gòu)之間不存在非線性耦合，可實現(xiàn)在三維空間滑石片粘貼位置的精確定位。

本發(fā)明解決所述方法技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，設(shè)計一種基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片方法，用于硅鋼片表面的檢測、定位以及滑石片的粘貼，其特征在于該方法的具體步驟是：

(1)硅鋼片圖像獲取：通過工業(yè)相機的攝像頭獲取硅鋼片表面區(qū)域圖像；

(2)硅鋼片邊緣與角點位置確定：通過工業(yè)相機中的圖像處理器對獲取到的硅鋼片圖像進行處理，以確定硅鋼片邊緣與角點位置，具體過程為：

1)為提高硅鋼片表面特征提取的可靠性和精確度，需要進行圖像去噪和圖像增強，具體是采用高斯濾波器平滑圖像，來抑制噪聲；采用直方圖均衡化增強圖像對比度，以便于圖像分割；

2)采用改進的Canny邊緣檢測方法識別出硅鋼片的邊緣，識別出的邊緣主要有水平邊與斜邊，以確定在硅鋼片邊緣處滑石片的粘貼位置；

3)插值補全邊緣檢測算法提取出邊緣中的缺失點，之后采用高斯低通濾波器進一步消除噪聲干擾，并對插值濾波后的邊緣點進行Hough直線擬合；計算出兩條直線的交點，即得到硅鋼片角點位置；

(3)滑石片貼片工藝：工業(yè)相機將硅鋼片的邊緣與角點位置信息發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)不同滑石片的粘貼順序與間隔要求，以及硅鋼片的邊緣與角點位置信息來確定每一個滑石片的粘貼點位置；同時，控制系統(tǒng)調(diào)控貼片裝置根據(jù)設(shè)定的滑石片的粘貼順序進行貼片作業(yè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：本發(fā)明方法通過單幀圖像提取的三維硅鋼片表面特征信息，即可計算出貼片裝置在二維平面內(nèi)的相對偏差量，進而可實現(xiàn)在三維空間目標(biāo)粘貼點的準(zhǔn)確定位。本發(fā)明裝置通過工業(yè)相機在獲取硅鋼片表面二維信息時進行邊緣檢測與角點檢測，并實時進行目標(biāo)粘貼點定位，避免了普通相機標(biāo)定過程中大量的矩陣變換，大大減少了標(biāo)定與計算時間，顯著提高了系統(tǒng)的實時性，一方面避免了建立復(fù)雜的相機成像模型，另一方面增強了相機標(biāo)定的精度、魯棒性和適應(yīng)性。在圖像檢測的過程中實現(xiàn)了邊緣與角點檢測，簡化了實時定位的算法，降低了對貼片裝置的要求。

附圖說明

圖1為適用于本發(fā)明基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片方法一種實施例的貼片裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-震動送料器、2-不銹鋼膠桶、3-副滑車機構(gòu)、4-真空吸附器、5-升降雙軸氣缸、6-水平雙軸氣缸、7-主滑車機構(gòu)、8-滑軌、9-可移動式工作臺、10-不銹鋼單軌道、11-工業(yè)相機、12-光源、13-光源控制器、14-存片槽、15-控制系統(tǒng)、17-硅鋼片。

圖2與圖3均為本發(fā)明基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片方法一種實施例所適用的硅鋼片基本片型示意圖，剪切角度均為45度，實際片型不限于此。

圖4為本發(fā)明基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片方法一種實施例的滑石片粘貼示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明設(shè)計的基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片方法(以下簡稱貼片方法，參見圖1-4)，主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，硅鋼片表面的檢測、定位與粘貼滑石片同時進行，檢測與目標(biāo)粘貼點定位算法充分適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場情況，利用硅鋼片表面圖像得到目標(biāo)粘貼點的位置信息，使得圖像特征的變化和運動機構(gòu)之間不存在非線性耦合，該方法的具體步驟是：

(1)硅鋼片圖像獲取：通過工業(yè)相機的攝像頭獲取硅鋼片表面區(qū)域圖像；

(2)硅鋼片邊緣與角點位置確定：通過工業(yè)相機中的圖像處理器對獲取到的硅鋼片圖像進行處理，以確定硅鋼片邊緣與角點位置，具體過程為：

1)為提高硅鋼片表面特征提取的可靠性和精確度，需要進行圖像去噪和圖像增強，具體是采用高斯濾波器平滑圖像，來抑制噪聲；采用直方圖均衡化增強圖像對比度，以便于圖像分割；

2)采用改進的Canny邊緣檢測方法識別出硅鋼片的邊緣，識別出的邊緣主要有水平邊與斜邊，以確定在硅鋼片邊緣處滑石片的粘貼位置；

3)插值補全邊緣檢測算法提取出邊緣中的缺失點，之后采用高斯低通濾波器進一步消除噪聲干擾，并對插值濾波后的邊緣點進行Hough直線擬合；計算出兩條直線的交點，即得到硅鋼片角點位置；

(3)滑石片貼片工藝：工業(yè)相機將硅鋼片的邊緣與角點位置信息發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)不同滑石片的粘貼順序與間隔要求，以及硅鋼片的邊緣與角點位置信息來確定每一個滑石片的粘貼點位置；同時，控制系統(tǒng)調(diào)控貼片裝置根據(jù)設(shè)定的滑石片的粘貼順序進行貼片作業(yè)。

硅鋼片的邊緣與角點位置處的滑石片貼片工藝與其中間部位的工藝不同，具體為：當(dāng)滑石片的粘貼點位于角點時，調(diào)整貼片裝置的位置，使得滑石片圓心距離硅鋼片兩邊邊緣各為7mm；當(dāng)滑石片的粘貼點位于水平邊時，若是加密狀態(tài)，調(diào)整貼片裝置的位置，使得滑石片圓心距離邊緣為7mm，第一個滑石片與第二個滑石片圓心間距為30mm，之后圓心間距調(diào)整為60mm；若是不加密狀態(tài)，調(diào)整貼片裝置的位置在硅鋼片上、下平行邊間隔貼片，且滑石片圓心間距為60mm；當(dāng)滑石片的粘貼點位于斜邊時，調(diào)整貼片裝置的位置，使得滑石片圓心距離斜邊7mm。該實施例中，滑石片為紐扣型，直徑12mm，厚度4mm，尺寸偏差±0.05mm；在相機引導(dǎo)下實現(xiàn)四周(含斜邊)粘接時，能確?；行木噙叡仨?mm，長度方向間距約為30mm，總的間距等分，浮動范圍控制在25-30mm以內(nèi)；中間部分間距約為60mm，錯列菱形布置，可浮動范圍控制在55-60mm左右；長度方向與兩側(cè)邊滑石片沖齊。

進一步的，本發(fā)明提供一種基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片裝置(簡稱貼片裝置，參見圖1)，適用于上述貼片方法，其特征在于該裝置包括震動送料器1、不銹鋼膠桶2、副滑車機構(gòu)3、真空吸附器4、升降雙軸氣缸5、水平雙軸氣缸6、主滑車機構(gòu)7、滑軌8、可移動式工作臺9、不銹鋼單軌道10、工業(yè)相機11、光源12、光源控制器13、存片槽14、控制系統(tǒng)15，滑軌8固定在可移動式工作臺9的側(cè)面上，主滑車機構(gòu)7滑動安裝在軌道8上，并可在控制系統(tǒng)15的控制下沿軌道8滑動；副滑車機構(gòu)3安裝在主滑車機構(gòu)7上，在控制系統(tǒng)15的控制下沿主滑車機構(gòu)7的兩端來回滑動，并且兩者的運動軌跡垂直；震動送料器1、不銹鋼膠桶2、真空吸附器4、升降雙軸氣缸5、水平雙軸氣缸6、工業(yè)相機11、光源12、光源控制器13均設(shè)置在副滑車機構(gòu)3上，不銹鋼單軌道10的一端與震動送料器1相連，另一端與存片槽14相連，不銹鋼單軌道10的出料口正對存片槽14的槽口，將從震動送料器1抖落的滑石片導(dǎo)入到存片槽14中。不銹鋼膠桶2上設(shè)置有一根與存片槽14底部相連的導(dǎo)膠管，用于對存片槽14內(nèi)部的片料的底部粘膠。光源12設(shè)置在工業(yè)相機11攝像頭的周邊，工業(yè)相機11位于真空吸附器4的上方，真空吸附器4位于存片槽14的上方，不銹鋼膠桶2、真空吸附器4、升降雙軸氣缸5、水平雙軸氣缸6均分別連接有氣泵，所以氣泵均與控制系統(tǒng)15相連，與不銹鋼膠桶2相連的氣泵控制不銹鋼膠桶2的出膠量，與真空吸附器4相連的氣泵控制真空吸附器4的取、放滑石片，與升降雙軸氣缸5、水平雙軸氣缸6相連的氣泵控制升降雙軸氣缸5和水平雙軸氣缸6的運動，從而帶動真空吸附器4到取、放滑石片的位置。

所述光源12為紅色光源；工業(yè)相機11位于存片槽14前方5-10cm，以保證足夠的視野范圍。本發(fā)明在處理圖像后既能判斷視野下方的硅鋼片是否需要貼片，又能在硅鋼片的邊緣處判斷需要移動的距離，使所貼的滑石片中心距離邊緣距離為7mm。

工業(yè)相機與紅色光源安裝完畢后，需要對工業(yè)相機進行標(biāo)定，確定滑石片粘貼的中心位置在工業(yè)相機視野下的像素坐標(biāo)。

本發(fā)明方法的進一步特征在于本發(fā)明采用基于Csocket的TCP/IP協(xié)議通信方式，實現(xiàn)了工業(yè)相機與控制系統(tǒng)之間的即時通信，保證了數(shù)據(jù)的高效、準(zhǔn)確、實時傳輸。

本發(fā)明方法的進一步特征在于所采用工作臺有效長度6000mm，有效寬度1000mm，可以實現(xiàn)大型變壓器硅鋼片貼片任務(wù)。

本發(fā)明方法的進一步特征在于所述滑石片粘貼的中心位置在視野下的像素坐標(biāo)可以通過工業(yè)相機標(biāo)定后準(zhǔn)確得到；在主滑車機構(gòu)7、副滑車機構(gòu)3不運動的情況下，工業(yè)相機采集時間序列上有限的M(3<M<15)幀圖像，記錄每幀圖像平面滑石片中心的圖像坐標(biāo)i＝1,2,…M，并計算M幀中心點值的算術(shù)平均值得到滑石片粘貼的中心位置在視野下的像素坐標(biāo)為(x_nn,y_nn)，計算公式為(1)式

本發(fā)明方法的進一步特征在于采用Canny邊緣檢測算法來確定邊緣位置，并且通過Hough直線變換進行直線擬合。相機視野位于硅鋼片角點處時，可以檢測到兩條直線，分別為式(2)：

根據(jù)兩條直線相交于一點，可以判斷出角點位置；(2)式中兩直線分別同向平移d mm，可以得出平移d mm后的兩條直線，分別為式(3)：

根據(jù)(3)即可求出直線的交點m(x₀,y₀)，m點即為角點處粘貼第一個滑石片中心點在圖像中的像素坐標(biāo)(x₀,y₀)。

本發(fā)明方法的進一步特征在于根據(jù)霍夫變換求得的θ值大小，即可以判斷直線是水平線或者斜線或者垂直線。當(dāng)θ值為180n(n＝0,1)時，表明當(dāng)前直線為水平線，給控制系統(tǒng)發(fā)水平線指令，按照水平線的粘貼要求貼片；當(dāng)θ值為90時，表明當(dāng)前直線為垂直線，給控制系統(tǒng)發(fā)垂直線指令，按照垂直線的粘貼要求貼片；當(dāng)0<θ<180時，表明當(dāng)前直線為斜線，給控制系統(tǒng)發(fā)斜線指令，按照斜線的粘貼要求貼片。

本發(fā)明方法的進一步特征在于根據(jù)硅鋼片與背景工作臺圖像中的像素值不同來確定邊緣內(nèi)外，以及是否需要粘貼滑石片。設(shè)定像素閾值M_thr，當(dāng)前像素值M＜M_thr時，說明在檢測到的直線內(nèi)側(cè)，給控制系統(tǒng)發(fā)粘貼指令；當(dāng)M＞M_thr時，說明在檢測到的直線外側(cè)，給控制系統(tǒng)發(fā)不粘貼指令，即表明已經(jīng)粘貼到邊緣。

本發(fā)明方法的進一步特征在于當(dāng)整塊硅鋼片粘貼任務(wù)完成時，就會給控制系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)完成指令。控制系統(tǒng)控制主滑車機構(gòu)7、副滑車機構(gòu)3回到初始點，等待下一個工作任務(wù)。

本發(fā)明方法的進一步特征在于可以實時監(jiān)控當(dāng)前粘貼滑石片的位置?；迟N位置圖像坐標(biāo)(x_cur,y_cur)，可以在顯示器上實時顯示。

實施例1

本實施例按要求安裝好基于視覺檢測的特高壓變壓器鐵芯貼片裝置(簡稱裝置，參見圖1)，實驗硅鋼片版型如圖4，斜邊與水平邊的夾角為45°。

首先要進行工業(yè)相機標(biāo)定，即確定滑石片粘貼的中心位置在工業(yè)相機視野下的像素坐標(biāo)。在貼片開始前，將真空吸附器4調(diào)至合適的粘貼位置，即待貼片的位置，提前人工粘貼一片滑石片。在主滑車機構(gòu)7、副滑車機構(gòu)3不運動的情況下，相機采集時間序列上有限的8幀圖像，每幀圖像平面滑石片中心的圖像坐標(biāo)分別為(303,300)，(302,300)，(303,300)，(303,300)，(303,300)，(303,300)，(303,300)，(303,300)。并通過公式(1)，計算8幀中心點值的算術(shù)平均值得到(303,300)。那么，此點默認為滑石片中心點在圖像平面的位置，即滑石片中心點的初始特征點的參考圖像坐標(biāo)。

其中，是每幀圖像平面滑石片中心的圖像坐標(biāo)，i＝1,2,…M(M＝8)，(x_nn,y_nn)是滑石片貼的中心位置在視野下的像素坐標(biāo)。

啟動裝置電源，移動主滑車機構(gòu)7、副滑車機構(gòu)3至初始點，準(zhǔn)備開始貼片。需要粘貼的第一位置為硅鋼片的角點(圖4)。在相機中，可以檢測到兩條直線分別為式(2)：

本例中的θ₁＝45°,θ₂＝180°，即一條水平邊與一條斜邊。根據(jù)兩條直線相交于一點，可以判斷出角點位置；(2)中兩直線分別同向平移7mm，可以得出平移7mm后的兩條直線，分別為式(3)：

根據(jù)(3)即可求出直線的交點m(x₀,y₀)，m點即為角點處粘貼第一個滑石片中心點在圖像中的像素坐標(biāo)(x₀,y₀)。經(jīng)過坐標(biāo)變換，控制系統(tǒng)接收到第一粘貼點坐標(biāo)，控制主滑車機構(gòu)7、副滑車機構(gòu)3及真空吸附器4達到該點，開始粘貼滑石片。

在本實施例中，根據(jù)霍夫變換求得的θ值大小，判斷直線是水平線或者斜線。當(dāng)θ值為180時，表明當(dāng)前直線為水平線，給控制系統(tǒng)發(fā)水平線指令，按照水平線貼片中心距離邊緣7mm的要求，給控制系統(tǒng)發(fā)貼片指令；當(dāng)θ＝45°時，表明當(dāng)前直線為斜線，給控制系統(tǒng)發(fā)斜線指令，按照斜線貼片中心距離邊緣7mm的要求，給控制系統(tǒng)發(fā)貼片指令。

根據(jù)硅鋼片與背景工作臺圖像中的像素值不同來確定邊緣內(nèi)外側(cè)，判斷是否需要粘貼滑石片。設(shè)定像素閾值M_thr＝180，當(dāng)前像素值M＜180時，說明在檢測到的直線內(nèi)側(cè)，給控制系統(tǒng)發(fā)粘貼指令；當(dāng)180＜M＜255時，說明在檢測到的直線外側(cè)，給控制系統(tǒng)發(fā)不粘貼指令，即表明已經(jīng)粘貼到邊緣。

在本實施例中，偶數(shù)行與奇數(shù)行的粘貼方式稍有不同。偶數(shù)行粘貼的首個和最后一個與相鄰滑石片的中心間距均為30mm，中間保持間距60mm；奇數(shù)行粘貼的滑石片中心間距均保持為60mm，以此實現(xiàn)錯列菱形布置。

當(dāng)整塊硅鋼片粘貼任務(wù)完成時，視覺系統(tǒng)給控制系統(tǒng)發(fā)送任務(wù)完成指令?？刂破骺刂浦骰嚈C構(gòu)7、副滑車機構(gòu)3回到初始點，等待下一個工作任務(wù)。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。