电子秤防作弊快速核查装置的设计与应用研究

姚凌萍

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

1 背景概述

砝码是以一种固定形式复现一给定质量值的一种“从属的实物量具”。各准确度等级的砝码应配备相应的计量仪器使用，可用于检定准确度等级较低的砝码、衡器仪器（电子天平、电子秤）等。电子秤虽然在出厂时都经过检测合格，但由于在运送过程中的振动存在着对传感器和电子秤结构的影响，以及各地的重力加速度是不同的，所以在使用前还需要检测。

衡器作弊由来已久，所有的进步也都有负面的存在。从远古时代，有物物交换方式，从发明了杆秤，是质的进步，就有人用水银灌入空心秤杆中或粘性东西粘在秤盘底来改变重量；发明了电子秤，就有人用改变电阻的方式来调控秤量显示的大小；到数字时代，就有人用无线遥控改变末端显示模块来改变数字显示的数值，破坏公平交易。在这大数字的时代要用科技的手段加上可迅速反应的技术来直面负面。

农贸市场的计量衡器作弊现象屡禁不止，尤其是海鲜鱼类贝类批发市场更是衡器作弊重灾区，突击检查衡器，海鲜区不合格率达到50%，其中作弊衡器达到了30%以上。由于日常按规程，传统的计量称重检测，是采用手工抓取砝码的方式进行加载来复现质量值，一个中型农贸市场电子秤几百台，一台最大秤量为30 kg的电子秤按规程检定各载荷点、偏载测试、重复性测试等一系列检测下来，一台电子秤人工多次搬动取放砝码达50 kg以上，手工作业效率低、安全性差、工作强度高、耗时长，加上商户藏匿电子秤等，造成市场管理员发现作弊衡器困难，执法人员对作弊衡器取证困难，检测人员检测时取样困难。

作弊秤有技术手段和非技术手段作弊。作弊秤的操作，主要分为小型的电子秤和大型的电子汽车衡的操作，电子秤基本是按键操作，电子汽车衡基本是遥控操作。在此仅针对电子秤的技术作弊手段剖析，例如将5 kg标准砝码置于电子秤的秤盘上时，可进行各种按键输入测试，如测试常用的作弊按键M1、M2、空格键或组合键等，如秤的重量窗口数字将有变化，即按键测试会出现增减重量情况，就是作弊秤。

面对市场里密密麻麻的人群，面对一个集贸市场几百台电子秤，反作弊行动迫在眉睫，反作弊手段要求快、准、精。现研制设计电子秤防作弊快速核查装置，既解决了现有技术中存在电子秤检测运输不够便捷的缺点，也保证作弊秤检测的公开，也利于市场管理人员对电子秤的日常检查，以保证公平贸易，减少管理人员负担，作为计量称重工作的补充，能弥补计量专业检测人员不足。

2 装置及技术方案的介绍

本装置充分遵循称重要求的几大要素进行设计，电子秤防作弊快速核查装置包括：

（1）参照图1，主支座1的两侧均通过第一转轴转动连接有左右支座2，第一转轴外壁套设有扭簧3，扭簧3的一端与左右支座(2)固定连接，扭簧2的另一端与主支座1固定连接，主支座1的顶部固定安装有主支柱4，主支柱4的一侧设置有力臂5，力臂5的一侧固定安装有减速电机7；减速电机7的输出轴一端通过第二转轴固定安装有收卷轮8，收卷轮的外壁收卷有履带式链条9，履带式链条9的另一端设置有V形环10，V形环10的另一端设置有专用砝码11。力臂安装有减速电机，减速电机负责专用砝码的起降作用，通过履带式链条和V形环执行。支撑机构的功能：主要保证用于执行检查任务的专用砝码平稳、精确、快速的放在被检电子秤指定位置上，并自动脱离、无触碰。为此本机构采用匀速缓型电机、宽型提升带、v型连接器，以确保砝码与电子秤非撞击式接触、砝码被提放时不产生旋转晃动、定位准确；被放下后完全分离。

图1 装置的三维结构示意图

图2 装置的另一视角结构示意图

图3 为装置收纳状态三维结构示意图

（2）参照图1，传感器系统6桥接在力臂5上，传感系统6包括传感器6-A和仪表6-B。传感器具体为中航电测的L6D称重传感器。力臂的另一侧有光电开关23；传感系统功能是实现对重量的感知，控制、执行着各项的启停任务。

（3）参照图4，转动组件，转动组件设置于主支柱4和力臂5之间，转动组件用于实现力臂的转动与固定。转动组件包括固定安装于力臂一侧的转动筒16，主支柱4的两侧均固定安装有固定板22，转动筒16转动连接于两个固定板22之间，转动筒16的一侧内壁固定安装有固定环21，固定环21的一侧固定安装有齿轮卡块20，其中一侧固定板22内滑动贯穿有按压杆19，按压杆19的另一端贯穿齿轮卡块20和固定环21，按压杆19的另一端固定安装有齿轮卡座18，齿轮卡座18位于转动筒16内部，齿轮卡座18与齿轮卡块20相配合，齿轮卡座18的一侧固定安装有复位弹簧17，复位弹簧17的另一端与转动筒16的一侧内壁相抵接。此方案可实现对力臂5进行转动的限制，方便在装置使用时完成对力臂5的支撑，且操作简单，方便使用。

图4 为装置的转动组件结构示意图

（4）参照图1，支柱4的一侧开设有通孔，通孔内部通过第三转轴转动连接有摄像头12，摄像头12与第三转轴的连接处设置有阻尼轴承13。此方案可对待检测的电子秤的电子显示屏进行拍摄监测，可保证检测工作的公正公开，同时还有利于用户进行检测结果的获取，且摄像头12的调节角度范围大，方便用户使用。摄像系统与被检电子秤的显示面板设定距离，且设定倾角，以确保拍摄焦距，从而保证拍摄的清晰度。

（5）参照图3，两个左右支座2的一侧均固定安装有弧形固定套15，两个所述弧形固定套15均与收卷轮8相配合。此方案可使两个左右支座2能够通过固定套15对收卷轮8进行固定，能够避免收卷轮在移动装置时出现较大晃动，同时还可为收卷轮8提供保护。

（6）参照图2，主支座1的一侧固定安装有收纳盒14，所述收纳盒14内设置有抽屉。此方案可方便对用户进行物品的收纳，方便用户在使用时快速获取相应的物品，便于使用。使用结束后，用户可对该装置进行折叠收纳，同时还可将履带式链条、V形环、专用砝码等物品收纳与收纳盒中，方便携带。

（7）参照图1，2-A锥形脚是固定作用，主支座和左右支座下各一个锥形脚2-A.锥形脚是保证装置的稳定。

3 原理技术阐述

3.1 装置支撑结构

本装置经过校准后，在现场无需特别安装，展开支架，打开开关，挂上专用砝码，即可使用。该装置可对砝码进行准确的定位摆放，方便对被检测的电子秤进行检测。履带式金属链以及连接的V型环将专用砝码缓慢下放，当专用砝码到达电子秤的秤台上，砝码停止下行，V形环沿着原垂直方向继续下行至脱离，这时V形环和专用砝码的半圆挂钩处于净脱离状态。即当砝码完全放置电子秤台面的一瞬间，传感系统将获得无悬挂重物的信号，此时即向电机发送停止运行的指令1号，当电机获得该指令后停止运行，此时V型挂钩，正好处于专用砝码半圆环中间位置，相互之间完全脱离时，既不影响砝码的称重，又确保了回收提升砝码时不受到其他的干扰，随后系统会自动产生起吊动作。与此同时摄像机也获得指令1号，摄像系统在获得拍摄的脉冲信号即刻拍摄记录下来电子秤的显示值。

起吊连接结构包括履带式链带以及V型连接环。在砝码投放以及收起的过程中，履带式链条与单一金属链条相比，在运行过程中不会产生旋转式摇摆，从而保证了V型环不会位移，从而V型环在与砝码圈脱开时不会造成触碰，影响结果。V型环的主要功能在于V型结构使得专用砝码环在重力的作用下始终保持定点的位置。

3.2 传感系统

传感系统是桥接在力臂上，打开装置开关，挂上砝码时，触发电机开始向下缓降，延续至该传感系统感知到大的重量差值信号，会发出脉冲，触发减速电机关闭。传感系统包括传感器和仪表。

3.3 接近开关

力臂上减速电机盘有一接近开关；砝码使用结束后，当减速机反向运行，到达设定区域时，接近开关会命令减速机停止运作。

3.4 专用砝码选择5 kg载荷

电子秤按照检定规程检定，其中一个步骤是称量检定至少要选择5个不同的载荷点。如最大秤量为30 kg,分度值为10 g的电子秤所选定的载荷点中，应包括：200 g、5 kg、15 kg、20 kg、30 kg五个载荷点；在此选择常用的便捷适用的5 kg砝码，用来检测电子秤5 kg的载荷点的称重性能，如该载荷点不合格，就可判断电子秤不合格：同时加载5 kg砝码后，再对该点进行人工操作按键的测试，此时如出现重量窗显示值的变化即判断为可操作的衡器，断定为作弊秤。同时该装置记录下这台电子秤的称重问题，鉴别这台电子秤有无作弊现象。

3.5 摄像机工作原理

根据摄像机的原理，本摄像机工作采用定焦拍摄，拍摄焦距定在以摄像机到控制面板之间，以显示窗口为焦点，将摄像机固定在主支柱上，按一定倾角安装，主支座与被检测的电子秤相嵌后、距离相对一致，摄像机的拍摄开关可采用电子开关，受光电开关触发控制或仪表数据变化控制。摄像机光电开关安装在摄像机的上端中部。

3.6 显示窗数字识别

它以模式识别、计算机视觉的等技术为基础，对摄像机拍摄的显示窗图像或视频序列进行分析，通过一些后续处理手段可以自动处理，其软件核心包括显示窗定位算法，字符分割算法和光字字符识别算法等。当被检电子秤摆放在两主支座之间时，触发图像采集单元，采集当前的视频图像。显示窗识别单元对图像进行处理，定位出显示窗位置，再将显示窗中的字符分割出来识别，然后组成可加减比较的数字形式输出，在仪表中二次运算。

3.7 预设值植入仪表

预设值是当下所用的砝码标称值加减修正值的值以及附加小砝码按计量规程公式计算预先将初始数值植入仪表，以便与加载砝码后拍摄的显示值运算使用。运算中心，指令中心就设在仪表上。本装置目前误差的判定采取双重判别方式：根据拍摄的数据进行判别，判别重量超差；数字图像处理转换为数字，并于仪表中预设值运算后进行比对判别超差。

4 结束语：装置的应用前景

文章就当下农贸市场衡器存在的问题，不在于管理人员不力，也不在于管理人员不够，而在于科技管理能力落后，在于管理陷入了条条框框之中。用计量检定规程全量程来检定大规模的小型衡器，必然造成专业检测人员不足，检测设备不足，检测时间不足。因此根据规程的理论，文章提出着重检测一个载荷点，用规程计算的方法判别这个载荷点，判断这个载荷点是否合格以及快速核查问题衡器特别是作弊衡器。同时加上网络通讯的手段，以及现代科技的手段，把数据传输、数字化控制，数字化采集、拍摄记录保存，形成一个完整的证据链。

该装置不仅仅是对电子秤防作弊快速核查，对工矿生产来说，促进产品配方准确、对生产现场急需解决的判别称重问题，本装置能迅速派上用场，摆脱工作人员的高强度工作，也摆脱了计量检测时间和生产时间不一致，保质保量不耽误生产时间，对生产的计量工作是有效的补充；对商贸交易来说，保证交易公平，做到有疑点随时查验，对问题举报及时回应，是很好的核查手段。

该装置可拓展利用软件编程，控制相应的动作，进行适当的技术改造，可运用于无人现场，运用于高污染的工作场所，执行便捷快速智能化的检测核查工作，具有推广意义。