王法光 周曉華 楊維

(1.溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江溫州 325025;2.溫州市計(jì)量科學(xué)研究院,浙江溫州 325001)

0 引言

在電測(cè)量?jī)x表的生產(chǎn)以及后續(xù)的檢定中,需要對(duì)每只儀表的各個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),對(duì)不帶通訊功能的電測(cè)量?jī)x表,目前采用的為人工操作的方式進(jìn)行,每只耗時(shí)約10～30分鐘之間,為提高工作效率,本文基于C#以及openCV,設(shè)計(jì)了數(shù)碼管識(shí)別代碼以及標(biāo)準(zhǔn)器控制代碼,并在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面,實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始記錄的自動(dòng)生成。本文的研究成果為電測(cè)量?jī)x表的生產(chǎn)企業(yè)以及質(zhì)檢機(jī)構(gòu)高效開(kāi)展電測(cè)量?jī)x表的檢測(cè)提供了解決方案。

1 總體設(shè)計(jì)

電測(cè)量?jī)x表自動(dòng)檢定裝置主要由被測(cè)儀表夾具、工業(yè)相機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)算機(jī)構(gòu)成。夾具負(fù)責(zé)固定被測(cè)儀表以及工業(yè)相機(jī),讓二者之間存在固定的物理坐標(biāo)關(guān)系。計(jì)算機(jī)根據(jù)被測(cè)儀表的型號(hào),輸出相應(yīng)的控制命令給標(biāo)準(zhǔn)器,標(biāo)準(zhǔn)器接收命令后,輸出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),如標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),標(biāo)準(zhǔn)器與被測(cè)儀表之間存在物理連接,被測(cè)儀表將實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前信號(hào)的測(cè)量值,工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝被測(cè)儀表的示值照片,同時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別,等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后,單點(diǎn)測(cè)量結(jié)束,計(jì)算機(jī)發(fā)送下一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的控制命令給標(biāo)準(zhǔn)器。如此反復(fù),完成所有測(cè)量點(diǎn)的檢測(cè),此時(shí),將數(shù)據(jù)自動(dòng)填入已有的原始記錄模板中,檢測(cè)過(guò)程結(jié)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(shè)計(jì)

2.1 夾具設(shè)計(jì)及相機(jī)選型

被測(cè)儀表與標(biāo)準(zhǔn)器之間需有物理連接,為實(shí)現(xiàn)快速夾裝,采用彈簧頂針設(shè)計(jì),在接線位置設(shè)計(jì)頂針,利用頂針彈力固定被測(cè)儀表,同時(shí)實(shí)現(xiàn)免接線快速夾裝。如圖2所示。

圖2 夾具及被測(cè)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(jī)搭配MV-LD-12-3M-A 型鏡頭,有效像素1000萬(wàn),自帶功能組件包。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)器選型

選用長(zhǎng)沙天恒測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的TD1860型多功能校準(zhǔn)系統(tǒng)作為我們的標(biāo)準(zhǔn)器,其可精準(zhǔn)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(hào)測(cè)量等功能,同時(shí),內(nèi)置串口通訊協(xié)議,能方便得利用控制命令去控制標(biāo)準(zhǔn)器的輸出。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

整個(gè)人機(jī)交互系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能:

(1)檢測(cè)需要需要與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接,讀取檢定系統(tǒng)內(nèi)被測(cè)對(duì)象的各個(gè)數(shù)據(jù),在必要的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行修改;

(2)相機(jī)設(shè)置功能,檢測(cè)前根據(jù)實(shí)時(shí)圖像,選取感興趣的區(qū)域;

(3)提供操作界面,對(duì)相機(jī)以及被測(cè)對(duì)象進(jìn)行設(shè)置;

(4)提供顯示界面,對(duì)顯示實(shí)時(shí)采集圖像以及本幅圖像識(shí)別結(jié)果。

根據(jù)以上需求,設(shè)計(jì)了如圖3所示的界面。

圖3 人機(jī)交互界面Fig.3 Interactive interface

3.2 串口通訊

根據(jù)長(zhǎng)沙天恒測(cè)控技術(shù)有限公司提供的產(chǎn)品串口通訊指令說(shuō)明書,在確定的時(shí)間節(jié)點(diǎn),按照相應(yīng)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(shè)置系統(tǒng)參數(shù)命令:PARW/PARR”以及“設(shè)置設(shè)備輸出命令:MEAS”。

3.3 圖像處理

3.3.1 圖像預(yù)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(duì)背景噪聲處理效果不好,而本系統(tǒng)所處實(shí)驗(yàn)室光環(huán)境較為復(fù)雜,噪聲較大,所以采用HSV 色彩通道分離法。而所選的被測(cè)儀表數(shù)碼管均為紅色,因此,對(duì)三通道彩色圖片中的紅色通道進(jìn)行閾值判斷二值化處理。經(jīng)多環(huán)境試驗(yàn),將hmin設(shè)置為156,hmax設(shè)置為180,效果較好。

噪聲點(diǎn)對(duì)于后續(xù)處理影響較大,而二值化處理對(duì)于背景與數(shù)碼管的區(qū)分效果雖然較為明顯,但對(duì)于一些人眼無(wú)法見(jiàn)到的微小噪聲點(diǎn)仍然無(wú)法進(jìn)行較好的處理,因此采用濾波及開(kāi)運(yùn)算相結(jié)合的方式對(duì)噪聲點(diǎn)進(jìn)行處理。濾波采用對(duì)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(kāi)運(yùn)算是對(duì)圖像進(jìn)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(diǎn)。

3.3.2 圖像切割

為方便后續(xù)對(duì)圖片數(shù)字進(jìn)行識(shí)別,基于投影將數(shù)碼管字符進(jìn)行切割。首先進(jìn)行豎直方向的水平投影的方法對(duì)數(shù)碼管顯示字符進(jìn)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(jìn)行水平方向的掃描,統(tǒng)計(jì)白色像素點(diǎn)數(shù),以完成水平方向的切割。

3.3.3 圖像識(shí)別

對(duì)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(cè)是否存在白色像素點(diǎn),若存在則按對(duì)應(yīng)二進(jìn)制進(jìn)行加法運(yùn)算,根據(jù)最后結(jié)果確定數(shù)字及小數(shù)點(diǎn)。而數(shù)字1因?yàn)樾螤钐厥鈩t根據(jù)所切割圖像長(zhǎng)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(cè)儀表顯示數(shù)據(jù)每秒鐘刷新2次,將計(jì)算機(jī)每秒鐘處理圖像幀數(shù)設(shè)為與之同步。連續(xù)5次測(cè)量結(jié)果之間的偏差不大于分辨率時(shí),即認(rèn)為數(shù)值穩(wěn)定,取后三次數(shù)據(jù)的平均值作為測(cè)量結(jié)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(cè)儀表,在Excel表格里寫入測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值以及測(cè)量值,測(cè)量完畢后另存為新的文件。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的可行性,對(duì)正泰以及德力西生產(chǎn)的不同類型的電測(cè)量?jī)x表進(jìn)行檢測(cè),與人工檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 自動(dòng)檢測(cè)與人工檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比表Tab.1 Comparison Table of Automatic Detection and Manual Detection Data

從上述數(shù)據(jù)可見(jiàn),整個(gè)自動(dòng)化檢定系統(tǒng)檢定數(shù)據(jù)與人工檢測(cè)數(shù)據(jù)之間無(wú)差異,但是效率得到極大的提高,同時(shí)配合設(shè)計(jì)的快速夾裝夾具,可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)表的快速檢測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套基于C#以及open CV 的電測(cè)量?jī)x表自動(dòng)檢定裝置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電測(cè)量?jī)x表的自動(dòng)檢定。本裝置檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠,效率高。實(shí)驗(yàn)證明,本裝置適用于各大電測(cè)量?jī)x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(jì)效益。