如何設(shè)計指針式壓力表的自動校準(zhǔn)檢定系統(tǒng)

1、系統(tǒng)設(shè)計原型
基于國家檢定規(guī)程對壓力表的校準(zhǔn)檢定項(xiàng)目和校準(zhǔn)檢定流程的要求，通過各環(huán)節(jié)的自動化設(shè)計，搭建指針式壓力表自動儀器校準(zhǔn)檢定系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本構(gòu)架如圖1所示。

(1)通過標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器實(shí)現(xiàn)壓力自動控制，根據(jù)被檢表量程和檢定點(diǎn)的設(shè)置自動升壓/降壓至儀器校準(zhǔn)檢定點(diǎn)。
(2)通過工業(yè)照相機(jī)自動拍攝儀表表盤，應(yīng)用后臺圖像識別程序自動識別儀表示值讀數(shù)。
(3)通過PLC控制器驅(qū)動輕敲裝置，模擬人工輕敲表殼的動作。
(4)通過后臺軟件實(shí)現(xiàn)對儀器校準(zhǔn)檢定數(shù)據(jù)的自動處理以及對儀器校準(zhǔn)檢定流程的全面控制。

2、壓力輸出單元設(shè)計
壓力輸出單元的核心為自動標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器，由高精度壓力傳感器、壓力控制單元、信號處理反饋單元、顯示輸出通訊單元、壓力管路分配器、殼體結(jié)構(gòu)等組成，工作原理如圖2所示。壓力發(fā)生器控制電磁閥，將壓力系統(tǒng)中的輸出壓力調(diào)整至設(shè)定目標(biāo)壓力的控制保持極限范圍，并且繼續(xù)主動將壓力控制在目標(biāo)值附近。壓力輸出單元的集成可以直接選擇市場上成熟的模塊化壓力控制器配以滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器模塊和壓力源，F(xiàn)LUKE、GE、康斯特等主要廠商可以提供成套的產(chǎn)品解決方案。

3、機(jī)器視覺自動檢測單元設(shè)計
機(jī)器視覺自動檢測單元設(shè)計主要包括:照明設(shè)計、鏡頭選型、相機(jī)選型和視覺識別算法開發(fā)等幾個方面。

3.1、照明設(shè)計
照明是影響視覺檢測系統(tǒng)輸入的重要因素，直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。目前主流的光源包括:環(huán)形光源、背光源、條形光源、同軸光源等，通過實(shí)驗(yàn)表明條形光源是適合儀表檢測的最佳光源，在條形光源下采集的圖像需要檢測的目標(biāo)特征與需要忽略的圖像特征對比度大，易于算法檢測;亮度也可以達(dá)到足夠的亮;魯棒性也較好，條形光源的安裝位置和角度的適應(yīng)性都比較好。

3.2、鏡頭選型
鏡頭的選擇主要注意一下幾點(diǎn):焦距、目標(biāo)高度、影像高度、放大倍數(shù)等，為了減少物距變化對采集圖像的影響，系統(tǒng)選擇遠(yuǎn)心鏡頭。

3.3、相機(jī)選型
按照不同標(biāo)準(zhǔn)，相機(jī)可分為標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī);根據(jù)不同的應(yīng)用場景相機(jī)又分為線掃描相機(jī)和面陣相機(jī)。結(jié)合儀器校準(zhǔn)檢定工作環(huán)境，推薦選擇面陣的CCD相機(jī)。根據(jù)表盤的檢測精度選擇相機(jī)的分辨率:相機(jī)像素精度=單方向視野范圍大小/相機(jī)單方向分辨率。則相機(jī)單方向分辨率=單方向視野范圍大小/理論精度。譬如:若單視野為5mm長，理論精度為0.02mm，則單方向分辨率為250。然而為增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，不會只用一個像素單位對應(yīng)一個測量/觀察精度值，可以選擇倍數(shù)4或更高。

3.4、視覺識別算法
算法設(shè)計的基本流程為:圖像預(yù)處理、獲取感興趣區(qū)域、目標(biāo)檢測和識別、后處理、結(jié)果判定。首先，對輸入圖像進(jìn)行預(yù)處理(如去噪、增強(qiáng)及旋轉(zhuǎn)矯正)，得到的圖像利于后續(xù)檢測和識別;然后，獲取預(yù)處理后圖像的局部感興趣區(qū)域，在局部感興趣區(qū)域圖像上執(zhí)行檢測算法。根據(jù)儀器校準(zhǔn)檢定要求，需視覺識別主要為表盤量程和指針讀數(shù)

(1)表盤量程識別壓力表量程檢測重點(diǎn)在于能夠準(zhǔn)確檢測或計算出滿量程位置的數(shù)值。提取出滿量程位置圖像后，采用基于深度學(xué)習(xí)的數(shù)字識別方法對滿量程值進(jìn)行識別，具體步驟如下:①檢測數(shù)字區(qū)域;②對數(shù)字進(jìn)行分割，得到單個數(shù)字;③采用基于深度學(xué)習(xí)的數(shù)字識別算法，識別出單個數(shù)字;④將單個數(shù)字進(jìn)行后處理、拼接，得到滿量程數(shù)值?？紤]到可能有遮擋、臟污、模糊等因素的干擾，在檢測過程中可增加一處感興趣區(qū)域，如量程中間區(qū)域，檢測出量程中間值的示數(shù)，通過計算得到最大量程。

(2)指針讀數(shù)識別獲取壓力表讀數(shù)有兩種方式，通過兩種方式計算出示數(shù)值后，可對二者進(jìn)行結(jié)果融合，得到最終讀數(shù)。方法1:檢測出指針指向位置，通過計算其與滿量程的占比計算出示數(shù)值，具體如下:①檢測指針并對其直線擬合;②計算指針相對于零點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角度;③計算指針旋轉(zhuǎn)角相對滿量程角度的占比;④按比例計算出示數(shù)值。方法2:檢測出指針指向位置和表盤刻度，根據(jù)指針落在表盤刻線的區(qū)間計算示數(shù)值。

4、輕敲模擬單元設(shè)計
采用PLC控制器控制微型電機(jī)，由微型電機(jī)驅(qū)動輕敲小錘，模擬人手的輕敲動作。使用PVC錘頭，保證敲擊接近手感。軟件發(fā)送一個指令，即完成一組敲擊，一組敲擊次數(shù)及頻率可配置修改。