王超 陳康 張臨 金肖鋒

摘 要：為了解決壓力表等量大面廣指針式儀表的量值溯源，設計一套基于數(shù)字圖像測量技術的多工位自動檢定系統(tǒng)。本文介紹系統(tǒng)的整體結構，通過合理的機構設計，優(yōu)化供油泵和管路的結構，提出一種基于當前壓力值與設定值之間逼近程度的壓力模糊逼近控制方法，實現(xiàn)對標準壓力值的有效控制;通過搭建基于CCD鏡頭的圖像采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對被測壓力表數(shù)值的自動圖像采集，利用計算機進行圖像數(shù)據(jù)處理和計算從而實現(xiàn)合格判定，保證測量精度，提高檢測效率。

關鍵詞：圖像識別;多工位壓力表;自動校驗系統(tǒng)

1 引言

壓力表結構簡單，使用方便，廣泛應用于各種領域。為了保證壓力儀表的準確度、可靠性等性能指標，根據(jù)國家規(guī)定，每年都要對這些儀表進行檢定。本文目的在于運用活塞式壓力計和壓力傳感器技術相結合的思想，設計和開發(fā)了一套自動壓力校驗系統(tǒng)，使其能夠自動產(chǎn)生壓力校驗時所需的標準壓力值，并通過CCD鏡頭自動讀取被測儀表壓力值，實現(xiàn)對壓力儀表進行全量程范圍內的自動壓力校驗工作，以提高檢表精度和效率，減輕檢定人員重復、繁重的工作。

2 自動校驗系統(tǒng)的硬件組成

檢定系統(tǒng)采用型號為DPI610智能壓力校驗儀，安裝一臺工作穩(wěn)定、性能優(yōu)良的正壓泵，配合標準壓力表可以實現(xiàn)檢定過程中標準值的有效提供。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)四臺壓力表的同時檢定，通過對應攝像頭實時對表盤表面指針進行數(shù)據(jù)采集，最后由電腦根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行計算實現(xiàn)合格判定。圖1為該系統(tǒng)硬件組成部分。

根據(jù)JJG52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程》相關規(guī)定，檢定系統(tǒng)采用“直接比較法”，即將標準表的值導入電腦作為標準器，圖像識別被檢表得測量值，通過比較測量得出對應參考點的示值誤差。具體流程圖2所示：

初始化與自檢狀態(tài)。檢測和標準壓力表及上位機電腦通信是否正常，如果不正常則轉入故障保護狀態(tài);關閉所有執(zhí)行機構的驅動;檢測壓力是否已歸零，如果沒有歸零則控制壓力歸零，如果壓力歸零超時則轉入故障保護狀態(tài)。

空閑等待狀態(tài)。初始化檢測成功，等待接受來自上位機的降壓和升壓命令。

造壓狀態(tài)。如果已收到造壓命令，則控制PLC驅動造壓電機轉動造壓;如果達不到指定的壓力值或造壓超時，則轉入故障保護狀態(tài)。

造壓成功，通知上位機讀取輕敲前的表盤讀數(shù)。

上位機讀取輕敲前的表盤讀數(shù)完成，驅動輕敲機構輕敲表盤。

輕敲完成，通知上位機讀取輕敲后的表盤讀數(shù)。

上位機讀取輕敲后的表盤讀數(shù)完成，轉到空閑等待狀態(tài)，如果30秒內沒有接到造壓命令，將壓力歸零，繼續(xù)等待造壓命令。

4 標準壓力的獲得

標準壓力的獲得準確度和獲得時間直接影響整個壓力表的檢測效率。本文模擬人工造壓，可實現(xiàn)快速準確的標準壓力。通過監(jiān)控獲得當前標準表壓力與目標壓力之差ΔP，預設系數(shù)k，實現(xiàn)當前與目標壓力差的很大時，驅動電機轉的快一點;如果相差很少，那么就驅動電機慢點轉，直至無限逼近目標壓力值。達到目標壓力值的時間和造壓精度有關，造壓精度越高，耗費的時間也就越多。

5 圖像識別數(shù)據(jù)采集

視覺檢測自動壓力表校驗軟件采用標準化數(shù)據(jù)采集和交互架構，可以全自動控制壓力升降，支持0-60MPA以內的所有量程的壓力表校驗，多線程從四個攝像頭采集數(shù)據(jù)分析壓力表讀數(shù)，軟件界面如圖4所示：

6 視覺檢測過程

首先將圖像轉化為灰度圖，并使用canny算子進行邊緣檢測，從而提取目標圖像輪廓線。 ?然后將圖像進行膨脹腐蝕，排除一些細微干擾，使得原來的二值圖像降低存儲大小。

使用霍夫變換檢測圖像中的直線，并且根據(jù)預設半徑圓心對檢測的直線進行篩選，得到代表指針邊緣的兩條輪廓線。

最后，根據(jù)標定的零點和頂點計算出目標指針當前指向的讀數(shù)。通過人眼識別，該處理過程基本與人工壓力表讀數(shù)一致。

7 實驗結果

為了驗證系統(tǒng)自動檢測結果的合理性，選擇量程（0～6）MPa，編號為：96.3.8727，重復測量3次，實驗數(shù)據(jù)與臺州市計量技術研究院0.05級活塞式壓力計標準裝置測量進行數(shù)據(jù)比對，結果如下表3所示：

從表中可以發(fā)現(xiàn)：標準壓力表的控制精度<0.1%;被檢表測量重復性<0.2%;圖像識別測量結果與計量標準裝置測量結果之差<0.5%;測量精度滿足準確度等級1.0-4.0級普通壓力表的日常檢定工作。

8 結論

（1）基于數(shù)字圖像測量技術的多工位壓力儀表自動校驗系統(tǒng)，極大減輕了檢定人員的工作量，四個工位同時檢測大大的提高了檢測效率。

（2）提出一種基于當前壓力值與設定值之間的逼近程度的壓力模糊逼近控制方法，實現(xiàn)標準壓力值得有效控制，保證標準壓力的輸出精度。

（3）搭建基于CCD鏡頭的圖像采集系統(tǒng)，利用視覺圖像處理技術，實現(xiàn)被測壓力表數(shù)值的自動圖像采集保存，利用計算機實現(xiàn)數(shù)值的計算和處理，提高檢測效率。

參考文獻

[1]JJG52-2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程》.國家質量監(jiān)督檢驗檢驗總局.

作者簡介：

王超，男，工程師。工作單位：臺州市計量技術研究院

陳康、張臨、金肖鋒，臺州市計量技術研究院（318000）