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1、哈尔滨工业大学z学硕士学位论文 摘要 随 着计算机光学 检测技 术的飞 速发 展， 近年来计 算机光学 检测 技术 在工 业自 动化、工业在线检测、精密测量等领域得到越来越广泛的应用。 指针式仪表是一种在工业中广泛应用的仪表，其种类繁多，例如:百分 表、千分表、汽车航空仪表等。这些仪表因其操作简便、生产成本低，深受 用户的欢迎。但是，指针式仪表也需要在出厂或者经过一段时间的使用之后 进行检定，以 确定其是否合格。 传统上的检定是靠手工操作，通过人眼来识 别读数并计算误差的。而这种方法有很多弊端，如:人眼检定对精度的影响 较大、检定效率较低等等。因此，需要找出一种具有合适的精度且效率较高 的检定
2、方法。 本论文中，采用了基于计算机光学技术的检测方法，分析了指针式仪表 的表盘特征，设计了表盘指针提取的方案，通过图像处理理论设计系统软 件。运用C C D摄像头以及W i n d o w s 系统函数实现表盘图像的实时采集，运 用标准源控制仪表指针转动。将图像采集，表盘指针驱动技术与图像处理技 术相结合，设计了一套可以实时表盘读数系统。 采用基于 8 0 3 1单片机为监控核心的工频三相标准源，采用数字合成正 弦波技术，并以该正弦波作为标准源的交流参考基准，利用矢量采样和前馈 技术使输出的工频电压、电流及它们的相位均跟踪交流参考基准。这样就保 证了输出的电压、电流的幅值与相位的准确度。而且通
3、过大量的实验验证了 三相标准源系统的可靠性。 在精密测量中采用计算机视觉以及图像处理技术是一种比较新的方法， 它拥有其他方法所不具有的优点: 检定精度、效率都较高。在未来的生产实 践中，这种方法必定有更加广阔的应用前景。 关挂词计算机光学检测:图像处理;指针式仪表;标准源 哈尔滨工业大学 1 学顿一 L 学位论文 Ab s t r a c t Wi t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y , r e c e n t l y , t h e c o m p u t e r
4、o p t i c t e c h n o l o g y i s w i d e l y u s e d i n t h e f i e l d s o f i n d u s t r i a l a u t o m a t i o n , i n d u s t r i a l o n l i n e t e s t , p r e c i s i o n m e a s u r e m e n t a n d e t c . A s o n e o f t h e m e a s u r e m e n t i n s t r u m e n t s , t h e g a u g e
5、w i t h p o i n t e r i s g e n e r a l ly u s e d i n t h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s a t p r e s e n t . T h e r e a r e m a n y k i n d s o f g a u g e w i t h p o i n t e r i n c l u d i n g p r e s s u r e g a u g e , d i a l g a u g e , m i c r o m e t e r g a u g e , a u t o m o
6、 b i l e g a u g e a n d s o o n . B e c a u s e t h e y a r e c o n v e n i e n t f o r u s e a n d h a v e l o w c o s t s , t h e y a r e p o p u l a r l y u s e d b y p e o p l e . B u t t h e y a l s o h a d t o b e t e s t e d a f t e r b e i n g ma d e o r u s e d f o r a l o n g t i m e s o
7、t h a t t o i n s u r e t h e y a r e e l i g i b l e . T r a d i t i o n a l l y , t h e g a u g e s a r e t e s t e d b y h u m a n e y e s . H o w e v e r , s o m e o f t h e s u b j e c t i v e f a c t o r s s u c h a s : o b s e r v a t i o n a n g l e , o b s e r v a t i o n d i s t a n c e a
8、n d f a t i g u e m a y h a v e e f f e c t s o n t h e v a l u e . T h i s me t h o d w i l l l e a d t o n o t o n l y g r o s s e r r o r a n d s m a l l r e l i a b i l i t y b u t a l s o l o w e f fi c i e n c y a n d b o d y f a t i g u e . I n t h i s p a p e r , a i me d t o t h i s l a g g
9、 a r d c o n d i t i o n , t h e a u t h o r u s e d t h e m e t h o d b a s e d o n c o m p u t e r o p t i c t e c h n o l o g y t o t e s t t h e g a u g e s , a n a l y z e d t h e g a u g e s c h a r a c t e r s a n d d e s i g n e d t h e b l u e p r i n t t o p i c k - u p t h e p o i n t e r
10、 . T h e p o i n t e r w a s d r o v e d b y s t a n d a r d p o w e r w i t c h w a s b e e n c o n t r o l l e d t h o u g h P C p a r a l l e l p o r t a n d t h e i m a g e s w e r e c a p t u r e d b y a C C D c a me r a . T h e t h r e e p h a s e s t a n d a r d p o w e r u s e s t h e c o n
11、t r o l c o r e b e b a s e d o n 8 0 3 1 s i n g l e c h i p , u s e s t h e t e c h n i q u e o f s i n e w a v e c o m p o s e d b y f i g u r e , a n d m a k e s t h e s i n e w a v e a s t h e A C c o n s u l t n o r m, u s e s t h e v e c t o r s a m p l i n g a n d t h e t e c h n i q u e o f
12、 f e e d f r o n t t o ma k e t h e o u t p u t v o l t a g e a n d t h e o u t p u t c u r r e n t f o l l o w i n g u p t h e A C r e f e r e n c e n o r m. T h e c o m p u t e r v i s i o n a n d i ma g e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y b e i n g u s e d i n t h e e x a c t m e a s u r e
13、m e n t i s a n e w m e t h o d , a n d i t h a s m a n y g o o d p o i n t s s u c h a s : h i g h p r e c i s i o n a n d e f fi c i e n c y . T h i s m e t h o d w i l l b e w i d e l y u s e d i n t h e f u t u r e . K e y w o r d s i m a g e p r o c e s s i n g , c o m p u t e r o p t i c t e c
14、 h n o l o g y , g a u g e w i t h p o i n t e r A u t o m a t i c r e c o g n i t i o n , s t a n d a r d p o w e r 1 1 哈尔滨工业大学工学硕 卜 学位论文 第1 章 绪论 1 . 1课题背景 随着计算机技术及微电子技术的迅猛发展，在此推动下，测量技术与仪 器也发生了很大变化，相继诞生了很多智能仪器m。 这些仪器都可以无一例 外地利用计算机的软、硬件优势，从而增加了测量功能，提高了技术性能 2 1 。在电参数 ( 电流、电 压、功率、相位等) 测量这一领域，由于存在大量 模拟
15、指示仪表 ( 电流表、电压表、功率表、相位表等) ，尽管出现了许多智 能 仪器 3 1 ， 但是这些仪器仅仅通过计算机实现了数据的处理和打印等工作， 没有真正实现自 动化测量系统，主要工作仍由人工来完成，例如:每个测试 点均需要人来瞄准，仪器的操作也需要人来完成，这既降低了测量功效。又 增加了测试人员的劳动强度，同时增加了人为因素 ( 视觉疲劳等)所带来的 测量不确定性。为有效降低测量人员的工作量，缩短计量测试工作周期，提 高计量工作的自 动化和现代化水平，研制 “ 电磁式指示仪表自动化校验装 置”是非常必要的。该项目 研制成功将标志着我国在电参数测量这一领域达 到一个新的水平，同时对计量检测
16、工作全面实现自 动化测量起到重要推动作 用。 该项目 投入使用后，将大大降低测试人员的劳动强度和人为因素造成的 测量不确定性，对保证量值传递的准确可靠具有重要意义。 目前，全国各省市计量部门及电力部门在指示仪表检测方面均没有自 动 化测量装置，检测方法和检测手段在低水平上徘徊，一直没有大的突破，该 项目 研制成功将使指示仪表检测水平上一新台阶。它将广泛用于全国各级专 业计量部门，各工矿企业的计量室和仪器仪表组的生产线，电力部门的电科 院、供电局、电厂等。以黑龙江为例，全省共有 6 7个省市县级专业计量技 术机构，同样有 6 7个电力中试所，这些实验室急需设备的更新和该造，如 果按改造费用 5 万元 ( 己 购标准源的单位)计算，全省技改费用收入为8 0 0 万，如果需要设备更新 ( 无标准源的单位) ，按每套设备1 4 万元计算，将有 上千万元的收入。因此，该项目研制成功后，在国内的销售收入可达几亿 元，经济效益显著。另外，由于实现全自 动测量，剔除了人为因素造成的测 量结果不确定性，可对检定规程进行修改，例如，现规程
