電測量儀表自動檢定裝置的設計

王法光 周曉華 楊維

(1.溫州職業(yè)技術學院,浙江溫州 325025;2.溫州市計量科學研究院,浙江溫州 325001)

0 引言

在電測量儀表的生產(chǎn)以及后續(xù)的檢定中,需要對每只儀表的各個不同測量點進行檢測,對不帶通訊功能的電測量儀表,目前采用的為人工操作的方式進行,每只耗時約10～30分鐘之間,為提高工作效率,本文基于C#以及openCV,設計了數(shù)碼管識別代碼以及標準器控制代碼,并在此基礎上,設計了人機交互界面,實現(xiàn)了對原始記錄的自動生成。本文的研究成果為電測量儀表的生產(chǎn)企業(yè)以及質(zhì)檢機構高效開展電測量儀表的檢測提供了解決方案。

1 總體設計

電測量儀表自動檢定裝置主要由被測儀表夾具、工業(yè)相機、標準器、計算機構成。夾具負責固定被測儀表以及工業(yè)相機,讓二者之間存在固定的物理坐標關系。計算機根據(jù)被測儀表的型號,輸出相應的控制命令給標準器,標準器接收命令后,輸出相應的標準信號,如標準電流信號,標準器與被測儀表之間存在物理連接,被測儀表將實時顯示當前信號的測量值,工業(yè)相機實時拍攝被測儀表的示值照片,同時傳輸給計算機,計算機實時對圖像數(shù)據(jù)進行識別,等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后,單點測量結束,計算機發(fā)送下一個測量點的控制命令給標準器。如此反復,完成所有測量點的檢測,此時,將數(shù)據(jù)自動填入已有的原始記錄模板中,檢測過程結束。整體流程圖如圖1所示。

圖1 整體流程圖Fig.1 Overall flow chart

2 硬件設計

2.1 夾具設計及相機選型

被測儀表與標準器之間需有物理連接,為實現(xiàn)快速夾裝,采用彈簧頂針設計,在接線位置設計頂針,利用頂針彈力固定被測儀表,同時實現(xiàn)免接線快速夾裝。如圖2所示。

圖2 夾具及被測表安裝圖Fig.2 Fixture and table under test installation diagram

選擇了邁德威視的MV-SUA1000C-T 型工業(yè)相機搭配MV-LD-12-3M-A 型鏡頭,有效像素1000萬,自帶功能組件包。

2.2 標準器選型

選用長沙天恒測控技術有限公司生產(chǎn)的TD1860型多功能校準系統(tǒng)作為我們的標準器,其可精準輸出交直流電壓、電流、功率、電阻,兼具頻率相位調(diào)節(jié)、脈沖輸出、變送器二次信號測量等功能,同時,內(nèi)置串口通訊協(xié)議,能方便得利用控制命令去控制標準器的輸出。

3 軟件設計

3.1 人機交互界面設計

整個人機交互系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能:

(1)檢測需要需要與數(shù)據(jù)庫對接,讀取檢定系統(tǒng)內(nèi)被測對象的各個數(shù)據(jù),在必要的時候對數(shù)據(jù)進行修改;

(2)相機設置功能,檢測前根據(jù)實時圖像,選取感興趣的區(qū)域;

(3)提供操作界面,對相機以及被測對象進行設置;

(4)提供顯示界面,對顯示實時采集圖像以及本幅圖像識別結果。

根據(jù)以上需求,設計了如圖3所示的界面。

圖3 人機交互界面Fig.3 Interactive interface

3.2 串口通訊

根據(jù)長沙天恒測控技術有限公司提供的產(chǎn)品串口通訊指令說明書,在確定的時間節(jié)點,按照相應的格式,將各字符串組合在一起,發(fā)送至串口端。其中,主要使用通訊指令內(nèi)的“設置系統(tǒng)參數(shù)命令:PARW/PARR”以及“設置設備輸出命令:MEAS”。

3.3 圖像處理

3.3.1 圖像預處理

由于原始圖像為三通道彩色圖片,需將其處理為黑白二值圖,一般采用自定義閾值處理法或者HSV色彩通道分離法。由于自定義閾值處理法對背景噪聲處理效果不好,而本系統(tǒng)所處實驗室光環(huán)境較為復雜,噪聲較大,所以采用HSV 色彩通道分離法。而所選的被測儀表數(shù)碼管均為紅色,因此,對三通道彩色圖片中的紅色通道進行閾值判斷二值化處理。經(jīng)多環(huán)境試驗,將hmin設置為156,hmax設置為180,效果較好。

噪聲點對于后續(xù)處理影響較大,而二值化處理對于背景與數(shù)碼管的區(qū)分效果雖然較為明顯,但對于一些人眼無法見到的微小噪聲點仍然無法進行較好的處理,因此采用濾波及開運算相結合的方式對噪聲點進行處理。濾波采用對椒鹽式噪聲處理效果較好的中值濾波與采用高斯函數(shù)的高斯濾波。開運算是對圖像進行多次先腐蝕后膨脹的操作,消除了大部分二值化的圖片微小的背景上的微小白色像素點。

3.3.2 圖像切割

為方便后續(xù)對圖片數(shù)字進行識別,基于投影將數(shù)碼管字符進行切割。首先進行豎直方向的水平投影的方法對數(shù)碼管顯示字符進行豎直方向的切割。然后將切割完畢的數(shù)碼管字符圖像再進行水平方向的掃描,統(tǒng)計白色像素點數(shù),以完成水平方向的切割。

3.3.3 圖像識別

對切割完畢的單數(shù)碼管圖片,按七段數(shù)碼管形式在各段數(shù)碼管位置上檢測是否存在白色像素點,若存在則按對應二進制進行加法運算,根據(jù)最后結果確定數(shù)字及小數(shù)點。而數(shù)字1因為形狀特殊則根據(jù)所切割圖像長寬比確定,如圖4所示。

圖4 數(shù)字段位分布圖Fig.4 Digital tier distribution map

3.4 數(shù)據(jù)處理

3.4.1 原始數(shù)據(jù)處理

被測儀表顯示數(shù)據(jù)每秒鐘刷新2次,將計算機每秒鐘處理圖像幀數(shù)設為與之同步。連續(xù)5次測量結果之間的偏差不大于分辨率時,即認為數(shù)值穩(wěn)定,取后三次數(shù)據(jù)的平均值作為測量結果。

3.4.2 原始記錄生成

將原始記錄模板做好,置于根目錄下,利用C#自帶的Microsoft.Office.Interop.Excel操作Excel文件。根據(jù)所選的被測儀表,在Excel表格里寫入測量點的標準值以及測量值,測量完畢后另存為新的文件。

4 實驗驗證

為驗證整個系統(tǒng)的可行性,對正泰以及德力西生產(chǎn)的不同類型的電測量儀表進行檢測,與人工檢測數(shù)據(jù)進行比對。數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 自動檢測與人工檢測數(shù)據(jù)對比表Tab.1 Comparison Table of Automatic Detection and Manual Detection Data

從上述數(shù)據(jù)可見,整個自動化檢定系統(tǒng)檢定數(shù)據(jù)與人工檢測數(shù)據(jù)之間無差異,但是效率得到極大的提高,同時配合設計的快速夾裝夾具,可實現(xiàn)對被測表的快速檢測。

5 結語

本文設計了一套基于C#以及open CV 的電測量儀表自動檢定裝置,實現(xiàn)了對電測量儀表的自動檢定。本裝置檢定結果準確可靠,效率高。實驗證明,本裝置適用于各大電測量儀表生產(chǎn)企業(yè)作為產(chǎn)品出廠質(zhì)檢使用,能極大得提高工作效率,有較高的經(jīng)濟效益。