基于数字图像测量技术的多工位压力仪表自动校验系统的研制

王超 陈康 张临 金肖锋

摘 要：為了解决压力表等量大面广指针式仪表的量值溯源，设计一套基于数字图像测量技术的多工位自动检定系统。本文介绍系统的整体结构，通过合理的机构设计，优化供油泵和管路的结构，提出一种基于当前压力值与设定值之间逼近程度的压力模糊逼近控制方法，实现对标准压力值的有效控制;通过搭建基于CCD镜头的图像采集系统，实现对被测压力表数值的自动图像采集，利用计算机进行图像数据处理和计算从而实现合格判定，保证测量精度，提高检测效率。

关键词：图像识别;多工位压力表;自动校验系统

1 引言

压力表结构简单，使用方便，广泛应用于各种领域。为了保证压力仪表的准确度、可靠性等性能指标，根据国家规定，每年都要对这些仪表进行检定。本文目的在于运用活塞式压力计和压力传感器技术相结合的思想，设计和开发了一套自动压力校验系统，使其能够自动产生压力校验时所需的标准压力值，并通过CCD镜头自动读取被测仪表压力值，实现对压力仪表进行全量程范围内的自动压力校验工作，以提高检表精度和效率，减轻检定人员重复、繁重的工作。

2 自动校验系统的硬件组成

检定系统采用型号为DPI610智能压力校验仪，安装一台工作稳定、性能优良的正压泵，配合标准压力表可以实现检定过程中标准值的有效提供。该系统可以实现四台压力表的同时检定，通过对应摄像头实时对表盘表面指针进行数据采集，最后由电脑根据采集数据进行计算实现合格判定。图1为该系统硬件组成部分。

根据JJG52-2013《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程》相关规定，检定系统采用“直接比较法”，即将标准表的值导入电脑作为标准器，图像识别被检表得测量值，通过比较测量得出对应参考点的示值误差。具体流程图2所示：

初始化与自检状态。检测和标准压力表及上位机电脑通信是否正常，如果不正常则转入故障保护状态;关闭所有执行机构的驱动;检测压力是否已归零，如果没有归零则控制压力归零，如果压力归零超时则转入故障保护状态。

空闲等待状态。初始化检测成功，等待接受来自上位机的降压和升压命令。

造压状态。如果已收到造压命令，则控制PLC驱动造压电机转动造压;如果达不到指定的压力值或造压超时，则转入故障保护状态。

造压成功，通知上位机读取轻敲前的表盘读数。

上位机读取轻敲前的表盘读数完成，驱动轻敲机构轻敲表盘。

轻敲完成，通知上位机读取轻敲后的表盘读数。

上位机读取轻敲后的表盘读数完成，转到空闲等待状态，如果30秒内没有接到造压命令，将压力归零，继续等待造压命令。

4 标准压力的获得

标准压力的获得准确度和获得时间直接影响整个压力表的检测效率。本文模拟人工造压，可实现快速准确的标准压力。通过监控获得当前标准表压力与目标压力之差ΔP，预设系数k，实现当前与目标压力差的很大时，驱动电机转的快一点;如果相差很少，那么就驱动电机慢点转，直至无限逼近目标压力值。达到目标压力值的时间和造压精度有关，造压精度越高，耗费的时间也就越多。

5 图像识别数据采集

视觉检测自动压力表校验软件采用标准化数据采集和交互架构，可以全自动控制压力升降，支持0-60MPA以内的所有量程的压力表校验，多线程从四个摄像头采集数据分析压力表读数，软件界面如图4所示：

6 视觉检测过程

首先将图像转化为灰度图，并使用canny算子进行边缘检测，从而提取目标图像轮廓线。  然后将图像进行膨胀腐蚀，排除一些细微干扰，使得原来的二值图像降低存储大小。

使用霍夫变换检测图像中的直线，并且根据预设半径圆心对检测的直线进行筛选，得到代表指针边缘的两条轮廓线。

最后，根据标定的零点和顶点计算出目标指针当前指向的读数。通过人眼识别，该处理过程基本与人工压力表读数一致。

7 实验结果

为了验证系统自动检测结果的合理性，选择量程（0～6）MPa，编号为：96.3.8727，重复测量3次，实验数据与台州市计量技术研究院0.05级活塞式压力计标准装置测量进行数据比对，结果如下表3所示：

从表中可以发现：标准压力表的控制精度<0.1%;被检表测量重复性<0.2%;图像识别测量结果与计量标准装置测量结果之差<0.5%;测量精度满足准确度等级1.0-4.0级普通压力表的日常检定工作。

8 结论

（1）基于数字图像测量技术的多工位压力仪表自动校验系统，极大减轻了检定人员的工作量，四个工位同时检测大大的提高了检测效率。

（2）提出一种基于当前压力值与设定值之间的逼近程度的压力模糊逼近控制方法，实现标准压力值得有效控制，保证标准压力的输出精度。

（3）搭建基于CCD镜头的图像采集系统，利用视觉图像处理技术，实现被测压力表数值的自动图像采集保存，利用计算机实现数值的计算和处理，提高检测效率。

参考文献

[1]JJG52-2013《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程》.国家质量监督检验检验总局.

作者简介：

王超，男，工程师。工作单位：台州市计量技术研究院

陈康、张临、金肖锋，台州市计量技术研究院（318000）