摘 要

随着我国近些年工业的快速发展，对机器的工作性能要要求越来越高，电机是机器工作的动力源，电机的性能好坏在一定程度上决定了机器的工作性能的好坏，所以作为电机中核心零件之一的换向器的产品质量就显得尤为重要，但是传统生产中对换向器质量检测大多依靠人工检测，这种方法效率低且误检率较高，已经很难满足现代化生产的需要。近年来，机器视觉技术得到快速的发展，视觉技术越来越多地被用在自动化生产线上，它具有快速、准确、稳定的特点。所以拟采用机器视觉技术来测量换向器几何尺寸，改变传统测量中的不足。

本课题以换向器的几何尺寸为研究对象，设计了基于机器视觉的换向器几何尺寸测量系统，主要的内容有：

首先，要清楚换向器几何尺寸的测量内容，包括圆心、钩、槽和定位槽4各部分，从硬件和算法两个方面设计了总体路线。初步拟定总体的硬件分布，通过分析换向器特征大体构思出相应的测量算法。

其次，为了搭建实验台，就要分析如何从图像中获得测量结果，为了获得结果需要将哪些特征反映在图像上，为了在图像上突出这些特征，就要设计相应的硬件系统，选用参数合适的镜头、相机，选择可以将特征突出的光照方式，通过实验调试，搭建最终的实验平台。

最后，在获得了图像质量较好的样本图像之后，就要针对具体测量内容设计具体的测量算法，对于圆心测量，基本思路就是找到圆心的边缘再利用圆拟合来求内孔圆的参数。对于钩测量，基本思路同样是找到钩的边缘，然后利用钩边缘最小外接矩形来获得相应的测量结果。对于槽测量，基本思路就是利用灰度匹配来找到各槽的灰度中心，从而获得测量结果。对于定位槽，基本思路就是利用边缘一阶导数的性质来找到定位槽边缘，从而获得测量结果。为了将结果可以直观的反应出来，需要搭建软件界面，方便用户操作以及直接获得测量结果。

关键词：换向器几何尺寸；机器视觉；视觉测量；图像处理

Abstract

With the rapid development of China's industrial industry in recent years, the work performance of the machine to be more and more demanding, the motor is the power source of the machine work, the motor performance to a certain extent, determines the performance of the machine performance is good or bad, Therefore, as one of the core parts of the motor commutator product quality is particularly important, but the traditional production of the commutator quality testing mostly rely on manual detection, this method is low efficiency and false alarm rate is high, has been difficult To meet the needs of modern production. In recent years, machine vision technology has been rapid development, visual technology is increasingly used in the automated production line, it has a fast, accurate and stable features. So the machine vision technology to be used to measure the commutator geometry, change the traditional measurement of the deficiencies.

In this paper, the geometrical size of commutator is designed, and the geometrical measurement system of commutator based on machine vision is designed. The main contents are as follows:

First of all, to clear the commutator geometry measurement content, including the center, hook, slot and positioning slot 4 parts, from the hardware and algorithm design of the overall line. The overall hardware distribution is preliminarily developed, and the corresponding measurement algorithm is generalized by analyzing the commutator characteristics.

Secondly, in order to build the experimental platform, we must analyze how to obtain the measurement results from the image, in order to obtain what results need to be reflected in the image, in order to highlight these features on the image, we must design the appropriate hardware system, Lens, camera, you can choose the characteristics of the light way, through the experimental debugging, build the final experimental platform.

Finally, after obtaining the sample image with good image quality, it is necessary to design the specific measurement algorithm for the specific measurement content. For the center measurement, the basic idea is to find the edge of the circle to re-use the circle fit to find the parameters of the hole circle. For the hook measurement, the basic idea is to find the edge of the hook, and then use the hook edge of the minimum external rectangle to get the appropriate measurement results. For slot measurements, the basic idea is to use gray-scale matching to find the gray center of each slot, so as to obtain the measurement results. For the positioning slot, the basic idea is to use the edge of the first derivative of the nature to find the edge of the positioning groove, so as to obtain the measurement results. In order to reflect the results can be intuitive, you need to build software interface, user-friendly operation and direct access to measurement results.

Key Words：Commutator geometry; Machine vision; Misual measurement; Image processing

目 录

第1章 绪论 1

1.1 机器视觉技术简述 1

1.2 设计目的及意义 2

1.3 国内外研究现状 3

1.4 本文主要内容 4

第2章 电机换向器几何尺寸测量系统总体设计 6

2.1 换向器几何尺寸测量的技术要求 6

2.1.1 测量内容 6

2.1.2 整体系统要求 8

2.2 拟定视觉测量系统总体方案 8

2.2.1 测量系统技术路线 8

2.2.2 测量系统硬件设计方案 9

2.2.3 测量系统软件设计方案 10

2.3 本章小结 11

第3章 电机换向器几何尺寸视觉测量系统硬件设计 12

3.1 照明 12

3.1.1 光源选型 12

3.1.2 光照方式选择 13

3.1.3 小结 14

3.2相机 15

3.3 镜头 17

3.4 机械结构 18

3.5 本章小结 21

第4章 换向器几何尺寸视觉测量系统测量算法设计 22

4.1 圆心测量 22

4.1.1 测量分析 22

4.1.2 算法流程 22

4.1.3 算法中用到的技术 24

4.2 钩测量 24

4.2.1 测量分析 24

4.2.2 算法流程 24

4.2.3 算法中用到的技术 30

4.3 槽测量 32

4.3.1 测量分析 32

4.3.2 算法流程 32

4.3.3 算法中用到的技术 36

4.4 定位槽测量 37

4.4.1 测量分析 37

4.4.2 算法流程 37

4.4.3算法中用到的技术 40

4.5 本章小结 41

第5章 换向器几何尺寸视觉测量系统软件界面设计 42

5.1 界面介绍 42

5.2 测量结果显示 43

5.3 其他功能介绍 45

5.4 本章小结 47

第6章 总结与展望 48

6.1 总结 48

6.2 展望 49

附录A 50

附录A1 圆心测量算法代码部分： 50

附录A2 钩测量算法代码部分： 50

附录A3 槽测量算法代码部分 51

附录A4 定位槽测量算法代码部分 51

参考文献 52

致谢 53

第1章 绪论

机器的工作离不开电机，电机的工作性能好坏在一定程度上决定了机器的工作性能的好坏，所以作为电机中核心零件之一的换向器的产品质量就显得尤为重要，换向器尺寸测量在传统生产过程中还是大多依靠人工测量，使用的工具也比较简陋，这种方法效率低且测量误差大高。近年来，随着我国工业的发展和对智能制造的研究，机器视觉技术越来越多地被用在自动化生产线上，机器视觉技术具有快速准确的特点。所以我们拟采用机器视觉技术来测量换向器几何尺寸，从而提高换向器的生产和测量效率。

本章将会简单地介绍机器视觉技术、这个选题的研究目的和意义以及国内外的一些研究现状。

1.1 机器视觉技术简述

机器视觉是目前人工智能领域较为热门的研究方向之一，机器视觉技术是多学科交叉的技术，它通过硬件系统获得被测物的图像信息，再利用计算机系统对图像信息进行解释研究，从而非接触地从被测物上获得我们所想要获得的信息，这一过程类似于人类视觉系统对外部世界的感知，其中硬件系统主要是指光源、摄像机、镜头等，对所采集到的样本图像进行处理分析主要运用到数字图像处理中相关知识。机器视觉技术简单来说既是利用计算机来模拟人的视觉功能，对被测工件进行测量、检测和判断，从而获得我们感兴趣的相关信息。一个典型的视觉测量系统主要由图像的获取、图像的处理和分析以及图像处理结果的输出和显示三个部分组成。图1.1为一个典型的视觉系统组成示意简图。