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(shè)計一套基于數(shù)字圖像測量技術(shù)的多工位自動檢定系統(tǒng)。本文介紹系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，通過合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化供油泵和管路的結(jié)構(gòu)，提出一種基于當(dāng)前壓力值與設(shè)定值之間逼近程度的壓力模糊逼近控制方法，實現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)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(jī)進(jìn)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(guān)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(jié)構(gòu)簡單，使用方便，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。為了保證壓力儀表的準(zhǔn)確度、可靠性等性能指標(biāo)，根據(jù)國家規(guī)定，每年都要對這些儀表進(jìn)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(shù)相結(jié)合的思想，設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行全量程范圍內(nèi)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(fù)、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(biāo)準(zhǔn)壓力表可以實現(xiàn)檢定過程中標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)攝像頭實時對表盤表面指針進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后由電腦根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)規(guī)定，檢定系統(tǒng)采用“直接比較法”，即將標(biāo)準(zhǔn)表的值導(dǎo)入電腦作為標(biāo)準(zhǔn)器，圖像識別被檢表得測量值，通過比較測量得出對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)壓力表及上位機(jī)電腦通信是否正常，如果不正常則轉(zhuǎn)入故障保護(hù)狀態(tài);關(guān)閉所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)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(zhuǎn)入故障保護(hù)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(jī)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(qū)動造壓電機(jī)轉(zhuǎn)動造壓;如果達(dá)不到指定的壓力值或造壓超時，則轉(zhuǎn)入故障保護(hù)狀態(tài)。

造壓成功，通知上位機(jī)讀取輕敲前的表盤讀數(shù)。

上位機(jī)讀取輕敲前的表盤讀數(shù)完成，驅(qū)動輕敲機(jī)構(gòu)輕敲表盤。

輕敲完成，通知上位機(jī)讀取輕敲后的表盤讀數(shù)。

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

4 標(biāo)準(zhǔn)壓力的獲得

標(biāo)準(zhǔn)壓力的獲得準(zhǔn)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(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)壓力。通過監(jiān)控獲得當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)表壓力與目標(biāo)壓力之差ΔP，預(yù)設(shè)系數(shù)k，實現(xiàn)當(dāng)前與目標(biāo)壓力差的很大時，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)的快一點;如果相差很少，那么就驅(qū)動電機(jī)慢點轉(zhuǎn)，直至無限逼近目標(biāo)壓力值。達(dá)到目標(biāo)壓力值的時間和造壓精度有關(guān)，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(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)采集和交互架構(gòu)，可以全自動控制壓力升降，支持0-60MPA以內(nèi)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(zhuǎn)化為灰度圖，并使用canny算子進(jìn)行邊緣檢測，從而提取目標(biāo)圖像輪廓線。 ?然后將圖像進(jìn)行膨脹腐蝕，排除一些細(xì)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(yù)設(shè)半徑圓心對檢測的直線進(jìn)行篩選，得到代表指針邊緣的兩條輪廓線。

最后，根據(jù)標(biāo)定的零點和頂點計算出目標(biāo)指針當(dāng)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(jié)果

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

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

8 結(jié)論

（1）基于數(shù)字圖像測量技術(shù)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(dāng)前壓力值與設(shè)定值之間的逼近程度的壓力模糊逼近控制方法，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)壓力值得有效控制，保證標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，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(jī)實現(xiàn)數(shù)值的計算和處理，提高檢測效率。

參考文獻(xiàn)

[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(zhì)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(shù)研究院

陳康、張臨、金肖鋒，臺州市計量技術(shù)研究院（318000）