計量儀表校驗“人機(jī)大戰(zhàn)”_“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(jī)大戰(zhàn)”比賽在廣州供電局電力試驗研究院火熱開戰(zhàn)。本次比賽參賽的一方是廣東省計量行業(yè)挑選出的優(yōu)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(fā)的儀表校驗機(jī)器人“晶晶”。廣東計量協(xié)會會長、廣東省計量科學(xué)研究院和廣州市計量科學(xué)研究院的技術(shù)專家擔(dān)任此次比賽的裁判。就計量儀表檢驗而言，專業(yè)人工作業(yè)和智能機(jī)器人之間究竟勝負(fù)如何？結(jié)果令人遐想不已。

問題導(dǎo)向，向科技要人力

據(jù)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(yè)。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(dāng)指針、刻度線以及指針在反光鏡中的影子重合才能讀數(shù)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(xù)忙活一天也就能校驗5臺儀表，而且因視覺疲勞還會產(chǎn)生讀取誤差。”廣州供電局項目負(fù)責(zé)人介紹說。

科技代人力 價值再創(chuàng)造

對這種相對重復(fù)又勞動強(qiáng)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(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市面上沒有此類設(shè)備，而且很多科研機(jī)構(gòu)開發(fā)的類似產(chǎn)品僅僅停留在實驗室階段沒有真正的運(yùn)用到生產(chǎn)。于是，廣州供電局找到了哈爾濱工業(yè)大學(xué)智能測試及信息處理研究所表達(dá)了研發(fā)儀表機(jī)器人的合作意向，雙方一拍即合，馬上進(jìn)行儀表智能校驗系統(tǒng)項目的研發(fā)。

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(jié)果卻不一樣；換個儀表，晶晶也會‘犯傻’。”廣州供電局項目負(fù)責(zé)人談起剛開始研發(fā)時遇到的困難。廣州供電局員工和哈工大的技術(shù)人員一起多次反復(fù)進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)原因在于儀表刻度盤不統(tǒng)一對采集圖像產(chǎn)生了影響，進(jìn)而響了識別精度和穩(wěn)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(jī)相對位置產(chǎn)生變化，原讀表法就不再適用。

這種結(jié)果是技術(shù)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(wěn)定性和通用性。

“不能放棄，得持續(xù)改善，精益求精。”儀表機(jī)器人項目負(fù)責(zé)人說。經(jīng)過幾種方法反復(fù)對比后，技術(shù)人員最終開發(fā)了“三點一線”法，即智能模擬人類識別儀表讀數(shù)過程，根據(jù)匹配點的位置調(diào)整相機(jī)位置，使相機(jī)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(shù)找到被檢刻度的匹配點。此外，還需要技術(shù)人員對圖像識別算法進(jìn)行逐步優(yōu)化。

從2014年至今，整整歷時三年，在15位技術(shù)人員經(jīng)歷無數(shù)次的討論、改進(jìn)、調(diào)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(chuàng)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(xiàn)在晶晶來了可幫了大忙，一個頂五個，還不需要休息。”

據(jù)悉，“晶晶”采用先進(jìn)的圖像處理和識別技術(shù)，對同一點的10次讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差小于0.001，其高效率、高自動化、高準(zhǔn)確性、高性價比等優(yōu)點深受校驗人員好評。“晶晶”不僅可以校準(zhǔn)電測儀表，其他行業(yè)指針式儀表的出廠檢驗和周期檢定校準(zhǔn)都可以應(yīng)用。

從技術(shù)創(chuàng)新到價值創(chuàng)造

目前，我國正處于向工業(yè)4.0時代轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時刻，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)首當(dāng)其沖，正在向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，成為經(jīng)濟(jì)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(chuàng)新能力的培育，解決機(jī)器人發(fā)展的核心技術(shù)，決心成為高水平、高質(zhì)量的電力機(jī)器人產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)者。

“晶晶在全國計量儀表校驗范圍內(nèi)屬于首創(chuàng)，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(shù)字顯示式儀表進(jìn)行檢定，它的誕生將減小勞動強(qiáng)度，解放生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率。”

廣東省計量協(xié)會會長陳國光說到，“晶晶的誕生使人力從重復(fù)繁瑣的儀表校驗生產(chǎn)工作中逐步解放出來，大大提升了儀表校驗生產(chǎn)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(yè)發(fā)展要求。機(jī)器人的發(fā)展是未來科技角逐的重點，試研院應(yīng)該以點帶面，首先在不同專業(yè)的點上研發(fā)機(jī)器人，掌握核心技術(shù)，然后以點帶面，推動整個機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，提升試研院的機(jī)器人技術(shù)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(shù)創(chuàng)新，而且通過機(jī)器-人力的替換大大增強(qiáng)了企業(yè)效益，更為儀表校驗機(jī)器人產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)了一幅充滿遐想的未來愿景。

鏈接：“晶晶”的專業(yè)數(shù)據(jù)：

“晶晶”的構(gòu)成：

主要由控制系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、計量標(biāo)準(zhǔn)源及檢定平臺組成。其中：

控制系統(tǒng)為機(jī)器人的“大腦”，負(fù)責(zé)系統(tǒng)整體流程的控制；

運(yùn)動系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器人的“軀干及四肢”，負(fù)責(zé)帶動視覺系統(tǒng)運(yùn)動到指定位置；

視覺系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器人的“眼睛”，完成對目標(biāo)區(qū)域的收縮、觀察、讀數(shù)識別等。

“晶晶”工作流程：

第一步：是控制系統(tǒng)控制標(biāo)準(zhǔn)源，產(chǎn)生激勵信號驅(qū)動被檢定儀表至被檢定刻度附近；

第二步：視覺系統(tǒng)通過對目標(biāo)區(qū)域收索、識別，確定被檢定點的空間位置坐標(biāo)；

第三步：運(yùn)動系統(tǒng)根據(jù)被檢定點的空間位置坐標(biāo)，帶動視覺系統(tǒng)運(yùn)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(tǒng)通過“眼睛”實時觀察儀表讀數(shù)并調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)源輸出，通過“調(diào)整被檢讀標(biāo)準(zhǔn)”的方式完成被檢定點的檢定。