通过视觉引导实现人机互动满足高质量电机线圈的生产需求

通过视觉引导 实现人机互动满足高质量电机线圈的生产需求

李要君

中车永济电机有限公司 山西 永济 044502

摘要：电机中的绕组是电动机进行电磁能量转换与传递，从而实现将电能转化为机械能的核心部件，是电动机最重要的电气组件，恰恰又是电动机最为脆弱、容易出现故障的部分。为防止线圈内部存在气泡而产生游离放电，其中保证绝缘包扎过程的松紧度是很重要的一步，尽可能减少和排除线圈中的气泡或气孔，在提高效率的同时，可以更好地改善包扎质量。对于特殊的纯手工操作的电机绝缘包扎，通过利用计算机视觉技术观察人类活动来行动，让机器人先感知人与物体的位置和互动，再让它重复捕捉到的步骤，模拟人的动作。

关键字： 电机绕组 视觉引导 绝缘 可靠性

1 引言

工业4.0由德国推出，其核心目的在于提高工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。在了解工业4.0之前，我们先了解一下工业1.0、工业2.0和工业3.0，分别代表了工业发展的不同阶段：工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，而工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。

在电机生产企业中，一般采用每百人完成的工业总产值指标进行一个定性的比较，这一指标从某种程度上决定了企业的生产效率和智能化生产水平。对于电机生产制造企业来说，生产设备的自动化、智能化和数控化，以及远程控制技术的应用，已将传统的电机制造推向了更高的层次和档位。

近年来，电机铁芯制造、电机绕组制造、转子铸铝，以及相关零部件的机加工，智能化的水平突飞猛进，使电机制造业面临新的格局，谁拥有最前沿的信息，谁具备先进、完备的智能化硬件设备，谁就可以站在电机研发和制造技术的至高点。

2 电机绝缘性能要求

电机的可靠性和过载能力，是使用者非常在意的性能指标，主要表现在有较长的使用寿命，以及一定的过载能力。而电机中的绕组是电机进行电磁能量转换与传递，从而实现将电能转化为机械能的核心部件，是电动机最重要的电气组件，恰恰又是电动机最为脆弱、容易出现故障的部分。为此，电机的绝缘性能及过载能力应是电机各项性能指标的前提。

电机用绝缘材料云母带等绝缘材料的包扎方式有纯手工、半自动和全自动共三种方式，绝缘带包扎过程中，要满足包扎厚度均匀、松紧程度一致、无破损等基本要求，实际操作过程中，全自动包扎的效果好，能排除各种人为因素的干扰，相比之下，半自动和手工操作的情况下，无论是叠包一致致性还是拉紧程度总会有一些不确定因素。

为防止高压线圈内部存在气泡而产生游离放电，其中保证绝缘包扎过程的松紧度是很重要的一步，尽可能减少和排除线圈中的气泡或气孔。绝缘包带包扎过程应确保绝缘带与绕组，以及绝缘带之间最大限度的贴合，以防止相互之间形成空气隙，而影响最终的浸漆和固化效果，甚至会导致电机产生放电现象，直接影响电机的性能。

为了改善线圈的包扎质量，不少的厂家采用了自动包带机，在提高效率的同时，可以更好地改善包扎质量。自动化设备不断地进入生产制造过程，适应无人化智能设备的绕组型式多元化系列设计越来越重要，只是一些生产批量少、有特殊要求的绕组依然由人工实现。

由于个体素质的差异与环境的不同，人们在生产过程中所产生的行为并不都是一致的，有的行为是符合劳动生产规律的合理行为，有些则可能是违背劳动生产规律的不合理行为。在生产作业中，往往人为失误不可避免。

3 人工智能视觉引导技术

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，以人类智能的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域不断扩大，通过机器学习、计算机视觉对人的意识、思维的信息过程进行模拟。总的说来，人工智能是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。

基于深度学习的三维重建最近几年取得了非常大进展，是当前计算机视觉领域比较流行的方法之一。学习系统是由多层卷积层和多层全连接层组成的卷积神经网络(CNN)进行学习图像的层次化特征表示，这种方法能够精确地重建出物体的几何形状。基于视觉的三维重建主要是通过使用相关仪器来获取物体的二维图像数据信息，然后，再对获取的数据信息进行分析处理，最后，利用三维重建的相关理论重建出真实环境中物体表面的轮廓信息，其具有速度快、实时性好等优点，能够广泛应用于人工智能。

利用人工智能的计算机视觉技术以其获取的信息量大、检测精度高、检测范围广等特点，从而为提升工业机器人智能化程度提供了新的思路。从工作场景中识别并准确模拟指定物体，是工业机器人应用中的基本问题之一。

4 视觉引导技术实现智能人工绝缘包扎

绝缘是电机产品非常关键的安全性能要求，绝缘性能不符合要求时，会导致电机直接故障，严重时引起人身安全。电机绕组绝缘受到损坏，及绕组的导体和铁心、机壳之间相碰即为绕组接地。这时会造成该相绕组电流过大，局部受热，严重时会烧毁绕组。

以裸铜排作为电磁线时，一般用在大电机绕组上，所匹配的绝缘材料有绝缘薄膜、玻璃丝带、云母带等。为了预防电机运行过程中电晕对绕组绝缘的损伤，线圈外层需再包扎1-2层带。

机械设备的行为智能除强调模拟人脑信息感知处理层面外，更加强调脑体协同，解决机器人作业中行为的动态性、交互性与适应性等问题。行为学习就是机器人利用感知增强自身的行为控制，形成感知到行为，又从行为增强感知的闭环，实现的脑体协同。将围绕机器人完成灵巧裸铜排的绝缘缠绕包扎操作任务，利用机器人的智能感知技术从而实现。

该方案是一套带摄像头的人工智能视觉机器设备，操作人员的操作规范及步骤通过视频感知，即机器人通过观察绝缘包扎的行动，让视觉系统先感知到人与铜排、绝缘带的位置和互动方式，再通过算法转化给设备的执行功能让它重复捕捉到的步骤，模拟人的动作。智能设备通过不断进行感知和读取人类行为，然后用数据控制操作执行该动作，实现人机协同一致，甚至可以一人多机，实现规模化的人工智能训练操作。

5 结束语

基于视觉的三维重建技术研究，通过与传统的工业领域相结合，实现传统领域的快速扩展，也正因为如此，越来越多的人员进入该领域，不断发展以提高企业的创新能力，增强核心竞争力，推动企业的全面发展，开拓更广阔的市场空间，取得更加显著的经济效益和社会效益。

参考文献

《基于视觉的三维重建关键技术研究综述》，郑太雄、黄帅、李永福、冯明驰