数字多用表智能检测的实践与思考

陈敏怡 中国铁路上海局集团有限公司科研所

随着电子技术和计算技术的发展，在国内外，计量检定校准都已呈现自动化趋势，为了提高工作效率，研究出一套性价比高符合铁路安全性要求的数字多用表智能检测装置势在必行。

1 现有的校准方法和缺陷

现有的数字多用表校准工作是由校准人员完成接线后，手动调节标准源逐点、逐档升流、升压至测量点，人工随各点、各档读取数字多用表显示值和标准源示值，填写原始记录，评定各点的测量不确定度，最后完成校准证书。

在数字多用表校准中，主要有以下两个缺陷：一是校准工作效率低，由于其功能多，校准点繁杂，因而存在着大量的重复劳动，耗时耗力；二是数据处理出错概率较高，由于数字多用表各量程准确度不一，有时根据顾客需要不仅需要评定各点的不确定度，还需要对原始数据进行误差计算及处理，不但工作强度大，对校准人员的素质要求也非常高，极易造成粗大误差。

2 数字多用表智能检测需求

一是视觉系统自动采集各种不同型号数字多用表的产品图像以及处理读取各种不同型号数字多用表的表盘数据（数显）。

二是读取的数据可上传至2.0信息系统中。

三是根据多功能标准源厂家给出的产品协议能控制多功能标准源输出信号，并读取该信号数据上传至2.0 信息系统中

四是进行统计分析，并保存数据，自动生成Word 文档用于校准证书上传附件。注：视觉系统为单一模板可套用市面上绝大多数手持式数字多用表，数据采集准确度应达到100%。

3 数字多用表智能检测的具体问题

首先是关于标准器的选择，数字多用表一般包含交直流电压电流及电阻功能，我们一般选择多功能标准源作为标准器对其进行检测，而有些厂家的多功能标准源只有固定电阻，没有可变电阻，也有些厂家的多功能标准源没有数据接口不能实现自动控制，所以考虑到智能检测的需要，我们应该选用有可变电阻输出功能和有数据接口的多功能标准源进行校准。另外根据对站段数字多用表的前期调研，我们可以根据站段数字多用表的测量范围和准确度等级选择合适测量范围和准确度等级的多功能标准源。一般可以选用福禄克电子仪器仪表公司或潍坊华光电子仪表有限公司的多功能标准源。

其次是数字多用表智能检测自动化程度的要求，是否需要自动接线和自动对数字多用表进行换挡。考虑到后续的推广和性价比的要求，我们一般不采用机械臂进行自动接线和换挡。然而我们是不是可以先将校准电压电流电阻时所需的接线先全部接好再进行校准，这样就避免交直流电压电流电阻项目切换时重复换线，节省了时间。经过试验，我们发现有些多功能标准源可以这样操作，而有些则不可以这样操作。那么对于无法这样操作的多功能标准源，我们可以尝试设计一个由PLC 控制的继电器，通过继电器控制线路的通断，从而避免了进行交直流转换以及电压电流电阻转换时的插拔导线，节省了工作时间，提高了自动化程度。

然后是关于数字多用表的图像识别。由于我们通常校准的手持式数字多用表都没有数据接口不能直接将数据传输到系统中，所以我们一般采用图像识别的办法将数据采集录入到系统中。数字多用表的厂家型号的不同导致显示屏尺寸颜色字体等都各有不同，另外数字多用表的读数一般不太稳定，会出现跳动，是一个动态图像，这些因素都会对图像识别造成影响。由于这些因素的影响，不同种的数字多用表我们一般要采用不同的模板进行数据处理。一般数字多用表的识别过程是先提取摄像头的一帧数据，然后对这幅图像做处理，由于数字多用表数据不太稳定，一般会有一个达到稳定的过程，根据经验我们可以选择读取标准源信号输出10 s 后的显示屏显示的数据。具体步骤可以简单地概括为：第一步是将相机抓取图像进行灰度处理；第二步是图像预处理，进行图像增强提高对比度；第三步是确立感兴趣区域，获取数字所在区域；第四步是提取数字所在区域；第五步是基于数字多用表横向和竖向数显长度不一致将区域进行分类提取，获取横向区域和竖向区域；第六步是对提取出来的区域进行膨胀，使得横向区域和竖向区域在拐角处能连接；第七步是求解膨胀以后区域和提取的数字区域交集，将由横竖组成的数字形成同一个连通域；第八步是对数字区域按照列从左到右进行排序；第九步是读取神经网络训练文件，进行数字识别，获取识别数组；第十步是根据区域中横纵坐标位置以及区域的面积、圆度等特征进行小数点位置判定；第十一步是计算识别结果并显示。

最后是关于数字多用表智能检测模板的建立，数字多用表有很多的规格型号，将所有的规格型号的表都编写好模板是不符合实际的，所以我们要进行前期的调研，调查站段使用的数字多用表多是哪几种型号规格，优先将这些常用规格型号的数字多用表的模板建立起来，其他不常用的数字多用表的模板可以在以后添加。

4 数字多用表智能检测的步骤

仪表办理收件登记后, 流转分配到检定员，检定员取号后将仪表放在校准台上，设计一个自动校准系统软件，可关联到我们的计量2.0 信息系统，根据仪表的型号选择相对应的模板，系统会自动选取校准点，点击软件上的相关按钮自动控制多功能标准源输出信号并将数据传输到信息系统中，10s 后摄像机读取数字多用表显示屏显示读数，并自动进行图像识别，将识别的数据传输至信息系统中，系统自动进行数据的误差计算和相应不确定度的评定，切换项目时，可通过继电器控制线路通断，完成线路的切换，最后校准结束后，自动保存数据并上传信息系统，自动生成原始记录和证书。

5 创新数字多用表全自动检测的思考

不考虑性价比的问题, 我们可以用机器臂完成全自动化的检测，通过机械臂自动完成接线进行校准，校准时用机械臂对数字多用表进行换挡调至各个量程，标准源自动输出信号并传输至系统中，通过图像识别系统自动读取读数，将数据传输到系统中，系统自动进行数据分析并提交结论生成原始记录和校准证书，校准完成后自动拆线。另外为了提高工作效率，我们还可以考虑同时或接连进行多台数字多用表的校准。由于同时校准多台数字多用表可能造成负载大影响数据的准确性，所以我们一般采取接连自动检测多台数字多用表的方式，具体流程是多台数字多用表办理好收件登记后，在表上贴上对应的信息系统中的二维码标签，分配至检定员，检定员取号后, 由机器臂从待校中转箱中抓取仪表到传送带，由传送带将仪表送到校准台，通过抓取机构将仪表放到校准位，系统自动扫描二维码标签获取数字多用表相关信息，已建立模板的数字多用表可以自动调取对应模板进行校准，没有对应模板的数字多用表应先建立相应的模板后才能开始自动校准。

6 结束语

这就是我对于数字多用表智能检测的一些思考，在后续的项目研究中，我还会通过一次次的试验吸取经验和教训，不断完善数字多用表智能检测的方案，通过多方合作，最终做成一个性价比高，安全性能高，更加实用，推广性更强的智能检测装置。