基于图像识别技术电子台秤自动检定装置的研制

吴海军，丁 斌，刘蕴婧

（南通市计量检定测试所，江苏南通 226000）

0 引言

电子台秤为我们生活、生产中不可或缺的计量器具，它广泛应用于集贸市场、工厂的产品质量检测和企业的对外贸易结算中。我国《计量法》规定电子台秤为法律规定的强制检定计量器具。

根据《数字指示秤检定规程》（JJG539—2015）要求，电子台秤须要进行外观检查、置零准确度、称量示值误差、除皮准确度、除皮后的称量示值误差、重复性测试、偏载测试、鉴别力测试等十几项的检定［1］。根据每一台电子台秤的最大称量，砝码的选取通常为1、2、5、10、20、50 kg的不同组合，并且每一台电子台秤检定都须要上百次的砝码选取和放下工作。砝码的组合选取判断工作须要人脑计算，砝码的拎取工作须要人力，而且比较危险。其次，电子台秤的台件数巨大，据不完全统计仅南通市就有三百多万件，而且现在的人员数量完全达不到电子台秤的检定工作需求。由于其检定工作相对单一，且劳动强度大，容易造成检验人员疲劳，从而可能影响到检测的客观准确性。

针对这些问题，本文设计了一种自动化智能检测装置可完美解决。该装置结合了计算机自动测量控制系统、成像自动识别系统、砝码自动加卸载系统、感量砝码自动加卸载系统、鉴别阈砝码自动加卸载系统、自动移位偏载测试系统等多种模块于一体，能自动智能完成电子台秤检定所需的上百次的砝码提取和放下工作，以及后续的证书记录的自动生成，以期待实现检测行业的自动智能化（智能检定），解放人力，提高工作效率，降低检定错误率，避免一些可能由人力操作带来的安全隐患，并能产生一定的经济效益。

1 国内研究现状

当前国内的电子台秤设备检定工作主要还是靠人工搬运砝码为主，少有机械设备的研制成功，目前这一块在市场上还有很大的空白，当然也有不少同行及测试院在此领域进行过一些初步尝试。朱浩等［2］介绍了一种电子台秤自动检测装置，但结构相对单一，无法实现人工智能检测及检测报告的自动化出具，实用性大打折扣；王成福［3］介绍了一种采用PLC编程的程序软件控制系统，但操作性相对复杂，真正运行起来机器容易疲劳，容易发生故障，使用起来也不方便；陈桂兰等［4］改用PC机、单片机和传感器组合代替原来的PLC控制，但也未从根本上解决疲劳问题，且无法做到人工智能识别的程度。综上，还有其他很多人也相继在此领域做出一些努力，取得了一定的进展，但结果都有一定的缺陷，无法真正意义上实现人工智能检定，自动化程度也有待提高。

2 研究思路分析及结构设计

2.1 设计（制造）方案

本机采用直接加载载荷方式，即直接利用专用高精度砝码的来复现质量。整个装置由机架、反向架机构、砝码组、砝码升降机构、偏载移动机构、控制柜等组成，其整体外观如图1所示。其操作由计算机软件自动控制，自动完成检测全部过程，自动产生数据报表及图形曲线。

2.2 功能部分组成

（1）本机的测量由二圈静重砝码和一组感量砝码实现。每组砝码既可单独动作完成力值测量，也可通过砝码组合机构相互组合完成测量。

（2）砝码升降机构是由二组独立的升降平台组成，完成内圈砝码组和外圈砝码组的单独或组合挂载，通过升降平台的升降实现所需质量的加载和卸载。感量砝码组由单独的升降机构实现感量砝码的加载和卸载。

（3）自动控制机构由计算机软件编程完成整个测量过程。即根据要求通过砝码组合机构挂载砝码，然后选择需要测量的量程子程序即可由计算机控制整个测量过程。

（4）反向架机构实现拉力测量，该机构由微电机驱动，计算机控制其上梁上下移动，满足被检传感器的测量空间要求。该机构无论是对压力传感器还是拉力传感器均可由计算机控制其测量空间的位移要求。

电子台秤自动检定装置的细节结构如图2—6所示，砝码升降平台包括反向架、偏载移动均靠电机驱动。砝码结构是由一大串砝码空心嵌套为一个整体，通过下降高度的控制来达到所需要的砝码称量。电子台秤的鉴别力测试主要是通过感量砝码来实现，它是由一串单独的砝码置于电子台秤平台上方由电机驱动控制其升降过程。

此外，图中不含成像自动识别系统，它是由一颗高清摄像头固定于电子台秤显示屏前方，用于读取显示数据，通过系统将读取到的设备信息自动输入计算机中，从而大大提高工作效率。

3 软件开发介绍

该机软件采用美国国家仪器的LABVIEW软件编写，并按照数字台称检定规程JJG539—2016的要求，通过PC机进行高速数据采集、处理、保存、打印等实现全自动化检测，也可进行手动控制，并配有自动故障判断停机系统及人为紧急停止装置。

图1 产品总体外观图2 砝码升降平台

图3 砝码结构

图4 感量砝码

图5 反向架、偏载移动及平台上升下降装置

图6 反向架提升及感量砝码加载

电路系统采用数字集中控制器，方便维护，可实现远程故障诊断，系统运行更加可靠，故障率大大降低。

3.1 软件特点

（1）采用美国国家仪器的控制系统，该公司的LABVIEW系统具有良好的操控性及卓越的稳定性，且控制界面友好，试验时全部是人性化的图形界面可以减少人为误操作，是目前全世界最高端的工业控制系统，并被广泛应用在国防航天航空等的自动轨迹控制等领域。

（2）采样率高，最高可以达到10 MHz的采样率，并有良好的滤波能力和智能通信系统，可以方便地采集各种型号的仪表数据，并直接在计算机上显示，实现自动校准。

（3）计算机自动伺服控制试验过程，自动实现数据高速采集和处理、打印，并可人为任意设置加卸载及测试方案，测试数据符合GB/T7551—2007的要求及处理方式，自动生成原始测试记录，并按照客户要求生成自己固定格式的校准报告。软件界面展示如图7—8所示。

4.2 控制方式

（1）手动控制。通过计算机可进行手动加、卸载控制。

（2）自动控制。主要由计算机先前编好的程序自动控制，其控制过程主要分为4步。①测试过程管理：根据需要选择合适的测试程序；②测试参数采集：测试过程中计算机会自动记录数据；③测试参数处理：根据测试数据自动判别结果合格与否及误差等级等参数；④打印输出：可按用户提供样本及格式打印生成报告。

4 结语

本文针对目前市场上对电子台秤智能检定方面的空白，介绍了一种基于图像识别技术电子台秤自动智能检定装置，解决了传统检测中只能由人工搬运的问题，完美地实现了各种检定过程中的称量测试、偏载测试、重复性测试、鉴别力测试等过程，解决了检定过程中可能遇到的其他困难，并且该系统能与本所数据管理系统实现对接，实现基本信息自动录入，从而自动生成原始记录及证书报告，将检测人员从繁琐的重复性劳动中解放出来，大大地提高了工作效率，从而真正意义上实现了人工智能检定。

图7 检定界面

图8 报告处理界面