針對目前電子式健康秤采用人工檢定存在的勞動強(qiáng)度大、 工作效率低和工人易出錯等問題， 開發(fā)了基于機(jī)器視覺的自動檢定系統(tǒng)。 利用機(jī)器視覺系統(tǒng)進(jìn)行 LCD顯示屏字符識別、 誤差計算和結(jié)果判定； 通過伺服電缸進(jìn)行增砣砝碼的逐級加載和卸載；采用氣缸實現(xiàn)檢測產(chǎn)品的送料和退料。 結(jié)果表明： 視覺系統(tǒng)可實現(xiàn) LCD字符的精確快速識別，檢定系統(tǒng)可完成電子式健康秤的自動計量檢定，具有高效、 高精和智能等特點。

電子衡器是國家強(qiáng)制管理的計量器具，需要在出廠前進(jìn)行計量檢定， 以保證計量準(zhǔn)確性。某電子式健康秤在包裝前要求在四個計量點進(jìn)行檢定測試，  目前采用人工方式檢定， 測試產(chǎn)品需要工人送料和退料、加載設(shè)備需要手動啟動和停止、加載結(jié)果需要人眼讀數(shù)和判定，存在工作強(qiáng)度大、檢定效率低、 檢定質(zhì)量易受人為因素影響等問題。

開發(fā)電子式健康秤自動檢定系統(tǒng)是解決上述問題的途徑， 但關(guān)鍵需要解決檢定過程中的自動送退料、 自動加卸載和自動讀判數(shù)問題， 其中，  自動上下料和自動加卸載屬于位置控制問題，  自動讀判數(shù)屬于圖像識別問題。 位置控制是自動控制領(lǐng)域的成熟技術(shù)， 而機(jī)器視覺是工業(yè)自動化領(lǐng)域的一項新型技術(shù)，用機(jī)器代替人眼和人腦來做測量和判斷，已廣泛應(yīng)用于字符識別、定性檢測、定量測量、視覺導(dǎo)引等工業(yè)領(lǐng)域。

本文將設(shè)計一種基于機(jī)器視覺的電子式健康秤自動檢定系統(tǒng)， 采用氣缸解決自動送退料問題， 采用伺服電缸解決自動加卸載問題， 采用機(jī)器視覺系統(tǒng)解決自動讀判數(shù)問題， 實現(xiàn)電子式健康秤的自動、精確、快速、智能檢定。

1 .機(jī)械系統(tǒng)

圖1所示為利用 Solidworks軟件設(shè)計的電子秤自動檢定系統(tǒng)整機(jī)機(jī)械系統(tǒng)三維裝配圖， 包括底座、立架、 對電子秤進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)砝碼逐級加載的加載系統(tǒng)和為加載系統(tǒng)進(jìn)行電子秤供給的供料系統(tǒng)等。

1.1加載系統(tǒng)

圖2 所示為加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包括伺服電機(jī)、減速帶輪、伺服電缸、鋼絲索、滑輪、滑塊和三個等質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。

伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)同步帶（減速比 i =1∶1）減速后，通過伺服電缸內(nèi)的滾珠絲杠（導(dǎo)程 d = 5 mm）變換為電缸端部吊環(huán)的直線運動，吊環(huán)通過鋼絲索、滑輪、滑塊和吊鉤拉動砝碼，三角形吊鉤的下邊與下面砝碼固聯(lián)，其上角懸掛在上面砝碼（或滑塊）的吊臂上，通過控制滑塊的高度位置，可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)砝碼對電子秤的加載和卸載。

加載系統(tǒng)的主要設(shè)計計算為伺服電機(jī)在最大負(fù)載下加速時驅(qū)動扭矩的計算，根據(jù)動靜法有

式中， Fa為絲杠軸向負(fù)載，η為絲杠效率， Tb為支撐軸承摩擦阻力矩， Tc為預(yù)緊扭矩， Ndif為加速時間 ta內(nèi)的轉(zhuǎn)速增量， Je為折算到電機(jī)軸端的慣性矩，包括伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性矩、同步帶輪等效慣性矩、絲杠等效慣性矩、 滑輪等效慣性矩以及負(fù)載慣性矩等。1.2  供料系統(tǒng)

圖3所示為供料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖， 包括單桿氣缸、托盤和直線導(dǎo)軌等。直線導(dǎo)軌主要承垂直方向標(biāo)準(zhǔn)砝碼的工作負(fù)荷， 該值為直線導(dǎo)軌的選型計算依據(jù)。氣缸的設(shè)計計算主要包括動能校核和負(fù)載校核， 負(fù)載校核要求實際負(fù)載不大于允許負(fù)載，即 W ≤ Wa，動能校核要求實際動能不大于允許動能，即 E ≤ Ea，

2.控制系統(tǒng)

2.1硬件設(shè)計

圖4 所示為電子秤自動檢定系統(tǒng)基于可編程控制器的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。控制器除了進(jìn)行常規(guī)的順序控制外，需要與視覺控制器進(jìn)行信息交換，實現(xiàn)相機(jī)快門的觸發(fā)和判斷結(jié)果的接收，還需要對伺服電機(jī)進(jìn)行運動控制，實現(xiàn)三個標(biāo)準(zhǔn)砝碼的加載和卸載。

2.2  軟件設(shè)計

電子秤自動檢定系統(tǒng)的控制流程如圖5所示。

在滿足外部和內(nèi)部運行允許后， 供料系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)和加載系統(tǒng)在控制系統(tǒng)控制下相互配合， 完成電子秤自動檢定流程動作，如判斷物料有無、逐級加載時 LED示值是否正常， 最終將判定結(jié)果輸出給物料輸送單元， 以作為電子秤分揀依據(jù)。

3.視覺系統(tǒng)

機(jī)器視覺是用機(jī)器代替人眼進(jìn)行測量和判斷的技術(shù)。 機(jī)器視覺產(chǎn)品采集目標(biāo)圖像， 并進(jìn)行數(shù)字化處理和特征信息提取，最后根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其它條件輸出結(jié)果，用以控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

本視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖 6 所示。安裝于電子秤 LCD 窗口上方的工業(yè)相機(jī)在逐級加載時拍攝 LCD 示值讀數(shù)，并將采集到的圖像傳遞給視覺控制器進(jìn)行圖像預(yù)處理、特征提取和字符識別，并與預(yù)定值進(jìn)行比較，判斷電子秤測量精度是否達(dá)到要求，并將判斷結(jié)果輸出給可編程控制器。其中，工業(yè)相機(jī)采用德國 BASLER 公司的 Ace 系列支持 GigEVision 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的面陣相機(jī)，鏡頭、控制器和 LED 光源分別采用東莞奧普特公司的定焦鏡頭OPT-C2514、一體化視覺控制器 SCI-Q2 和白色條形光源 OPT-LI32330-W-AA。

4.測試結(jié)果

利用上述機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)，在 20 kg 計量點采集到的源圖像如圖 7a 所示，對源圖像進(jìn)行二值化和分割預(yù)處理后得到的圖像如圖 7b 所示，其中 1~4 代表分割后的 4 個字符。

進(jìn)行字符訓(xùn)練后在 0 kg、20 kg 和 40 kg 計量點自動字符識別后得到的圖像分別如圖 8a、8b 和 8c 所示。

圖8c 中，在 40 kg 計量點，測得讀數(shù)為 39.7 kg，程序自動判定該電子稱在該計量點測量精度不合格，判定結(jié)果通過圖像控制器的 I/O 接口輸出給可編程控制的輸入端，不合格電子稱將被分揀出來，自動判定程序如下：

if（OCR_40.DataString==40）

{

CustomVar.C40='OK'

}

else

{

CustomVar.C40='NG'

}

5.結(jié)論

1）設(shè)計了一種用于電子式健康秤自動計量檢定的系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效解決了人工檢定存在的勞動強(qiáng)度大、工作效率低和讀數(shù)易出錯等問題。

2）實現(xiàn)了對電子秤四個計量點的自動逐級加載和示值 LCD 字符的智能識別，該方法可大幅提高電子式健康秤的檢定精度和檢定效率。

3）該自動檢定設(shè)備實現(xiàn)了電子式健康秤制造過程中檢定生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化和智能化，提高了電子式健康秤裝配線的自動化水平。