水表检定装置能力提升若干问题的探讨

水表检定装置能力提升若干问题的探讨

邵星辰

山东省泰安市自来水有限公司 271000

摘要：为了确定水表在图像中的坐标，先利用颜色特征对水表进行粗定位，在粗定位的基础上利用基于归一化梯度内积相似性的模板匹配算法进行精确定位。该方法简单易行，具有较好的定位结果。为了将水表的图像坐标转换到机器人坐标系，本文构建Eye－to－Hand标定模型，并且利用改进的矩阵直积法进行求解，得到相机坐标系与机器人基座坐标系转换关系矩阵X且对产生的误差进行量化分析。本文对水表检定装置能力提升若干问题进行分析，以供参考。

关键词：水表检定装置；能力提升；问题探讨

引言

确定水表在图像中的大致位置后，采用基于归一化梯度内积相似性模板匹配算法确定水表的准确位置。以边缘梯度为相似性判断准则，不仅能通过设置相似度阈值来加速其判断过程，同时对光照变化也具有鲁棒性。首先构建图像金字塔模板，图像金字塔是图像多尺度表达的一种方式，它由原始图像经过一定采样间隔而得到的不同分辨率图像所形成的类似于金字塔结构，图像的分辨率由下到上逐级递减。

1总体方案

由传统的水表检定台,数字图像处理模块,二次测控系统组成。传统的水表检定台是水表检定实验完成的的实体,主要组成包括稳压容器、装置进水阀、试验管段、流量调节阀、指示流量计、工作量器、夹表器等。用以实现对待测水表的串联安装,密封通水。数字图像处理模块包括工业摄像头和封装在摄像头内的数字图像处理算法,主要实现对水表表盘数字图像的采集,识读,再通过RS485通信线路将数据传输回二次测控系统。由二次测控系统完成数据处理。

2结构组成

2.1瞬时流量指示计

本水表检定装置上配用的指示流量计采用玻璃转子流量计,精度在2.5%。主要测量元件为垂直安装的锥形玻璃管和在其内部上下浮动的转子。当水流自下而上通过锥形玻璃管,浮动的转子在上下产生压差,当转子上升到与瞬时流量相对应的高度时,压差与自身重力,水流浮力相平衡。因此瞬时流量的变化可以通过浮动的转子与锥形玻璃管壁对应的刻度值来及时反应。

2.2数字图像处理模块

本装置采用工业摄像头采集水表表盘的实时图像,通过封装在摄像头内部的数字图像算法完成水表表盘示数的智能识读。

3视觉分拣系统平台搭建

研究设计的Eye－to－Hand水表分拣系统，其硬件部分主要由工业相机及镜头、上位机、工业机器人及其控制柜、水表、传送带等组成。此外，还设计了吸盘式的机器人手用于抓取水表。1)工业机器人。本平台所选用的机器人为ABBIＲB1200型6自由度工业机器人，该机器人自质量为54kg，末端最大负重可达7kg，该机器人有6个旋转关节，6个自由度，运动灵活，精度较高，可以达到0．02mm。从理论上来说该机器人末端可以到达工作范围的任意位置(除了机器人基座坐标系原点)。2)图像采集系统。水表分拣环境复杂，各种因素都可能会影响获取到的图像质量。本研究选用的是某公司的IMC－751G彩色相机和16mm定焦镜头作为图像采集装置，并选用碗光源。3)末端结构设计。由于水表表盘是镜面结构，吸附性能好，因此采用最简单有效的吸盘式手抓结构。这里选择直径为50mm的吸盘，理论最大吸附力可达15kg，完全能够满足水表抓取工作，此外还设计了吸盘和机器人末端的连接件。

4检定装置整体性能及指标

(1)验证方法。静态质量法+标准表法。静态质量方法:静态质量方法是用电子称重和开关完成电磁流量计、高压干水计、涡流量计、质量流量计的检验,使水的质量在固定的时间内转化为标准容量,然后将被检测的电磁流量计、高压干水计、涡流量计和质量流量计的体积进行对比,计算出显示误差。标准表法:标准表法将标准表的流量值和瞬时流量与被检验的电磁流量计、干式高压水量计、旋涡流量计、质量流量计在固定时间内进行比较,以计算显示误差。(2)设备扩展的不确定性。静态质量法:0.05%(k=2);电子重量值:不小于e = 1/6000;标准表法:0.3%(k=2);标准表重复性:不小于0.06%。流动稳定性:不小于0.2%。(4)流量范围:(0.28～35)m3/h。(5)控制表规格:DN25和DN50只有两种型号。(6)控制台:1组DN25/DN50平行表干式高压水表,1组水平表控制台。(7)经检验的水表类型:高压干水表、电磁流量计、涡轮流量计、质量流量计等。高压干水表由于其内部结构和经过检验的水而被隔离,因此它不会受到水中微小颗粒的固体作用,以保证计数结构的正常工作和清晰读数,也不会影响水中的日志,如潮湿的水表,由于计量盘内外的温度差异或水球中的凝结,影响计数值的读数。干式水表的高压误差调节装置一般是外部调节型,其形状和内部结构与湿式水表规格相同,绝大多数配件可以相互兼容。高压干水表供电形式为电池供电,在检查高压干水表时,一般采用人工读数法进行瞬时流量和流量记录,通过高压干水表在一定时间内流动,在记录数值时,水表流量不会停止,检查人员用肉眼确定数值,误差较大。高压干式水表在发送和检查时应确保发送检查的水表盘没有指示,头部和表面牢固连接,无松动,表面无油,齿轮均匀旋转,无阴极,堵塞等现象。

5水表检定装置能力提升

5.1标准量器示值的自动获取

最初,标准计量器的值由计量器液位线手工确认,但人工计量的重复性和再现性差,劳动密集度大,存在安全隐患;随后,通过测量仪表的测量机构实现自动采集指示,主要是光电或电接触式传感器检测水位,反馈信号为设备控制系统切断水流,但这种方法仅控制水流中断,受水压、阀门响应速度等因素影响,定位精度或取值不高,特别是在大流量情况下重复性差。比较分析了雷达液位计、差压和磁振荡液位的优缺点,认为磁振荡液位可用于标准水流装置中的高精度自动液位测量。采用600 dpi的S3C2240接触式传感器,研制出一种标准液体流量装置的静容量方法,用于玻璃管液位的自动测量,液位测量精度可达0.1mm,但该方法仅在实验室采用,没有现场应用数据。采用磁浮法读取液位,受弹簧芯性能、加工精度等方面传感元件的限制,水位测定和传递精度为0.08%,有待提高。

5.2标准量器中介质防晃动

在实际测试中,在填充介质后,计量器不能立即读取值,需要停留一段时间才能读取。由于注射器介质具有初始速度和方向,介质可在计量器中形成涡流或给液位带来一定的振幅,特别是具有较大指标的计量器,如10、20m3,高度大于5m,填充介质后,整体重心较高,介质的振荡非常明显,稳定时间长,检测到大流量时的稳定时间甚至可达十分钟。首先,它严重影响测试的有效性,其次,它导致测试结果的不确定性增加。利用单位补偿解决这个问题的方法有很多种,主要是在容器中加入隔板,通过破坏环境的完整性来减少振荡,其中绝大多数是井隔板。本文提出了一种新型的环境稳定剂,在中心有一个圆柱形隔板,圆柱形壁与多个平薄板连接,均匀分布在环中。圆柱形隔板的直径为测量外径的40%,平板沿圆柱形放置在360度,数量从12到24不等,以15平板为例,间距角为24。如果仪表高度为h,则装置的总高度为0.15h,安装位置约为从上仪表下方装置中心线的0.25h。根据实际使用情况,该装置可在短时间内迅速降低液位波动,一般在1分钟后液位计可稳定显示。

结束语

总之,电磁流量计的结构主要由磁力系统、测量管、电极、外壳、垫片和转换器组成。电磁流量计的工作原理是通过磁链系统对被测液体进行磁化,当被测液体通过电磁流量计腔切割磁场产生感应电脉冲时,再通过转换器将所获得的微弱电势信号转换为标准直流信号,在电磁流量计表盘上显示瞬时流量和基准。

参考文献

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