數字多用表智能檢測的實踐與思考

陳敏怡 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

隨著電子技術和計算技術的發展，在國內外，計量檢定校準都已呈現自動化趨勢，為了提高工作效率，研究出一套性價比高符合鐵路安全性要求的數字多用表智能檢測裝置勢在必行。

1 現有的校準方法和缺陷

現有的數字多用表校準工作是由校準人員完成接線后，手動調節標準源逐點、逐檔升流、升壓至測量點，人工隨各點、各檔讀取數字多用表顯示值和標準源示值，填寫原始記錄，評定各點的測量不確定度，最后完成校準證書。

在數字多用表校準中，主要有以下兩個缺陷：一是校準工作效率低，由于其功能多，校準點繁雜，因而存在著大量的重復勞動，耗時耗力；二是數據處理出錯概率較高，由于數字多用表各量程準確度不一，有時根據顧客需要不僅需要評定各點的不確定度，還需要對原始數據進行誤差計算及處理，不但工作強度大，對校準人員的素質要求也非常高，極易造成粗大誤差。

2 數字多用表智能檢測需求

一是視覺系統自動采集各種不同型號數字多用表的產品圖像以及處理讀取各種不同型號數字多用表的表盤數據（數顯）。

二是讀取的數據可上傳至2.0信息系統中。

三是根據多功能標準源廠家給出的產品協議能控制多功能標準源輸出信號，并讀取該信號數據上傳至2.0 信息系統中

四是進行統計分析，并保存數據，自動生成Word 文檔用于校準證書上傳附件。注：視覺系統為單一模板可套用市面上絕大多數手持式數字多用表，數據采集準確度應達到100%。

3 數字多用表智能檢測的具體問題

首先是關于標準器的選擇，數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準源作為標準器對其進行檢測，而有些廠家的多功能標準源只有固定電阻，沒有可變電阻，也有些廠家的多功能標準源沒有數據接口不能實現自動控制，所以考慮到智能檢測的需要，我們應該選用有可變電阻輸出功能和有數據接口的多功能標準源進行校準。另外根據對站段數字多用表的前期調研，我們可以根據站段數字多用表的測量范圍和準確度等級選擇合適測量范圍和準確度等級的多功能標準源。一般可以選用福祿克電子儀器儀表公司或濰坊華光電子儀表有限公司的多功能標準源。

其次是數字多用表智能檢測自動化程度的要求，是否需要自動接線和自動對數字多用表進行換擋。考慮到后續的推廣和性價比的要求，我們一般不采用機械臂進行自動接線和換擋。然而我們是不是可以先將校準電壓電流電阻時所需的接線先全部接好再進行校準，這樣就避免交直流電壓電流電阻項目切換時重復換線，節省了時間。經過試驗，我們發現有些多功能標準源可以這樣操作，而有些則不可以這樣操作。那么對于無法這樣操作的多功能標準源，我們可以嘗試設計一個由PLC 控制的繼電器，通過繼電器控制線路的通斷，從而避免了進行交直流轉換以及電壓電流電阻轉換時的插拔導線，節省了工作時間，提高了自動化程度。

然后是關于數字多用表的圖像識別。由于我們通常校準的手持式數字多用表都沒有數據接口不能直接將數據傳輸到系統中，所以我們一般采用圖像識別的辦法將數據采集錄入到系統中。數字多用表的廠家型號的不同導致顯示屏尺寸顏色字體等都各有不同，另外數字多用表的讀數一般不太穩定，會出現跳動，是一個動態圖像，這些因素都會對圖像識別造成影響。由于這些因素的影響，不同種的數字多用表我們一般要采用不同的模板進行數據處理。一般數字多用表的識別過程是先提取攝像頭的一幀數據，然后對這幅圖像做處理，由于數字多用表數據不太穩定，一般會有一個達到穩定的過程，根據經驗我們可以選擇讀取標準源信號輸出10 s 后的顯示屏顯示的數據。具體步驟可以簡單地概括為：第一步是將相機抓取圖像進行灰度處理；第二步是圖像預處理，進行圖像增強提高對比度；第三步是確立感興趣區域，獲取數字所在區域；第四步是提取數字所在區域；第五步是基于數字多用表橫向和豎向數顯長度不一致將區域進行分類提取，獲取橫向區域和豎向區域；第六步是對提取出來的區域進行膨脹，使得橫向區域和豎向區域在拐角處能連接；第七步是求解膨脹以后區域和提取的數字區域交集，將由橫豎組成的數字形成同一個連通域；第八步是對數字區域按照列從左到右進行排序；第九步是讀取神經網絡訓練文件，進行數字識別，獲取識別數組；第十步是根據區域中橫縱坐標位置以及區域的面積、圓度等特征進行小數點位置判定；第十一步是計算識別結果并顯示。

最后是關于數字多用表智能檢測模板的建立，數字多用表有很多的規格型號，將所有的規格型號的表都編寫好模板是不符合實際的，所以我們要進行前期的調研，調查站段使用的數字多用表多是哪幾種型號規格，優先將這些常用規格型號的數字多用表的模板建立起來，其他不常用的數字多用表的模板可以在以后添加。

4 數字多用表智能檢測的步驟

儀表辦理收件登記后, 流轉分配到檢定員，檢定員取號后將儀表放在校準臺上，設計一個自動校準系統軟件，可關聯到我們的計量2.0 信息系統，根據儀表的型號選擇相對應的模板，系統會自動選取校準點，點擊軟件上的相關按鈕自動控制多功能標準源輸出信號并將數據傳輸到信息系統中，10s 后攝像機讀取數字多用表顯示屏顯示讀數，并自動進行圖像識別，將識別的數據傳輸至信息系統中，系統自動進行數據的誤差計算和相應不確定度的評定，切換項目時，可通過繼電器控制線路通斷，完成線路的切換，最后校準結束后，自動保存數據并上傳信息系統，自動生成原始記錄和證書。

5 創新數字多用表全自動檢測的思考

不考慮性價比的問題, 我們可以用機器臂完成全自動化的檢測，通過機械臂自動完成接線進行校準，校準時用機械臂對數字多用表進行換擋調至各個量程，標準源自動輸出信號并傳輸至系統中，通過圖像識別系統自動讀取讀數，將數據傳輸到系統中，系統自動進行數據分析并提交結論生成原始記錄和校準證書，校準完成后自動拆線。另外為了提高工作效率，我們還可以考慮同時或接連進行多臺數字多用表的校準。由于同時校準多臺數字多用表可能造成負載大影響數據的準確性，所以我們一般采取接連自動檢測多臺數字多用表的方式，具體流程是多臺數字多用表辦理好收件登記后，在表上貼上對應的信息系統中的二維碼標簽，分配至檢定員，檢定員取號后, 由機器臂從待校中轉箱中抓取儀表到傳送帶，由傳送帶將儀表送到校準臺，通過抓取機構將儀表放到校準位，系統自動掃描二維碼標簽獲取數字多用表相關信息，已建立模板的數字多用表可以自動調取對應模板進行校準，沒有對應模板的數字多用表應先建立相應的模板后才能開始自動校準。

6 結束語

這就是我對于數字多用表智能檢測的一些思考，在后續的項目研究中，我還會通過一次次的試驗吸取經驗和教訓，不斷完善數字多用表智能檢測的方案，通過多方合作，最終做成一個性價比高，安全性能高，更加實用，推廣性更強的智能檢測裝置。