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以及后續的檢定中,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企業以及質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、工業相機、標準器、計算機構成。夾具負責固定被測儀表以及工業相機,讓二者之間存在固定的物理坐標關系。計算機根據被測儀表的型號,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據進行識別,等待數據穩定之后,單點測量結束,計算機發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,將數據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的TD1860型多功能校準系統作為我們的標準器,其可精準輸出交直流電壓、電流、功率、電阻,兼具頻率相位調節、脈沖輸出、變送器二次信號測量等功能,同時,內置串口通訊協議,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

整個人機交互系統需要實現以下功能:

(1)檢測需要需要與數據庫對接,讀取檢定系統內被測對象的各個數據,在必要的時候對數據進行修改;

(2)相機設置功能,檢測前根據實時圖像,選取感興趣的區域;

(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

根據長沙天恒測控技術有限公司提供的產品串口通訊指令說明書,在確定的時間節點,按照相應的格式,將各字符串組合在一起,發送至串口端。其中,主要使用通訊指令內的“設置系統參數命令: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,而本系統所處實驗室光環境較為復雜,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。經多環境試驗,將hmin設置為156,hmax設置為180,效果較好。

噪聲點對于后續處理影響較大,而二值化處理對于背景與數碼管的區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

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

3.3.3 圖像識別

對切割完畢的單數碼管圖片,按七段數碼管形式在各段數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,根據最后結果確定數字及小數點。而數字1因為形狀特殊則根據所切割圖像長寬比確定,如圖4所示。

圖4 數字段位分布圖Fig.4 Digital tier distribution map

3.4 數據處理

3.4.1 原始數據處理

被測儀表顯示數據每秒鐘刷新2次,將計算機每秒鐘處理圖像幀數設為與之同步。連續5次測量結果之間的偏差不大于分辨率時,即認為數值穩定,取后三次數據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

為驗證整個系統的可行性,對正泰以及德力西生產的不同類型的電測量儀表進行檢測,與人工檢測數據進行比對。數據如表1 所示。

表1 自動檢測與人工檢測數據對比表Tab.1 Comparison Table of Automatic Detection and Manual Detection Data

從上述數據可見,整個自動化檢定系統檢定數據與人工檢測數據之間無差異,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企業作為產品出廠質檢使用,能極大得提高工作效率,有較高的經濟效益。