基于儀表自動檢定系統(tǒng)的自動對準(zhǔn)控制探討

張　倩

云南開放大學(xué)，云南昆明　650000

基于儀表自動檢定系統(tǒng)的自動對準(zhǔn)控制探討

張倩

云南開放大學(xué)，云南昆明650000

當(dāng)前，在指針式儀表的檢定工作領(lǐng)域中，我國依舊局限在人工操作層面，致使相應(yīng)工作效率低，且相應(yīng)檢測的精準(zhǔn)度也難以得到保障，而隨著智能化、自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，以全自動指針儀表的運(yùn)用，則能夠?yàn)榻鉀Q當(dāng)前計(jì)量問題，提高檢驗(yàn)工作的效率與質(zhì)量提供出路。而為了實(shí)現(xiàn)對全自動指針儀表的有效應(yīng)用，就需要以科學(xué)算法的融入來提高儀表盤的采集效果。基于此，本文針對儀表自動檢定系統(tǒng)的自動對準(zhǔn)控制問題展開了探討，以供參考。關(guān)鍵詞儀表自動檢定系統(tǒng)；自動對準(zhǔn)控制；指針式儀表；探討

從目前關(guān)于指針式儀表自動校驗(yàn)方面的研究現(xiàn)狀看，集中關(guān)注的焦點(diǎn)在于儀表顯示值的自動判讀上，而針對自動校驗(yàn)裝置方面的研究較少。因此，在實(shí)際運(yùn)用全自動指針儀表的過程中，在進(jìn)行儀表圖像采集的過程中，對于攝像頭對準(zhǔn)工作，依舊以人工來實(shí)現(xiàn)。因此，針對如何實(shí)現(xiàn)儀表自動檢定系統(tǒng)的全自動校驗(yàn)，進(jìn)而以自動對準(zhǔn)控制來實(shí)現(xiàn)對指針式儀表值的自動讀取，成為本文研究的核心所在。

1　指針壓力表自動檢定系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為：圖像采集傳感器、通信系統(tǒng)、自動識別算法與檢定軟件等；而這一系統(tǒng)的基本運(yùn)作原理為：相應(yīng)攝像機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對表盤圖像的拍攝，然后將所拍攝的圖像信息進(jìn)行處理，以轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號模式，進(jìn)而將其輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)在處理后進(jìn)行自動分析，最后，在分析指針示值的基礎(chǔ)上，明確儀表示值的精度，通過誤差分析后來實(shí)現(xiàn)對儀表的自檢定，以確保該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動對準(zhǔn)控制。此種情況下，能夠?yàn)榻鉀Q傳統(tǒng)人工校準(zhǔn)檢定精度所存在的不足，以在提升生產(chǎn)質(zhì)量與效率的同時，降低人力資源投入，進(jìn)而為提升生產(chǎn)的綜合效益提供了技術(shù)保障。

而基于該系統(tǒng)下，相應(yīng)可調(diào)節(jié)支撐架的主要功能在于：一是為圖像采集傳感器等功能的實(shí)現(xiàn)提供基本的支撐作用；二是對傳感器等所處的空間位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)解，進(jìn)而才能夠確保實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)表盤圖像的清晰拍攝。與此同時，相應(yīng)被檢表與該裝置間位于一個平面之上，這與傳統(tǒng)采用固定安裝的模式相比較而言，則能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝維度的自動調(diào)節(jié)，進(jìn)而為優(yōu)化圖像采集的質(zhì)量提供了保障。

2　自動對準(zhǔn)控制系統(tǒng)

2.1在表盤輪廓的提取上

基于CCD攝像機(jī)下，在進(jìn)行儀表圖像采集的過程中，能夠生成彩色圖像，而針對這一計(jì)算內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)，需要基于減少計(jì)算量的基礎(chǔ)上，以二值化進(jìn)行處理，而在此過程中，則需要避免對中心點(diǎn)的提取產(chǎn)生影響，進(jìn)而能夠基于多值數(shù)字圖像下，實(shí)現(xiàn)對表盤輪廓的提取。此種情況下，所提取出的表盤輪廓極為清晰。

2.2在表盤中心點(diǎn)的提取方面

在進(jìn)行這一中心點(diǎn)提取的過程中，則需要基于圓上點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)下，以相應(yīng)系數(shù)來建立三元線性方程，進(jìn)而求出圓心坐標(biāo)以及圓的半徑。在實(shí)際踐行的過程中，以隨機(jī)選取的方式，選擇一行后，以從左到右的順序，依次進(jìn)行掃描，當(dāng)出現(xiàn)值為1的點(diǎn)，則就意味著該點(diǎn)處有表盤輪廓，需要實(shí)現(xiàn)對這一點(diǎn)坐標(biāo)記錄，然后再從右到左，進(jìn)行依次掃描，進(jìn)而能夠獲得與該店坐標(biāo)相對稱的橫縱坐標(biāo)系數(shù)。而如果沒有掃描到值為1的點(diǎn)，就需要重新隨機(jī)選取另一行，然后按照這一順序進(jìn)行掃描，直至找出值為1的點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，以向下的順序來進(jìn)行掃描，然后在獲取共20組對稱橫縱坐標(biāo)輪廓之后即可暫停。在完成這一掃描后，則以x/y為橫縱坐標(biāo)記，以總體最小二乘法來進(jìn)行計(jì)算，在求出相應(yīng)方程解之后，便能夠獲取表盤中心點(diǎn)的坐標(biāo)。在得出這一坐標(biāo)之后，則基于中心點(diǎn)下，能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)節(jié)支撐架的自動控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對攝像機(jī)光線軸的調(diào)解，促使其與表盤中心能夠位于相同的高度水平面上，此時的攝像機(jī)則就能夠自動校準(zhǔn)來對準(zhǔn)表盤中心，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)圖像的精準(zhǔn)采集。

2.3對準(zhǔn)控制原理分析

基于該系統(tǒng)下，所采用的是CCD圖形采集系統(tǒng)，其在進(jìn)行圖像采集的過程中，相應(yīng)圖像視場范圍則相對較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高度政府儀表凸顯，而要想確保能夠?qū)崿F(xiàn)自動讀數(shù)的精準(zhǔn)度，則就需要保證整個儀表盤能夠被圖像覆蓋滿，所以這就意味著相應(yīng)攝像頭要有著良好的對焦功能，能夠自動對準(zhǔn)最佳的圖像攝取位置。因而，為了實(shí)現(xiàn)這一功能作用，在實(shí)際搭建這一系統(tǒng)的過程中，則將2個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行融入，以此來確保相應(yīng)的攝像機(jī)攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的方向?yàn)樯舷屡c前后。而在實(shí)際研究的過程中，本文則以CCD攝像機(jī)來進(jìn)行了圖像的采集試驗(yàn)，相應(yīng)圖像的像素為1280×1024，在進(jìn)行校驗(yàn)的過程中，則需要首先需要對儀表表盤進(jìn)行移動處理，確保其位于中心與圖像視場中心，然后，需要定位表盤的中心坐標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算該坐標(biāo)與視場中心點(diǎn)間所存在的距離，以此來確保相應(yīng)表盤中心在視場中心之上。而基于支撐架的設(shè)計(jì)參數(shù)下，相應(yīng)攝像機(jī)攝像頭能夠移動的范圍在140×200范圍內(nèi)（單位毫米）；而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后則得出：基于CCD視場下，在進(jìn)行像素移動的過程中，需要借助兩個間距離的計(jì)算，以獲得控制方向的位置，進(jìn)而才能夠明確電機(jī)轉(zhuǎn)動的步數(shù)，在此基礎(chǔ)上，才能夠確保相應(yīng)攝像機(jī)的攝像頭能夠位于儀表盤中心點(diǎn)的正上方位置。與此同時，基于這一實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還能夠得出：當(dāng)表盤輪廓在變化的過程中，相應(yīng)像素每擴(kuò)大或是縮小一圈，通過對電機(jī)移動以電機(jī)轉(zhuǎn)動步數(shù)的計(jì)算，促使整個表盤沾滿圖像。在完成前后調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，此時攝像機(jī)的攝像頭與儀表盤中心處于對準(zhǔn)情況下，此時只需要在表盤上下輪廓相對稱的情況下，對輪廓的最高點(diǎn)進(jìn)行判斷，看其和CCD視場上邊緣是否位于同一水平面上。

3　支撐架調(diào)解系統(tǒng)

對于支撐架調(diào)解系統(tǒng)而言，其使用的是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，而借助這一系統(tǒng)的運(yùn)用，則能夠降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度與成本投入。與此同時，在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)下，融入了圖像反饋形成閉環(huán)控制，進(jìn)而在對圖像誤差信號進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)控制量的計(jì)算，以此來促使步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而完成既定任務(wù)。而從實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)看，一旦存在啟停不當(dāng)?shù)膯栴}時，就會致使步進(jìn)電機(jī)在啟動的過程中產(chǎn)生抖動的現(xiàn)象，而在停止時又會存在過沖的問題，此種情況下就會對控制的精準(zhǔn)度產(chǎn)生一定得干擾。而針對這一問題，則將單片機(jī)融入到步進(jìn)電機(jī)中，以通過加減速離散控制的實(shí)現(xiàn)來確保步進(jìn)電機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下。在此過程中，借助離散方法的運(yùn)用在，則能夠促使加減速曲線呈現(xiàn)出離散化，而需要確保在實(shí)際運(yùn)行的過程中，相應(yīng)運(yùn)行速度達(dá)到預(yù)設(shè)值后，實(shí)現(xiàn)急速加速，在此過程中，就實(shí)現(xiàn)了對局部速度的自動糾正。

4　結(jié)論

綜上所述，給予儀表自動檢定系統(tǒng)下，為了進(jìn)一步優(yōu)化儀表檢定的自動化水準(zhǔn)，以強(qiáng)化其自動對準(zhǔn)控制性能，以此來取代傳統(tǒng)人工操作控制，并提升控制的精準(zhǔn)度，本文則在系統(tǒng)性研究指針式儀表校驗(yàn)系統(tǒng)、自動對準(zhǔn)控制系統(tǒng)以及支撐架調(diào)解系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造并以實(shí)驗(yàn)的方式來證明這一全自動指針式檢定系統(tǒng)，能夠在實(shí)現(xiàn)自動瞄準(zhǔn)的同時，提高精準(zhǔn)度并提升表盤校準(zhǔn)效率，以此來充分發(fā)揮出全自動檢定系統(tǒng)的功能與作用。

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TP39

A

1674-6708（2016）166-0215-02

張倩，云南開放大學(xué)。