杜 晨

(酒泉市計(jì)量測(cè)試檢定所 甘肅 酒泉 735000)

指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜 晨

(酒泉市計(jì)量測(cè)試檢定所 甘肅 酒泉 735000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程加快，指針式壓力表在生產(chǎn)和生活設(shè)施方面應(yīng)用率越來(lái)越高。傳統(tǒng)的人工讀數(shù)不僅僅增加了工作人員的工作量，降低了讀數(shù)效率，同時(shí)也容易導(dǎo)致讀數(shù)準(zhǔn)確度下降，因此基于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)對(duì)指針式壓力表進(jìn)行自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將會(huì)大大提高讀數(shù)效率和準(zhǔn)確性，進(jìn)而為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮更加重要的作用和價(jià)值。本文對(duì)指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面分析和論述，僅供參考。

指針式壓力表;自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng);設(shè)計(jì);原理當(dāng)前指針式壓力表在工業(yè)生產(chǎn)等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，指針式壓力表使用一段時(shí)間之后內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)往往會(huì)發(fā)生一些改變，進(jìn)而影響具體準(zhǔn)確值。所以需要定期對(duì)壓力表進(jìn)行人工檢定，用眼睛觀察表針讀數(shù)，并進(jìn)行記錄，最后送檢分析。這種抄表方式工作量大，且容易產(chǎn)生讀數(shù)誤差。因此必須要提高指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，從而發(fā)揮應(yīng)用的作用。

一、有關(guān)指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法概述

關(guān)于指針式壓力表自動(dòng)檢定方面，很多人進(jìn)行了研究，當(dāng)前一些檢測(cè)分析方法提出了減影技術(shù)+Hough變換方法、指針式溫控儀圖像識(shí)別法、圓周區(qū)域累積直方圖法、圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)、基于LabVIEW軟件平臺(tái)的指針式儀表自動(dòng)檢定系統(tǒng)等很多檢定方法，以期提高自動(dòng)讀數(shù)效率。上述這些方法各有利弊，需要不斷檢測(cè)和反復(fù)驗(yàn)證，最終確定實(shí)用性，不斷改進(jìn)。

為了全面提高指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)的科學(xué)性、有效性和靈敏度，全面滿足不同光照條件下壓力表識(shí)別讀數(shù)需求，應(yīng)當(dāng)綜合分析上述技術(shù)的優(yōu)劣，并將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、攝像機(jī)、光源等進(jìn)行有效融合，從而提高檢測(cè)效率和檢測(cè)適用性。具體設(shè)計(jì)方法包括:

1.關(guān)于光源的選擇方面。壓力表自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)主要的組成部分就是壓力表表盤圖像采集部分，該部分容易受到光照的影響，進(jìn)而對(duì)表盤圖像質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，導(dǎo)致準(zhǔn)確性較低，所以要對(duì)光源照明設(shè)備進(jìn)行擇優(yōu)選擇，經(jīng)過(guò)調(diào)研分析可知，碗燈DOME光源性能較好，且比較均勻，提高整個(gè)圖像的清晰度，所以指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)可以采用DOME光源。

2.指針式壓力表自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

指針式壓力表自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)的基本原理是依據(jù)表盤中指針和圓心位置之間的連線、表盤刻度起始位置與圓心之間的位置之間的連線、刻度終點(diǎn)位置和圓心之間的連線互相構(gòu)成的角度之間的聯(lián)系，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。所以要首先確定表盤的中線位置。其次對(duì)表盤刻度條、中心位置、指針三個(gè)方面數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。主要涉及的內(nèi)容包括:

一是壓力表圖像處理。通過(guò)攝像機(jī)設(shè)備對(duì)壓力表圖像進(jìn)行拍攝，隨后將其從彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰色圖像，隨后轉(zhuǎn)化為二值圖像的過(guò)程。

二是表盤中心位置的確定。表盤中線位置的確定直接影響到整個(gè)提取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，所以對(duì)于表盤中心位置的確定要堅(jiān)持科學(xué)的原則進(jìn)行全面分析。到底如何確定表盤的中心位置呢，通過(guò)對(duì)歷史文獻(xiàn)成果資料進(jìn)行查找和分析，綜合判斷，從而確定一下步驟來(lái)確定表盤的中心位置:

首先表盤的中心位置是在整個(gè)表盤的正中心的，如果壓力表安裝不平衡，那么表盤的中心位置也會(huì)有所偏差，所以要確定壓力表安裝方位是否處于水平狀態(tài)。利用專家文獻(xiàn)中所提到的Hough變換方法，從而算出壓力表二值圖像中白色表盤的邊緣圖形，進(jìn)而運(yùn)用科學(xué)計(jì)算方法計(jì)算出整個(gè)表盤的中心位置，畫出圓心。

其次確定好圓心之后，以圓心為中心尋找表盤的實(shí)際中心位置，主要是利用Hough變換法計(jì)算出指針旋轉(zhuǎn)軸的圓形，從而按照上述計(jì)算方式得出表盤的實(shí)際中心位置取點(diǎn)。通過(guò)將兩個(gè)圓心之間的具體位置進(jìn)行比較分析，最終確定表盤中心點(diǎn)的具體位置。由于運(yùn)用上述變換方法所得出的圓形與實(shí)際的指針旋轉(zhuǎn)軸之間并不溫和，所以需要進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證分析和科學(xué)計(jì)算，提高計(jì)算精度。

三是進(jìn)行指針式壓力表表盤刻度和指針的提取。按照第一步所說(shuō)的二值化圖像處理法，根據(jù)黑色指針和白色表盤的位置區(qū)域?yàn)榛緟⒖歼M(jìn)行位置區(qū)分，將表盤刻度圖像進(jìn)行分離后按照連通度的方式將里面的字母、數(shù)字、漢字等符號(hào)去除，只留下刻度，隨后對(duì)指針圖像進(jìn)行精細(xì)化處理，形成包含指針圖像的整個(gè)表盤設(shè)計(jì)圖示。

四是進(jìn)行自動(dòng)讀數(shù)設(shè)計(jì)。通過(guò)上述三個(gè)步驟就可以得出基本的表盤的圖示，但是表盤所顯示的刻度條并不是非常細(xì)致，但是對(duì)于整個(gè)讀取過(guò)程而言并不影響最終的結(jié)果，所以按照均勻分布理論，可以形成具體的準(zhǔn)確的位置判斷。關(guān)于自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)的讀數(shù)流程，主要從以下三個(gè)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì):一是將每條刻度條和表盤中心點(diǎn)之間的連線的角度以及每天刻度條對(duì)應(yīng)的刻度值等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面存儲(chǔ)，形成存儲(chǔ)矩陣庫(kù)。二是在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Hough變換法將指針形成的直線進(jìn)行擬合計(jì)算，從而確定具體的角度θ。三是在第一步驟形成的存儲(chǔ)矩陣中找到和角度θ相近的兩個(gè)角度，從而就可以計(jì)算出指針對(duì)應(yīng)的具體示值。

五是進(jìn)行測(cè)驗(yàn)分析。按照上述操作步驟完成指針式壓力表自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，需要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和分析。所以按照日常自動(dòng)讀數(shù)流程進(jìn)行檢驗(yàn)和分析，與人工讀數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而檢驗(yàn)自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)的讀數(shù)精度。

二、結(jié)束語(yǔ)

總之，指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到多個(gè)設(shè)備，所以對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求較高，除了要掌握豐富的理論基礎(chǔ)知識(shí)以外還要注重實(shí)際應(yīng)用，將理論有效地轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，才能更好地提高設(shè)計(jì)效果。對(duì)于指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)，除了要保證讀數(shù)精度以外，還要提高讀取效率，效率和精度都達(dá)到要求，才能更好地發(fā)揮應(yīng)有的功能。本文對(duì)指針式壓力表的自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮相對(duì)全面，充分將光源等方面考慮進(jìn)來(lái)，從而極大地提高了檢測(cè)精度，并且經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，自動(dòng)讀數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)后讀取效率也大大提高，值得在相關(guān)領(lǐng)域得到全面應(yīng)用。

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杜晨 (1960.5－)，男，漢族，河北臨城，工程師職稱，大專學(xué)歷，甘肅酒泉市計(jì)量測(cè)試檢定所，研究方向:壓力衡器檢測(cè)檢定。