數(shù)字多用表智能檢測(cè)的實(shí)踐與思考

陳敏怡 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

隨著電子技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外，計(jì)量檢定校準(zhǔn)都已呈現(xiàn)自動(dòng)化趨勢(shì)，為了提高工作效率，研究出一套性價(jià)比高符合鐵路安全性要求的數(shù)字多用表智能檢測(cè)裝置勢(shì)在必行。

1 現(xiàn)有的校準(zhǔn)方法和缺陷

現(xiàn)有的數(shù)字多用表校準(zhǔn)工作是由校準(zhǔn)人員完成接線后，手動(dòng)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)源逐點(diǎn)、逐檔升流、升壓至測(cè)量點(diǎn)，人工隨各點(diǎn)、各檔讀取數(shù)字多用表顯示值和標(biāo)準(zhǔn)源示值，填寫原始記錄，評(píng)定各點(diǎn)的測(cè)量不確定度，最后完成校準(zhǔn)證書。

在數(shù)字多用表校準(zhǔn)中，主要有以下兩個(gè)缺陷：一是校準(zhǔn)工作效率低，由于其功能多，校準(zhǔn)點(diǎn)繁雜，因而存在著大量的重復(fù)勞動(dòng)，耗時(shí)耗力；二是數(shù)據(jù)處理出錯(cuò)概率較高，由于數(shù)字多用表各量程準(zhǔn)確度不一，有時(shí)根據(jù)顧客需要不僅需要評(píng)定各點(diǎn)的不確定度，還需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差計(jì)算及處理，不但工作強(qiáng)度大，對(duì)校準(zhǔn)人員的素質(zhì)要求也非常高，極易造成粗大誤差。

2 數(shù)字多用表智能檢測(cè)需求

一是視覺系統(tǒng)自動(dòng)采集各種不同型號(hào)數(shù)字多用表的產(chǎn)品圖像以及處理讀取各種不同型號(hào)數(shù)字多用表的表盤數(shù)據(jù)（數(shù)顯）。

二是讀取的數(shù)據(jù)可上傳至2.0信息系統(tǒng)中。

三是根據(jù)多功能標(biāo)準(zhǔn)源廠家給出的產(chǎn)品協(xié)議能控制多功能標(biāo)準(zhǔn)源輸出信號(hào)，并讀取該信號(hào)數(shù)據(jù)上傳至2.0 信息系統(tǒng)中

四是進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并保存數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成Word 文檔用于校準(zhǔn)證書上傳附件。注：視覺系統(tǒng)為單一模板可套用市面上絕大多數(shù)手持式數(shù)字多用表，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到100%。

3 數(shù)字多用表智能檢測(cè)的具體問題

首先是關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)器的選擇，數(shù)字多用表一般包含交直流電壓電流及電阻功能，我們一般選擇多功能標(biāo)準(zhǔn)源作為標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，而有些廠家的多功能標(biāo)準(zhǔn)源只有固定電阻，沒有可變電阻，也有些廠家的多功能標(biāo)準(zhǔn)源沒有數(shù)據(jù)接口不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以考慮到智能檢測(cè)的需要，我們應(yīng)該選用有可變電阻輸出功能和有數(shù)據(jù)接口的多功能標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行校準(zhǔn)。另外根據(jù)對(duì)站段數(shù)字多用表的前期調(diào)研，我們可以根據(jù)站段數(shù)字多用表的測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度等級(jí)選擇合適測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度等級(jí)的多功能標(biāo)準(zhǔn)源。一般可以選用福祿克電子儀器儀表公司或?yàn)H坊華光電子儀表有限公司的多功能標(biāo)準(zhǔn)源。

其次是數(shù)字多用表智能檢測(cè)自動(dòng)化程度的要求，是否需要自動(dòng)接線和自動(dòng)對(duì)數(shù)字多用表進(jìn)行換擋。考慮到后續(xù)的推廣和性價(jià)比的要求，我們一般不采用機(jī)械臂進(jìn)行自動(dòng)接線和換擋。然而我們是不是可以先將校準(zhǔn)電壓電流電阻時(shí)所需的接線先全部接好再進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣就避免交直流電壓電流電阻項(xiàng)目切換時(shí)重復(fù)換線，節(jié)省了時(shí)間。經(jīng)過試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)有些多功能標(biāo)準(zhǔn)源可以這樣操作，而有些則不可以這樣操作。那么對(duì)于無法這樣操作的多功能標(biāo)準(zhǔn)源，我們可以嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)由PLC 控制的繼電器，通過繼電器控制線路的通斷，從而避免了進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換以及電壓電流電阻轉(zhuǎn)換時(shí)的插拔導(dǎo)線，節(jié)省了工作時(shí)間，提高了自動(dòng)化程度。

然后是關(guān)于數(shù)字多用表的圖像識(shí)別。由于我們通常校準(zhǔn)的手持式數(shù)字多用表都沒有數(shù)據(jù)接口不能直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，所以我們一般采用圖像識(shí)別的辦法將數(shù)據(jù)采集錄入到系統(tǒng)中。數(shù)字多用表的廠家型號(hào)的不同導(dǎo)致顯示屏尺寸顏色字體等都各有不同，另外數(shù)字多用表的讀數(shù)一般不太穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)圖像，這些因素都會(huì)對(duì)圖像識(shí)別造成影響。由于這些因素的影響，不同種的數(shù)字多用表我們一般要采用不同的模板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。一般數(shù)字多用表的識(shí)別過程是先提取攝像頭的一幀數(shù)據(jù)，然后對(duì)這幅圖像做處理，由于數(shù)字多用表數(shù)據(jù)不太穩(wěn)定，一般會(huì)有一個(gè)達(dá)到穩(wěn)定的過程，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們可以選擇讀取標(biāo)準(zhǔn)源信號(hào)輸出10 s 后的顯示屏顯示的數(shù)據(jù)。具體步驟可以簡(jiǎn)單地概括為：第一步是將相機(jī)抓取圖像進(jìn)行灰度處理；第二步是圖像預(yù)處理，進(jìn)行圖像增強(qiáng)提高對(duì)比度；第三步是確立感興趣區(qū)域，獲取數(shù)字所在區(qū)域；第四步是提取數(shù)字所在區(qū)域；第五步是基于數(shù)字多用表橫向和豎向數(shù)顯長(zhǎng)度不一致將區(qū)域進(jìn)行分類提取，獲取橫向區(qū)域和豎向區(qū)域；第六步是對(duì)提取出來的區(qū)域進(jìn)行膨脹，使得橫向區(qū)域和豎向區(qū)域在拐角處能連接；第七步是求解膨脹以后區(qū)域和提取的數(shù)字區(qū)域交集，將由橫豎組成的數(shù)字形成同一個(gè)連通域；第八步是對(duì)數(shù)字區(qū)域按照列從左到右進(jìn)行排序；第九步是讀取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練文件，進(jìn)行數(shù)字識(shí)別，獲取識(shí)別數(shù)組；第十步是根據(jù)區(qū)域中橫縱坐標(biāo)位置以及區(qū)域的面積、圓度等特征進(jìn)行小數(shù)點(diǎn)位置判定；第十一步是計(jì)算識(shí)別結(jié)果并顯示。

最后是關(guān)于數(shù)字多用表智能檢測(cè)模板的建立，數(shù)字多用表有很多的規(guī)格型號(hào)，將所有的規(guī)格型號(hào)的表都編寫好模板是不符合實(shí)際的，所以我們要進(jìn)行前期的調(diào)研，調(diào)查站段使用的數(shù)字多用表多是哪幾種型號(hào)規(guī)格，優(yōu)先將這些常用規(guī)格型號(hào)的數(shù)字多用表的模板建立起來，其他不常用的數(shù)字多用表的模板可以在以后添加。

4 數(shù)字多用表智能檢測(cè)的步驟

儀表辦理收件登記后, 流轉(zhuǎn)分配到檢定員，檢定員取號(hào)后將儀表放在校準(zhǔn)臺(tái)上，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件，可關(guān)聯(lián)到我們的計(jì)量2.0 信息系統(tǒng)，根據(jù)儀表的型號(hào)選擇相對(duì)應(yīng)的模板，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選取校準(zhǔn)點(diǎn)，點(diǎn)擊軟件上的相關(guān)按鈕自動(dòng)控制多功能標(biāo)準(zhǔn)源輸出信號(hào)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⑾到y(tǒng)中，10s 后攝像機(jī)讀取數(shù)字多用表顯示屏顯示讀數(shù)，并自動(dòng)進(jìn)行圖像識(shí)別，將識(shí)別的數(shù)據(jù)傳輸至信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的誤差計(jì)算和相應(yīng)不確定度的評(píng)定，切換項(xiàng)目時(shí)，可通過繼電器控制線路通斷，完成線路的切換，最后校準(zhǔn)結(jié)束后，自動(dòng)保存數(shù)據(jù)并上傳信息系統(tǒng)，自動(dòng)生成原始記錄和證書。

5 創(chuàng)新數(shù)字多用表全自動(dòng)檢測(cè)的思考

不考慮性價(jià)比的問題, 我們可以用機(jī)器臂完成全自動(dòng)化的檢測(cè)，通過機(jī)械臂自動(dòng)完成接線進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)用機(jī)械臂對(duì)數(shù)字多用表進(jìn)行換擋調(diào)至各個(gè)量程，標(biāo)準(zhǔn)源自動(dòng)輸出信號(hào)并傳輸至系統(tǒng)中，通過圖像識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)讀取讀數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并提交結(jié)論生成原始記錄和校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)完成后自動(dòng)拆線。另外為了提高工作效率，我們還可以考慮同時(shí)或接連進(jìn)行多臺(tái)數(shù)字多用表的校準(zhǔn)。由于同時(shí)校準(zhǔn)多臺(tái)數(shù)字多用表可能造成負(fù)載大影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以我們一般采取接連自動(dòng)檢測(cè)多臺(tái)數(shù)字多用表的方式，具體流程是多臺(tái)數(shù)字多用表辦理好收件登記后，在表上貼上對(duì)應(yīng)的信息系統(tǒng)中的二維碼標(biāo)簽，分配至檢定員，檢定員取號(hào)后, 由機(jī)器臂從待校中轉(zhuǎn)箱中抓取儀表到傳送帶，由傳送帶將儀表送到校準(zhǔn)臺(tái)，通過抓取機(jī)構(gòu)將儀表放到校準(zhǔn)位，系統(tǒng)自動(dòng)掃描二維碼標(biāo)簽獲取數(shù)字多用表相關(guān)信息，已建立模板的數(shù)字多用表可以自動(dòng)調(diào)取對(duì)應(yīng)模板進(jìn)行校準(zhǔn)，沒有對(duì)應(yīng)模板的數(shù)字多用表應(yīng)先建立相應(yīng)的模板后才能開始自動(dòng)校準(zhǔn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

這就是我對(duì)于數(shù)字多用表智能檢測(cè)的一些思考，在后續(xù)的項(xiàng)目研究中，我還會(huì)通過一次次的試驗(yàn)吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，不斷完善數(shù)字多用表智能檢測(cè)的方案，通過多方合作，最終做成一個(gè)性價(jià)比高，安全性能高，更加實(shí)用，推廣性更強(qiáng)的智能檢測(cè)裝置。