計量儀表校驗“人機大戰”_“POWER X”

2016年8月16日，廣州供電局有限公司“POWER X”杯計量儀表校驗“人機大戰”比賽在廣州供電局電力試驗研究院火熱開戰。本次比賽參賽的一方是廣東省計量行業挑選出的優秀的國家計量檢定員，另一方是廣州供電局電力試驗研究院理化部研發的儀表校驗機器人“晶晶”。廣東計量協會會長、廣東省計量科學研究院和廣州市計量科學研究院的技術專家擔任此次比賽的裁判。就計量儀表檢驗而言，專業人工作業和智能機器人之間究竟勝負如何？結果令人遐想不已。

問題導向，向科技要人力

據了解，廣州供電局儀表實驗室每年要接受近3000只指針式的萬用表，全是人工作業。尤其是高精度儀表，帶有反光鏡，需要人眼通過放大鏡去觀察，當指針、刻度線以及指針在反光鏡中的影子重合才能讀數記錄。“完整的校驗一只這樣的儀表需要近60分鐘，一個計量檢定員連續忙活一天也就能校驗5臺儀表，而且因視覺疲勞還會產生讀取誤差。”廣州供電局項目負責人介紹說。

科技代人力 價值再創造

對這種相對重復又勞動強度大的工作，是否可用科技力量替代人工？廣州供電局員工帶著想法，馬上展開了調研。調研發現，目前市面上沒有此類設備，而且很多科研機構開發的類似產品僅僅停留在實驗室階段沒有真正的運用到生產。于是，廣州供電局找到了哈爾濱工業大學智能測試及信息處理研究所表達了研發儀表機器人的合作意向，雙方一拍即合，馬上進行儀表智能校驗系統項目的研發。

攻堅克難，精益求精

“一開始效果不理想，同一個儀表校驗兩次，結果卻不一樣；換個儀表，晶晶也會‘犯傻’。”廣州供電局項目負責人談起剛開始研發時遇到的困難。廣州供電局員工和哈工大的技術人員一起多次反復進行試驗，發現原因在于儀表刻度盤不統一對采集圖像產生了影響，進而響了識別精度和穩定性；而同一型號不同儀表外形尺寸上有較大差異，造成儀表和相機相對位置產生變化，原讀表法就不再適用。

這種結果是技術人員們始料未及的，也意味著前半年所有的苦心研究全部都付之一炬，須重新尋找新的算法來提高“晶晶”的穩定性和通用性。

“不能放棄，得持續改善，精益求精。”儀表機器人項目負責人說。經過幾種方法反復對比后，技術人員最終開發了“三點一線”法，即智能模擬人類識別儀表讀數過程，根據匹配點的位置調整相機位置，使相機在被檢定點的正上方，這樣確保“三點一線”，再通過圖像處理和模式識別技術找到被檢刻度的匹配點。此外，還需要技術人員對圖像識別算法進行逐步優化。

從2014年至今，整整歷時三年，在15位技術人員經歷無數次的討論、改進、調試、校驗后，零差錯的“晶晶”終于誕生了，一天就能校驗24臺儀表。

科技代人力 價值再創造

“實話說，做了近二十年的儀表校驗工作，確實枯燥繁瑣，” 廣州供電局儀表班的老員工練穆森指著正在工作的“晶晶”笑著合不攏嘴，“現在晶晶來了可幫了大忙，一個頂五個，還不需要休息。”

據悉，“晶晶”采用先進的圖像處理和識別技術，對同一點的10次讀數標準差小于0.001，其高效率、高自動化、高準確性、高性價比等優點深受校驗人員好評。“晶晶”不僅可以校準電測儀表，其他行業指針式儀表的出廠檢驗和周期檢定校準都可以應用。

從技術創新到價值創造

目前，我國正處于向工業4.0時代轉型升級的關鍵時刻，機器人產業首當其沖，正在向數字化、智能化方向發展，成為經濟增長的一個著力點和突破口。廣州供電局電力試驗研究院正加大自主創新能力的培育，解決機器人發展的核心技術，決心成為高水平、高質量的電力機器人產業引導者。

“晶晶在全國計量儀表校驗范圍內屬于首創，具有重要的里程碑意義，它可代替人工對多種高精度指針式儀表和數字顯示式儀表進行檢定，它的誕生將減小勞動強度，解放生產力，提高生產效率。”

廣東省計量協會會長陳國光說到，“晶晶的誕生使人力從重復繁瑣的儀表校驗生產工作中逐步解放出來，大大提升了儀表校驗生產工作的效率，很好的踐行了‘向科技要人力，向管理要效率’的企業發展要求。機器人的發展是未來科技角逐的重點，試研院應該以點帶面，首先在不同專業的點上研發機器人，掌握核心技術，然后以點帶面，推動整個機器人技術的發展，提升試研院的機器人技術實力。”

廣州供電局電力試驗研究院院長莫文雄也談到，“晶晶”的誕生，不僅是廣州供電局一次技術創新，而且通過機器-人力的替換大大增強了企業效益，更為儀表校驗機器人產業展現了一幅充滿遐想的未來愿景。

鏈接：“晶晶”的專業數據：

“晶晶”的構成：

主要由控制系統、運動系統、視覺系統、計量標準源及檢定平臺組成。其中：

控制系統為機器人的“大腦”，負責系統整體流程的控制；

運動系統相當于機器人的“軀干及四肢”，負責帶動視覺系統運動到指定位置；

視覺系統相當于機器人的“眼睛”，完成對目標區域的收縮、觀察、讀數識別等。

“晶晶”工作流程：

第一步：是控制系統控制標準源，產生激勵信號驅動被檢定儀表至被檢定刻度附近；

第二步：視覺系統通過對目標區域收索、識別，確定被檢定點的空間位置坐標；

第三步：運動系統根據被檢定點的空間位置坐標，帶動視覺系統運動到被檢定點正上方，確保“眼睛”、指針和指針在反光鏡中的影重合；

第四步：控制系統通過“眼睛”實時觀察儀表讀數并調整標準源輸出，通過“調整被檢讀標準”的方式完成被檢定點的檢定。