針對目前電子式健康秤采用人工檢定存在的勞動強度大、 工作效率低和工人易出錯等問題， 開發(fā)了基于機器視覺的自動檢定系統(tǒng)。 利用機器視覺系統(tǒng)進行 LCD顯示屏字符識別、 誤差計算和結果判定； 通過伺服電缸進行增砣砝碼的逐級加載和卸載；采用氣缸實現檢測產品的送料和退料。 結果表明： 視覺系統(tǒng)可實現 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。

電子衡器是國家強制管理的計量器具，需要在出廠前進行計量檢定， 以保證計量準確性。某電子式健康秤在包裝前要求在四個計量點進行檢定測試，  目前采用人工方式檢定， 測試產品需要工人送料和退料、加載設備需要手動啟動和停止、加載結果需要人眼讀數和判定，存在工作強度大、檢定效率低、 檢定質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，  自動讀判數屬于圖像識別問題。 位置控制是自動控制領域的成熟技術， 而機器視覺是工業(yè)自動化領域的一項新型技術，用機器代替人眼和人腦來做測量和判斷，已廣泛應用于字符識別、定性檢測、定量測量、視覺導引等工業(yè)領域。

本文將設計一種基于機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， 采用機器視覺系統(tǒng)解決自動讀判數問題， 實現電子式健康秤的自動、精確、快速、智能檢定。

1 .機械系統(tǒng)

圖1所示為利用 Solidworks軟件設計的電子秤自動檢定系統(tǒng)整機機械系統(tǒng)三維裝配圖， 包括底座、立架、 對電子秤進行標準砝碼逐級加載的加載系統(tǒng)和為加載系統(tǒng)進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)結構圖，包括伺服電機、減速帶輪、伺服電缸、鋼絲索、滑輪、滑塊和三個等質量的標準砝碼。

伺服電機的旋轉運動經同步帶（減速比 i =1∶1）減速后，通過伺服電缸內的滾珠絲杠（導程 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，可實現標準砝碼對電子秤的加載和卸載。

加載系統(tǒng)的主要設計計算為伺服電機在最大負載下加速時驅動扭矩的計算，根據動靜法有

式中， Fa為絲杠軸向負載，η為絲杠效率， Tb為支撐軸承摩擦阻力矩， Tc為預緊扭矩， Ndif為加速時間 ta內的轉速增量， Je為折算到電機軸端的慣性矩，包括伺服電機轉子慣性矩、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載慣性矩等。1.2  供料系統(tǒng)

圖3所示為供料系統(tǒng)結構圖， 包括單桿氣缸、托盤和直線導軌等。直線導軌主要承垂直方向標準砝碼的工作負荷， 該值為直線導軌的選型計算依據。氣缸的設計計算主要包括動能校核和負載校核， 負載校核要求實際負載不大于允許負載，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)硬件結構示意圖。控制器除了進行常規(guī)的順序控制外，需要與視覺控制器進行信息交換，實現相機快門的觸發(fā)和判斷結果的接收，還需要對伺服電機進行運動控制，實現三個標準砝碼的加載和卸載。

2.2  軟件設計

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， 最終將判定結果輸出給物料輸送單元， 以作為電子秤分揀依據。

3.視覺系統(tǒng)

機器視覺是用機器代替人眼進行測量和判斷的技術。 機器視覺產品采集目標圖像， 并進行數字化處理和特征信息提取，最后根據預設的允許度和其它條件輸出結果，用以控制現場的設備動作。

本視覺系統(tǒng)的結構框架如圖 6 所示。安裝于電子秤 LCD 窗口上方的工業(yè)相機在逐級加載時拍攝 LCD 示值讀數，并將采集到的圖像傳遞給視覺控制器進行圖像預處理、特征提取和字符識別，并與預定值進行比較，判斷電子秤測量精度是否達到要求，并將判斷結果輸出給可編程控制器。其中，工業(yè)相機采用德國 BASLER 公司的 Ace 系列支持 GigEVision 標準協(xié)議的面陣相機，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.測試結果

利用上述機械系統(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，對源圖像進行二值化和分割預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。

進行字符訓練后在 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.結論

1）設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度大、工作效率低和讀數易出錯等問題。

2）實現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）該自動檢定設備實現了電子式健康秤制造過程中檢定生產環(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。