CN102607361B

CN102607361B - 一种双排刻线计量器具自动检定装置

Info

Publication number: CN102607361B
Application number: CN201210087813.XA
Authority: CN
Inventors: 高潮; 郭永彩; 朱红军; 刘丽君
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN102607361A

Abstract

本发明公开了一种双排刻线计量器具自动检定装置，由图像采集模块、光源照明模块、器具定位模块、测量平台和计算机处理显示模块组成；图像采集模块由CMOS摄像头和变焦镜头组成；光源照明模块由两个发白光的条形LED光源组成；器具定位模块由导轨、左右两个滑块和左右两个夹具组成；处理显示模块由显示器和主机组成，计算机处理显示模块和图像采集模块通过数据线相连；测量平台通过固定支架和套筒用于固定图像采集模块、光源照明模块、器具定位模块。该装置可以实现器具数据的自动读数，图像数据通过USB接口送入计算机，通过自己开发的软件自动计算、识别及读数结果显示。硬件结构简单，软件操作方便。

Description

一种双排刻线计量器具自动检定装置

技术领域

本发明涉及一种计量器具读数装置，特别是一种可对具有双排刻线特点的计量器具的测量数据进行高精度自动检定装置。

背景技术

随着生产与科学技术的迅猛发展，对器具读数精度、效率以及读数要求越来越高，如减少人为误差等。目前，国内的卡尺生产制造商对卡尺的检定还是使用人工的方法，即归零后，靠人眼去判断归零是否对准。卡尺是具有双排刻线特征的计量器具，其表面存在大量的刻线，当检定时用传统的人工读数时总是存在如下缺点：人工读数存在由于个体差异造成的主观误差；人眼分辨率有限造成的误读和错读；检定时需要不停重复地对各把卡尺进行观察，长时间读数会造成视疲劳，降低工作效率。因此，为了提高产品的质量，建立一套完整、可靠、高效的自动读数***对计量器具进行检定是十分重要的。

为了解决上述问题，申请人考虑到设计一套双排刻线计量器具自动检定装置，采用图像采集后靠电脑软件辨别读数的方式进行自动读数检定判断，该读数装置在设计过程中需要考虑解决如下几个技术问题：1、器具是合金钢加工而成，用普通光源照明时容易产生强镜面发射，影响读数结果。2、双排刻线不在同一水平面上，用普通光源照射时容易造成灰度不均匀，影响读数结果。3、要在大量刻线中定位对准刻线。目前，国内外对计量器具自动读数装置的研究主要集中在单双排刻线的指针式器具、指针式电压、电流表等

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数显式仪表自动读数。至今没有关于对具有双排刻线特征的器具自动读数方法的报道。此类器具在计量测试领域中还不可或缺，有着广泛应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种高效、快速且能够提高读数精确性的双排刻线计量器具自动检定装置；以填补国内双排刻线计量器具自动读数技术的空白。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种双排刻线计量器具自动检定装置，其特点在于，包括：

一个测量平台，测量平台下方旋接设置有四个水平调节螺母，水平调节螺母用于支撑测量平台并调节测量平台使其水平，测量平台上设有固定支架和水平仪，固定支架用于安装和固定光源照明模块和图像采集模块，水平仪用于观测测量平台是否水平，测量平台表面设置有多个通孔，通孔用于安装和固定器具定位模块；

一个器具定位模块，包括一个导轨，两个滑块和两个夹具，所述导轨水平安装于测量平台上，所述两个滑块可滑动地卡接配合在导轨上，所述夹具分别安装于两个滑块上，两夹具用于将位于之间的待检测计量器具夹紧；

一个光源照明模块，包括两个发白光的条形LED光源，所述LED光源水平安装于测量平台的固定支架上；

一个图像采集模块，包括一个CMOS摄像头和一个变焦镜头，所述变焦镜头安装于所述CMOS摄像头下方，二者再一起竖直安装于测量平台的固定支架上且位于所述光源照明模块的正上方；

一个计算机处理显示模块，所述计算机处理显示模块包含一个显示器和一个主机，主机通过数据线与图像采集模块相连，进行图像数据的传输，所述主机通过内部的数据处理模块分析处理数据，并通过显示器进行读数结果显示。

本装置用于检定工作时，首先调节测量平台下方的四个水平调节螺母，通过观测水平仪中的水泡是否在其圆形球面的中心来判断测量平台是否达到水平；调节水平后，将待检定的计量器具归零，放置于器具定位模块上，定位于两个夹具之间；其次使用数据线完成图像采集模块和计算机处理显示模块的连接；再次接通光源照明模块的电源。具体检定测量过程为：光源照明模块发出的光线，以低角度的入射角照射到被测器具上，图像采集模块接收到器具表面的反射光成像于CMOS的感光元件上，通过数据线将图像数据传输至处理显示模块，调用主机内的数据处理模块分析处理图像数据，确定主尺上的读数m和对准刻线n，根据卡尺读数公式m+n×ｐ来计算最后的读数结果，其中ｐ是卡尺的测量精度，最后把检测结果在显示器上显示出来，如果检测读数结果为零，则合格，如果读数结果为非零，则不合格。上述过程中，主机内的数据处理模块的具体处理过程，采用计算机软件执行，具体可以采用现有的计算机图形读数处理技术的软件模块，所以数据处理模块可以采用现有技术，故不在此详述。技术方案中，所述器具定位模块由一个导轨，两个滑块和两个夹具构成，两个夹具分别固定在两个滑块上，可随同滑块一起在导轨上水平自由滑动。这样，在本发明用于卡尺自动读数时，所述夹具和滑块使得卡尺的取放和定位极为方便，同时卡尺还能在导轨上水平的自由滑动，方便对不同测量数据的读数，另一方面由于所述两个滑块间的距离没有固定，因此可以对多种不同类型的卡尺进行读数，极大的拓展了装置的使用范围。

作为优化，所述固定支架为固定在测量平台上的导向柱，导向柱上可滑动地设置有套筒，所述套筒上设置有用于将套筒固定在导向柱上的定位旋钮，所述光源照明模块和图像采集模块均安装在套筒上。这样优化后，可以靠套筒实现在导向柱上的调节滑动和定位，以调节光源照明模块和图像采集模块的高度，使其满足检测要求。

作为进一步优化，所述图像采集模块还包括一个摄像头安装座，所述摄像头安装座可上下滑动地设置在套筒上，所述CMOS摄像头固定在摄像头安装座上，摄像头安装座上还设置有摄像头定位旋钮，摄像头定位旋钮用于将摄像头安装座固定在套筒上。这样优化后，可以靠摄像头安装座在套筒上的上下滑动和固定，实现图像采集模块高度的微调，以增加图形采集调节的精度。同时，本优化使得待检测计量器具、光源照明模块和图像采集模块三者之间的高度位置均可以进行调节，这样面对不同的待检测计量器具时，均可以调节光源照明模块和图像采集模块的高度位置，使其达到最佳的图像采集效果。

作为更进一步优化，所述光源照明模块还包括光源安装框架和两个光源安装板，所述两个发白光的条形LED光源分别安装在两个光源安装板上，两个光源安装板分别靠水平设置于其两端中部的转轴可转动地安装在光源安装框架上，两个光源安装板间隔并列设置且一个光源安装板位于另一个光源安装板上方构成高低光源，所述图像采集模块中变焦镜头在测量平台上的垂直投影能够穿过两个光源安装板之间的空隙位置并落在测量平台上的导轨上。这样优化后，面对不同的待检测计量器具时，不仅仅可以调节光源照明模块和图像采集模块的高度；而且可以通过转动光源安装板来调节光照入射角度，使得面对不同的待检测计量器具时，光照均能够恰好发射到图像采集模块的变焦镜头中，最大程度地保证图像采集效果。另外，设置两个光源并采取一高一低的方式，也是针对双排刻线计量器具的刻度线不在同一水平面上，采用两侧一高一低的光照，能够使得光照反射灰度更加均匀，保证读数结果；同时光源采用发白光的条形LED光源，也是针对双排刻线计量器具均是采用合金钢材质的特点，采用白光可以更好的反应待检测器具的刻线特点，同时结合所述高低光源的结构可以避免待检测器具产生强烈的镜面反射而影响读数结果；保证了读数准确。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明通过计算机快速计算得到器具的测量读数结果，具有读数快速、高效的优点，能实现数据的自动采集、实时显示、处理、错误提示等功能。可实现多种类型的卡尺自动读数。

2、本发明特别适合于卡尺检定部门对生产的卡尺误差检测，能完整、可靠、高效地快速判断出所生产的卡尺是否合格，在保证产品质量的同时提高检测效率，降低人工成本。

3、本发明还具有以下效果：a、图像数据通过USB接口送入计算机，通过计算机主机预设程序自动计算读数结果；b、使用计算机对读数检测全过程进行全程监控；c、实现数据的自动采集、实时显示、处理等功能。

附图说明

图1是本发明装置整体结构示意图。

图2是本发明装置具体实施时，采用的一种计算机软件流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式、附图和具体实验分析对本发明的过程、原理、效果作进一步的详细说明。

具体实施时，如图1所示，一种双排刻线计量器具自动检定装置，其中，包括：

一个测量平台4，测量平台下方旋接设置有四个水平调节螺母14，水平调节螺母14用于支撑测量平台4并调节测量平台4使其水平，测量平台4上设有固定支架和水平仪15，固定支架用于安装和固定光源照明模块和图像采集模块，水平仪15用于观测测量平台是否水平，测量平台表面设置有多个通孔，通孔用于安装和固定器具定位模块；具体实施时，水平仪属于现有成熟产品，其具有一个中部凸起的透明容器，容器内具有一个气泡，当气泡位于凸起正中时表面测量平台已水平；

一个器具定位模块3，包括一个导轨9，两个滑块10和两个夹具11，所述导轨9水平安装于测量平台4上，所述两个滑块10可滑动地卡接配合在导轨9上，所述夹具11分别安装于两个滑块10上，两夹具11用于将位于之间的待检测计量器具夹紧；

一个光源照明模块2，包括两个发白光的条形LED光源8，所述LED光源8水平安装于测量平台的固定支架上；

一个图像采集模块1，包括一个CMOS摄像头6和一个变焦镜头7，所述变焦镜头7安装于所述CMOS摄像头6下方，二者再一起竖直安装于测量平台4的固定支架上且位于所述光源照明模块2的正上方；

一个计算机处理显示模块5，所述计算机处理显示模块5包含一个显示器12和一个主机13，主机13通过数据线16与图像采集模块1相连，进行图像数据的传输，所述主机13通过内部的数据处理模块分析处理数据，并通过显示器12进行读数结果显示。

具体实施时，所述固定支架为固定在测量平台上的导向柱17，导向柱17上可滑动地设置有套筒18，所述套筒18上设置有用于将套筒18固定在导向柱17上的定位旋钮，所述光源照明模块2和图像采集模块1均安装在套筒18上。所述图像采集模块1还包括一个摄像头安装座，所述摄像头安装座可上下滑动地设置在套筒18上，所述CMOS摄像头6固定在摄像头安装座上，摄像头安装座上还设置有摄像头定位旋钮，摄像头定位旋钮用于将摄像头安装座固定在套筒18上。所述光源照明模块2还包括光源安装框架和两个光源安装板，所述两个发白光的条形LED光源8分别安装在两个光源安装板上，两个光源安装板分别靠水平设置于其两端中部的转轴可转动地安装在光源安装框架上，两个光源安装板间隔并列设置且一个光源安装板位于另一个光源安装板上方，所述图像采集模块1中变焦镜头7在测量平台4上的垂直投影能够穿过两个光源安装板之间的空隙位置并落在测量平台4上的导轨9上。

下面，以50分度游标卡尺为实例，对本发明具体实施情况进行进一步更加详细的说明。

本测量装置用于检测50分度游标卡尺时，可以是如下情况，其结构包括：图像采集模块、光源照明模块、器具定位模块、测量平台、计算机处理显示模块。其中：

1、图像采集模块

图像采集模块由一个CMOS摄像头和一个变焦镜头组成，CMOS摄像头可以选用微视公司图像的MVC-

-1M摄像头，像素为1280至1024，遵循USB2.0标准。变焦镜头是宾得（PENTAX）公司专用于机器视觉的百万像素系列型号为C2514-M的可变焦工业镜头，此镜头兼容性好，水平视角为20°，镜头焦距为25mm。

2、光源照明模块

光源照明模块由不在同一高度的两个发白光的条形LED构成，照射角度自由可调，有效光照面积为50-20mm²。

3、器具定位模块

器具定位模块包括一个导轨、两个滑块和两个夹具，所述夹具分别固定在所述滑块上，所述滑块可在所述导轨上水平自由移动。导轨长45mm。

4、测量平台

测量平台通过固定支架和套筒用于安装和支撑上述图像采集模块和光源照明模块，测量平台下设有四个水平调节螺母，水平调节螺母用于支撑测量平台并调节测量平台使其水平，测量平台上设置有水平仪，可由水平仪观测测量平台是否水平，测量平台表面设有10-19个通孔，用于安装和固定器具定位模块。

5、计算机处理显示模块

计算机处理显示模块由显示器和主机组成。

(1)具备以上图像采集模块所需数据通信接口；

(2)具备数据自动采集、实时显示功能；

其中器具定位模块通过测量平台上的通孔和测量平台相连，图像采集模块和光源照明模块通过测量平台的固定支架和测量平台相连。图像采集模块通过USB数据线与计算机处理显示模块相连，这样，计算机就可以很容易获取所需的图像数据。计算机处理显示模块对图像采集模块采集到的器具读数表面的图像数据进行处理和显示。

器具读数测量：将待测器具放置在夹具上，调节滑块间的距离和滑块在导轨上的位置并固定，使器具表面的有效读数区域全部进入图像采集模块的视野中，对其测量数据进行非接触式测量。

图2反应了本发明中计算机处理显示模块中可以采用的一种软件工作流程图，如其所示，本发明在使用时，直接进入测量界面。首先点击连接摄像头，当摄像头连接正确对话框弹出后，再点击启动摄像头按钮，此时摄像头已经启动，可以开始实时采集视频图像数据。如果要暂停拍摄，点击暂停拍摄按钮即可，要再次采集数据只需再次点击启动摄像头按钮。在进行读数之前，要先进行零误差设定，零误差的设定方式分为两种：一个是在知道器具零误差的前提下手动输入零误差，直接点击输入零误差按钮；另一个方法是直接调用程序自动读取零误差，点击读取零误差按钮即可。之后点击获取读数按钮即可得到读数结果并实时的在显示器上显示。如果确定器具不存在零误差，也可直接点击获取读数按钮，计算读数并进行显示。由于连接摄像头和启动摄像头是***正常工作的前提，因此设置了错误提示，即在没有正确的连接或者启动摄像头的情况下直接对***进行其它操作，会弹出提示对话框，引导操作人员按照正确的步骤使用此发明装置。

Claims

1.一种双排刻线计量器具自动检定装置，其特征在于，包括：

一个器具定位模块，包括一个导轨，两个滑块和两个夹具，所述导轨水平安装于测量平台上，所述两个滑块可滑动地卡接配合在导轨上，所述夹具分别安装于两个滑块上，两夹具用于将位于两夹具之间的待检测计量器具夹紧；

一个计算机处理显示模块，所述计算机处理显示模块包含一个显示器和一个主机，主机通过数据线与图像采集模块相连，进行图像数据的传输，所述主机通过内部的数据处理模块分析处理数据，并通过显示器进行读数结果显示；

所述固定支架为固定在测量平台上的导向柱，导向柱上可滑动地设置有套筒，所述套筒上设置有用于将套筒固定在导向柱上的定位旋钮，所述光源照明模块和图像采集模块均安装在套筒上；

所述光源照明模块还包括光源安装框架和两个光源安装板，所述两个发白光的条形LED光源分别安装在两个光源安装板上，两个光源安装板分别靠水平设置于其两端中部的转轴可转动地安装在光源安装框架上，能够通过转动光源安装板来调节光照入射角度；两个光源安装板间隔并列设置且一个光源安装板位于另一个光源安装板上方，所述图像采集模块中变焦镜头在测量平台上的垂直投影能够穿过两个光源安装板之间的空隙位置并落在测量平台上的导轨上。

2.如权利要求1所述的双排刻线计量器具自动检定装置，其特征在于，所述图像采集模块还包括一个摄像头安装座，所述摄像头安装座可上下滑动地设置在套筒上，所述CMOS摄像头固定在摄像头安装座上，摄像头安装座上还设置有摄像头定位旋钮，摄像头定位旋钮用于将摄像头安装座固定在套筒上。