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， 開發了基于機器視覺的自動檢定系統。 利用機器視覺系統進行 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： 視覺系統可實現 LCD字符的精確快速識別，檢定系統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。

開發電子式健康秤自動檢定系統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， 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

圖1所示為利用 Solidworks軟件設計的電子秤自動檢定系統整機機械系統三維裝配圖， 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和為加載系統進行電子秤供給的供料系統等。

1.1加載系統

圖2 所示為加載系統結構圖，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的直線運動，吊環通過鋼絲索、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，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

圖3所示為供料系統結構圖， 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

2.1硬件設計

圖4 所示為電子秤自動檢定系統基于可編程控制器的控制系統硬件結構示意圖。控制器除了進行常規的順序控制外，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、視覺系統和加載系統在控制系統控制下相互配合， 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

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。

本視覺系統的結構框架如圖 6 所示。安裝于電子秤 LCD 窗口上方的工業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，工業相機采用德國 BASLER 公司的 Ace 系列支持 GigEVision 標準協議的面陣相機，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、控制系統和視覺系統，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，該系統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節的自動化和智能化，提高了電子式健康秤裝配線的自動化水平。