一种千克组砝码无人化检定系统的设计

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图 １ 系统结构图
基金项目：广东省市场监督管理局（２０１８ＣＪ１４）
马健等：一种千克组砝码无人化检定系统的设计
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视觉导航千克组砝码无人化检定系统主要由无 人化砝码抓取子系统和检定管理子系统两部分组 成，系统结构如图 １所示。无人化砝码抓取子系统 主要包含工 业 摄 像 头、机 器 人 上 位 机、机 器 人 控 制 器、抓取机器人，负责全过程的砝码搬运工作。［３］而 检定管理子系统主要包含质量比较仪以及比较仪上 位机，主要负责检定数据的采集处理、检定结果的判 定以及证书记录的生成。 ２ 无人化砝码抓取子系统
图 ５ 砝码识别结果图
２２ 抓取机器人的导航 抓取机器人的导航主要分为路径规划与实时环
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《计量与测试技术》２０１９年第 ４６卷第 １１期
一种千克组砝码无人化检定系统的设计
马 健 郭琳琳
（广州计量检测技术研究院，广东 广州 ５１００００）
摘 要：为了解决砝码计量检定工作中存在的费力、耗时、检定准确度等问题，提出了一种基于视觉导航的千克组砝码无人化检定系统的设计， 实现砝码智能化、自动化的批量检定。该系统利用视觉识别、环境感知传感器解决砝码定位、智能抓取问题，通过检定管理系统完成检定数据 的采集处理以及证书记录生成，实现了砝码的智能无人化计量检定。 关键词：无人化；视觉导航；批量检定 中图分类号：ＴＨ１２３＋２ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０４０３０ ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－６９４１．２０１９．１１．００４
（４）识别定位 从拍摄到的砝码照片中提取轮廓，与视角文件 中不同视角的虚拟照片匹配，如图 ４所示。若匹配 成功则反馈砝码位姿和相机的视角和距离并根据以 上数据确定砝码相对机的坐标，如图 ５所示。
图 ４ 砝码与虚拟照片匹配结果
图 ２ 砝码三维模型图
（２）制备匹配视角文件
图 ３ 拍摄示例图
根据已绘制的砝码三维模型图建立虚拟相机， 在不同视角和不同距离下对三维模型进行虚拟拍 摄，得到一系列虚拟照片，如图 ３所示。将这些虚拟 照片制备成视角模板保存至相应文件夹中，作为后
ＤｅｓｉｇｎｏｆａＫｉｌｏｇｒａｍ ＷｅｉｇｈｔＵｎｍａｎｎｅｄＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
ＭａＪｉａｎ ＧｕｏＬｉｎｌｉｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌａｂｏｒｉｏｕｓ，ｔｉｍｅ－ｃｏｎｓｕｍｉｎｇａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｅｉｇｈｔｓ，ａｎ ｕｎｍａｎｎｅｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｋｉｌｏｇｒａｍｓｗｅｉｇｈｔｓｂａｓｅｄｏｎｖｉｓｕａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｓｏａｓｔｏｒｅａｌｉｚｅｉｎｔｅｌｌｉ ｇｅｎｔａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｂａｔｃｈｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｅｉｇｈｔｓＴｈｉｓｓｙｓｔｅｍｓｏｌｖｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｗｅｉｇｈｔｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｇｒａｓｐｉｎｇｂｙｍｅａｎｓｏｆｖｉｓｕａｌｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｏ ｃｅｓｓｉｎｇｏｆｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｄａｔａａｎｄｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅｒｅｃｏｒｄｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｒｅ ａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｕｎｍａｎｎｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｅｉｇｈｔｓ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｍａｎｎｅｄ；ｖｉｓｕａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ｌｏｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
无人化砝码抓取子系统的工作原理是通过工业 摄像头对叠堆砝码进行拍照后，反馈至机器人上位 机进行图像识别，［４］在得到砝码定位后导航抓取机 器人进行砝码的抓取运动。 ２黑色，在图像识 别中属于低对比度识别，所以本文在基本识别的基 础上增加三维模型对比来更好地进行砝码的识别， 具体方法如下：
０ 引言 随着计量科学的不断发展和自动化水平的不断
提高，越来越多的智能自动技术应用在各类的计量 工作中。尤其是在需要耗费大量体力劳动、大量时 间的计量工作，智能自动技术所能发挥的作用已经 越来越明显，而砝码检定就是其中一种费力、费时的 计量工作。
传统的砝码检定方式大多是采用人工搬运操 作。以最为普遍的 ２０ｋｇＭ１等级砝码检定为例，如果 一家企业送检 ２５个 ２０ｋｇ的砝码，按照 ＪＪＧ９９－２００６ 《砝码》计量检定规程的要求，采用 ＡＢ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５Ａ 测量循环进行检定，［１］则一共需要搬运砝码 ７０次， 搬运总重量高达为 １４００ｋｇ。这样的检定方式不仅 费时费力，检定效率低，而且容易因人为放置时砝码 出现下放力过大引起质量比较仪的失准，无法很好 地保证检定工作的准确性。
（１）绘制三维模型 根据 ＧＢ／Ｔ４１６７－２０１１《砝码》国家标准中砝码 的标准尺寸结合实物具体差异，使用建模软件绘制 砝码的三维模型，如图 ２所示。将不同规格的砝码 测量、绘制三维模型、保存至对应的文件夹中。
续砝码位姿识别的依据。 （３）相机标定 使用相机在不同角度和距离下拍摄标定板，获
得一系列图像。通过这一系列图像进行相机的标 定，获取相机的焦距失真等参数，利用这些参数对拍 摄到的砝码图片进行校正，使得相机能够对砝码位 姿进行准确的识别。
目前，虽然有一些科研技术机构和高校提出了 砝码自动检定系统，但这些系统大多是针对单个高
等级砝码的高准确检定或者是需要提前编排好砝码 位置和行走路线的方案，［２］这些系统在智能自动化 的实现上仍有较大的提升空间。
基于上述原因，本文提出了一种基于视觉导航 的千克组砝码无人化检定系统设计。 １ 系统总体设计