電子秤防作弊快速核查裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

姚凌萍

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

1 背景概述

砝碼是以一種固定形式復(fù)現(xiàn)一給定質(zhì)量值的一種“從屬的實(shí)物量具”。各準(zhǔn)確度等級的砝碼應(yīng)配備相應(yīng)的計(jì)量儀器使用，可用于檢定準(zhǔn)確度等級較低的砝碼、衡器儀器（電子天平、電子秤）等。電子秤雖然在出廠時(shí)都經(jīng)過檢測合格，但由于在運(yùn)送過程中的振動(dòng)存在著對傳感器和電子秤結(jié)構(gòu)的影響，以及各地的重力加速度是不同的，所以在使用前還需要檢測。

衡器作弊由來已久，所有的進(jìn)步也都有負(fù)面的存在。從遠(yuǎn)古時(shí)代，有物物交換方式，從發(fā)明了桿秤，是質(zhì)的進(jìn)步，就有人用水銀灌入空心秤桿中或粘性東西粘在秤盤底來改變重量；發(fā)明了電子秤，就有人用改變電阻的方式來調(diào)控秤量顯示的大??；到數(shù)字時(shí)代，就有人用無線遙控改變末端顯示模塊來改變數(shù)字顯示的數(shù)值，破壞公平交易。在這大數(shù)字的時(shí)代要用科技的手段加上可迅速反應(yīng)的技術(shù)來直面負(fù)面。

農(nóng)貿(mào)市場的計(jì)量衡器作弊現(xiàn)象屢禁不止，尤其是海鮮魚類貝類批發(fā)市場更是衡器作弊重災(zāi)區(qū)，突擊檢查衡器，海鮮區(qū)不合格率達(dá)到50%，其中作弊衡器達(dá)到了30%以上。由于日常按規(guī)程，傳統(tǒng)的計(jì)量稱重檢測，是采用手工抓取砝碼的方式進(jìn)行加載來復(fù)現(xiàn)質(zhì)量值，一個(gè)中型農(nóng)貿(mào)市場電子秤幾百臺，一臺最大秤量為30 kg的電子秤按規(guī)程檢定各載荷點(diǎn)、偏載測試、重復(fù)性測試等一系列檢測下來，一臺電子秤人工多次搬動(dòng)取放砝碼達(dá)50 kg以上，手工作業(yè)效率低、安全性差、工作強(qiáng)度高、耗時(shí)長，加上商戶藏匿電子秤等，造成市場管理員發(fā)現(xiàn)作弊衡器困難，執(zhí)法人員對作弊衡器取證困難，檢測人員檢測時(shí)取樣困難。

作弊秤有技術(shù)手段和非技術(shù)手段作弊。作弊秤的操作，主要分為小型的電子秤和大型的電子汽車衡的操作，電子秤基本是按鍵操作，電子汽車衡基本是遙控操作。在此僅針對電子秤的技術(shù)作弊手段剖析，例如將5 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼置于電子秤的秤盤上時(shí)，可進(jìn)行各種按鍵輸入測試，如測試常用的作弊按鍵M1、M2、空格鍵或組合鍵等，如秤的重量窗口數(shù)字將有變化，即按鍵測試會出現(xiàn)增減重量情況，就是作弊秤。

面對市場里密密麻麻的人群，面對一個(gè)集貿(mào)市場幾百臺電子秤，反作弊行動(dòng)迫在眉睫，反作弊手段要求快、準(zhǔn)、精。現(xiàn)研制設(shè)計(jì)電子秤防作弊快速核查裝置，既解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在電子秤檢測運(yùn)輸不夠便捷的缺點(diǎn)，也保證作弊秤檢測的公開，也利于市場管理人員對電子秤的日常檢查，以保證公平貿(mào)易，減少管理人員負(fù)擔(dān)，作為計(jì)量稱重工作的補(bǔ)充，能彌補(bǔ)計(jì)量專業(yè)檢測人員不足。

2 裝置及技術(shù)方案的介紹

本裝置充分遵循稱重要求的幾大要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，電子秤防作弊快速核查裝置包括：

（1）參照圖1，主支座1的兩側(cè)均通過第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有左右支座2，第一轉(zhuǎn)軸外壁套設(shè)有扭簧3，扭簧3的一端與左右支座(2)固定連接，扭簧2的另一端與主支座1固定連接，主支座1的頂部固定安裝有主支柱4，主支柱4的一側(cè)設(shè)置有力臂5，力臂5的一側(cè)固定安裝有減速電機(jī)7；減速電機(jī)7的輸出軸一端通過第二轉(zhuǎn)軸固定安裝有收卷輪8，收卷輪的外壁收卷有履帶式鏈條9，履帶式鏈條9的另一端設(shè)置有V形環(huán)10，V形環(huán)10的另一端設(shè)置有專用砝碼11。力臂安裝有減速電機(jī)，減速電機(jī)負(fù)責(zé)專用砝碼的起降作用，通過履帶式鏈條和V形環(huán)執(zhí)行。支撐機(jī)構(gòu)的功能：主要保證用于執(zhí)行檢查任務(wù)的專用砝碼平穩(wěn)、精確、快速的放在被檢電子秤指定位置上，并自動(dòng)脫離、無觸碰。為此本機(jī)構(gòu)采用勻速緩型電機(jī)、寬型提升帶、v型連接器，以確保砝碼與電子秤非撞擊式接觸、砝碼被提放時(shí)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)晃動(dòng)、定位準(zhǔn)確；被放下后完全分離。

圖1 裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 裝置的另一視角結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 為裝置收納狀態(tài)三維結(jié)構(gòu)示意圖

（2）參照圖1，傳感器系統(tǒng)6橋接在力臂5上，傳感系統(tǒng)6包括傳感器6-A和儀表6-B。傳感器具體為中航電測的L6D稱重傳感器。力臂的另一側(cè)有光電開關(guān)23；傳感系統(tǒng)功能是實(shí)現(xiàn)對重量的感知，控制、執(zhí)行著各項(xiàng)的啟停任務(wù)。

（3）參照圖4，轉(zhuǎn)動(dòng)組件，轉(zhuǎn)動(dòng)組件設(shè)置于主支柱4和力臂5之間，轉(zhuǎn)動(dòng)組件用于實(shí)現(xiàn)力臂的轉(zhuǎn)動(dòng)與固定。轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括固定安裝于力臂一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)筒16，主支柱4的兩側(cè)均固定安裝有固定板22，轉(zhuǎn)動(dòng)筒16轉(zhuǎn)動(dòng)連接于兩個(gè)固定板22之間，轉(zhuǎn)動(dòng)筒16的一側(cè)內(nèi)壁固定安裝有固定環(huán)21，固定環(huán)21的一側(cè)固定安裝有齒輪卡塊20，其中一側(cè)固定板22內(nèi)滑動(dòng)貫穿有按壓桿19，按壓桿19的另一端貫穿齒輪卡塊20和固定環(huán)21，按壓桿19的另一端固定安裝有齒輪卡座18，齒輪卡座18位于轉(zhuǎn)動(dòng)筒16內(nèi)部，齒輪卡座18與齒輪卡塊20相配合，齒輪卡座18的一側(cè)固定安裝有復(fù)位彈簧17，復(fù)位彈簧17的另一端與轉(zhuǎn)動(dòng)筒16的一側(cè)內(nèi)壁相抵接。此方案可實(shí)現(xiàn)對力臂5進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的限制，方便在裝置使用時(shí)完成對力臂5的支撐，且操作簡單，方便使用。

圖4 為裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)組件結(jié)構(gòu)示意圖

（4）參照圖1，支柱4的一側(cè)開設(shè)有通孔，通孔內(nèi)部通過第三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有攝像頭12，攝像頭12與第三轉(zhuǎn)軸的連接處設(shè)置有阻尼軸承13。此方案可對待檢測的電子秤的電子顯示屏進(jìn)行拍攝監(jiān)測，可保證檢測工作的公正公開，同時(shí)還有利于用戶進(jìn)行檢測結(jié)果的獲取，且攝像頭12的調(diào)節(jié)角度范圍大，方便用戶使用。攝像系統(tǒng)與被檢電子秤的顯示面板設(shè)定距離，且設(shè)定傾角，以確保拍攝焦距，從而保證拍攝的清晰度。

（5）參照圖3，兩個(gè)左右支座2的一側(cè)均固定安裝有弧形固定套15，兩個(gè)所述弧形固定套15均與收卷輪8相配合。此方案可使兩個(gè)左右支座2能夠通過固定套15對收卷輪8進(jìn)行固定，能夠避免收卷輪在移動(dòng)裝置時(shí)出現(xiàn)較大晃動(dòng)，同時(shí)還可為收卷輪8提供保護(hù)。

（6）參照圖2，主支座1的一側(cè)固定安裝有收納盒14，所述收納盒14內(nèi)設(shè)置有抽屜。此方案可方便對用戶進(jìn)行物品的收納，方便用戶在使用時(shí)快速獲取相應(yīng)的物品，便于使用。使用結(jié)束后，用戶可對該裝置進(jìn)行折疊收納，同時(shí)還可將履帶式鏈條、V形環(huán)、專用砝碼等物品收納與收納盒中，方便攜帶。

（7）參照圖1，2-A錐形腳是固定作用，主支座和左右支座下各一個(gè)錐形腳2-A.錐形腳是保證裝置的穩(wěn)定。

3 原理技術(shù)闡述

3.1 裝置支撐結(jié)構(gòu)

本裝置經(jīng)過校準(zhǔn)后，在現(xiàn)場無需特別安裝，展開支架，打開開關(guān)，掛上專用砝碼，即可使用。該裝置可對砝碼進(jìn)行準(zhǔn)確的定位擺放，方便對被檢測的電子秤進(jìn)行檢測。履帶式金屬鏈以及連接的V型環(huán)將專用砝碼緩慢下放，當(dāng)專用砝碼到達(dá)電子秤的秤臺上，砝碼停止下行，V形環(huán)沿著原垂直方向繼續(xù)下行至脫離，這時(shí)V形環(huán)和專用砝碼的半圓掛鉤處于凈脫離狀態(tài)。即當(dāng)砝碼完全放置電子秤臺面的一瞬間，傳感系統(tǒng)將獲得無懸掛重物的信號，此時(shí)即向電機(jī)發(fā)送停止運(yùn)行的指令1號，當(dāng)電機(jī)獲得該指令后停止運(yùn)行，此時(shí)V型掛鉤，正好處于專用砝碼半圓環(huán)中間位置，相互之間完全脫離時(shí)，既不影響砝碼的稱重，又確保了回收提升砝碼時(shí)不受到其他的干擾，隨后系統(tǒng)會自動(dòng)產(chǎn)生起吊動(dòng)作。與此同時(shí)攝像機(jī)也獲得指令1號，攝像系統(tǒng)在獲得拍攝的脈沖信號即刻拍攝記錄下來電子秤的顯示值。

起吊連接結(jié)構(gòu)包括履帶式鏈帶以及V型連接環(huán)。在砝碼投放以及收起的過程中，履帶式鏈條與單一金屬鏈條相比，在運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)式搖擺，從而保證了V型環(huán)不會位移，從而V型環(huán)在與砝碼圈脫開時(shí)不會造成觸碰，影響結(jié)果。V型環(huán)的主要功能在于V型結(jié)構(gòu)使得專用砝碼環(huán)在重力的作用下始終保持定點(diǎn)的位置。

3.2 傳感系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)是橋接在力臂上，打開裝置開關(guān)，掛上砝碼時(shí)，觸發(fā)電機(jī)開始向下緩降，延續(xù)至該傳感系統(tǒng)感知到大的重量差值信號，會發(fā)出脈沖，觸發(fā)減速電機(jī)關(guān)閉。傳感系統(tǒng)包括傳感器和儀表。

3.3 接近開關(guān)

力臂上減速電機(jī)盤有一接近開關(guān)；砝碼使用結(jié)束后，當(dāng)減速機(jī)反向運(yùn)行，到達(dá)設(shè)定區(qū)域時(shí)，接近開關(guān)會命令減速機(jī)停止運(yùn)作。

3.4 專用砝碼選擇5 kg載荷

電子秤按照檢定規(guī)程檢定，其中一個(gè)步驟是稱量檢定至少要選擇5個(gè)不同的載荷點(diǎn)。如最大秤量為30 kg,分度值為10 g的電子秤所選定的載荷點(diǎn)中，應(yīng)包括：200 g、5 kg、15 kg、20 kg、30 kg五個(gè)載荷點(diǎn)；在此選擇常用的便捷適用的5 kg砝碼，用來檢測電子秤5 kg的載荷點(diǎn)的稱重性能，如該載荷點(diǎn)不合格，就可判斷電子秤不合格：同時(shí)加載5 kg砝碼后，再對該點(diǎn)進(jìn)行人工操作按鍵的測試，此時(shí)如出現(xiàn)重量窗顯示值的變化即判斷為可操作的衡器，斷定為作弊秤。同時(shí)該裝置記錄下這臺電子秤的稱重問題，鑒別這臺電子秤有無作弊現(xiàn)象。

3.5 攝像機(jī)工作原理

根據(jù)攝像機(jī)的原理，本攝像機(jī)工作采用定焦拍攝，拍攝焦距定在以攝像機(jī)到控制面板之間，以顯示窗口為焦點(diǎn)，將攝像機(jī)固定在主支柱上，按一定傾角安裝，主支座與被檢測的電子秤相嵌后、距離相對一致，攝像機(jī)的拍攝開關(guān)可采用電子開關(guān)，受光電開關(guān)觸發(fā)控制或儀表數(shù)據(jù)變化控制。攝像機(jī)光電開關(guān)安裝在攝像機(jī)的上端中部。

3.6 顯示窗數(shù)字識別

它以模式識別、計(jì)算機(jī)視覺的等技術(shù)為基礎(chǔ)，對攝像機(jī)拍攝的顯示窗圖像或視頻序列進(jìn)行分析，通過一些后續(xù)處理手段可以自動(dòng)處理，其軟件核心包括顯示窗定位算法，字符分割算法和光字字符識別算法等。當(dāng)被檢電子秤擺放在兩主支座之間時(shí)，觸發(fā)圖像采集單元，采集當(dāng)前的視頻圖像。顯示窗識別單元對圖像進(jìn)行處理，定位出顯示窗位置，再將顯示窗中的字符分割出來識別，然后組成可加減比較的數(shù)字形式輸出，在儀表中二次運(yùn)算。

3.7 預(yù)設(shè)值植入儀表

預(yù)設(shè)值是當(dāng)下所用的砝碼標(biāo)稱值加減修正值的值以及附加小砝碼按計(jì)量規(guī)程公式計(jì)算預(yù)先將初始數(shù)值植入儀表，以便與加載砝碼后拍攝的顯示值運(yùn)算使用。運(yùn)算中心，指令中心就設(shè)在儀表上。本裝置目前誤差的判定采取雙重判別方式：根據(jù)拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，判別重量超差；數(shù)字圖像處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字，并于儀表中預(yù)設(shè)值運(yùn)算后進(jìn)行比對判別超差。

4 結(jié)束語：裝置的應(yīng)用前景

文章就當(dāng)下農(nóng)貿(mào)市場衡器存在的問題，不在于管理人員不力，也不在于管理人員不夠，而在于科技管理能力落后，在于管理陷入了條條框框之中。用計(jì)量檢定規(guī)程全量程來檢定大規(guī)模的小型衡器，必然造成專業(yè)檢測人員不足，檢測設(shè)備不足，檢測時(shí)間不足。因此根據(jù)規(guī)程的理論，文章提出著重檢測一個(gè)載荷點(diǎn)，用規(guī)程計(jì)算的方法判別這個(gè)載荷點(diǎn)，判斷這個(gè)載荷點(diǎn)是否合格以及快速核查問題衡器特別是作弊衡器。同時(shí)加上網(wǎng)絡(luò)通訊的手段，以及現(xiàn)代科技的手段，把數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字化控制，數(shù)字化采集、拍攝記錄保存，形成一個(gè)完整的證據(jù)鏈。

該裝置不僅僅是對電子秤防作弊快速核查，對工礦生產(chǎn)來說，促進(jìn)產(chǎn)品配方準(zhǔn)確、對生產(chǎn)現(xiàn)場急需解決的判別稱重問題，本裝置能迅速派上用場，擺脫工作人員的高強(qiáng)度工作，也擺脫了計(jì)量檢測時(shí)間和生產(chǎn)時(shí)間不一致，保質(zhì)保量不耽誤生產(chǎn)時(shí)間，對生產(chǎn)的計(jì)量工作是有效的補(bǔ)充；對商貿(mào)交易來說，保證交易公平，做到有疑點(diǎn)隨時(shí)查驗(yàn)，對問題舉報(bào)及時(shí)回應(yīng)，是很好的核查手段。

該裝置可拓展利用軟件編程，控制相應(yīng)的動(dòng)作，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，可運(yùn)用于無人現(xiàn)場，運(yùn)用于高污染的工作場所，執(zhí)行便捷快速智能化的檢測核查工作，具有推廣意義。