CN110967961A - 高精密手表三针自动检测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高精密手表三针自动检测***及方法，属于手表零部组件装配与质量检测领域，该***由低畸变定焦镜头、高分辨率相机、高亮度平行面光源、高精度旋转台、轮盘、专用定位装置、控制电路***以及专用图像处理测量控制单元等组成；采用非接触式高精度相机测量和图像识别处理技术，结合高精度旋转台实现手表三针装配后与表盘之间平行度的自动测量与质量判定，测量精度优于0.005mm，解决了以往人工目视、主观判断、易疲劳等问题，实现了高精度、高效率、数字化的手表三针平行度非接触式测量，通用性较强，提高了产品质量和工作效率，是新一代光、机、电、算、软件一体化高度集成的高新技术产品。
Description
技术领域
本发明属于装配质量检测领域，尤其涉及一种高精密手表三针(时针、分针、秒针)自动检测***及方法。
背景技术
手表表针是手表的重要部件之一，其三针的装配精度将直接影响手表的计时精度和产品质量。目前，手表表针装配质量检测模式完全依赖于操作者，由人工目视检查，主观判断，检测精度低，这种检测模式不仅易受人为主观因素影响，如疲劳度、责任心和经验等都容易对检测结果造成影响，使检测结果可靠性降低；而且检测结果定性不定量，缺乏必要的质量数据分析与管理手段，不能满足现代化、大规模、高精度手表自动化装配线的需求，制约其装配质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精密手表三针自动检测***及方法，解决现有手表表针装配质量检测方法存在的检测结果可靠性低及不定量的问题。
本发明的技术解决方案是提供一种高精密手表三针自动检测***，其特殊之处在于：包括底座、旋转台、轮盘、专用定位装置、平行面光源、图像采集***及数据处理单元；
上述旋转台固定在底座上表面；上述轮盘固定在旋转台上表面，能够在旋转台的带动下在其所在平面内转动；上述专用定位装置固定在轮盘上表面，用于固定被测表盘；上述平行面光源与图像采集***相对固定在底座上表面；被测表盘位于平行面光源与图像采集***之间，被测表盘在测量时，秒针、分针、时针之间的夹角为零且与图像采集***光轴垂直；上述数据处理单元的输入端与图像采集***的输出端连接。
进一步地，上述轮盘上设置有多个通孔，多个通孔沿同一圆周均布；每个通孔对应一个通孔编号且沿轮盘径向方向在轮盘上表面刻蚀通孔对准线，上述通孔对准线同时位于通孔径向方向。
进一步地，上述专用定位装置也为多个，与通孔一一对应，每一个通孔用于固定一个专用定位装置，该专用定位装置包括定位柱与定位套；
上述定位柱为圆柱体，沿圆柱体中部外壁周向设置过渡法兰；位于过渡法兰上端的为定位体，下端的为配合体；
上述定位体与定位套配合，定位套套装并定位在在定位体外壁；
上述定位套的上端面用于固定被测表盘；
上述过渡法兰外圆周上设置有沿其轴向的定位柱对准线；
上述配合体与轮盘上的通孔相互配合固定在通孔内；定位柱对准线与通孔对准线对准。
进一步地，上述定位套上开设把芯槽，用于卡位被测表盘把芯；上述定位套上端面设置有表芯孔，用于卡位被测表盘机芯；上述定位套上端面平面用于放置被测表盘下端面。定位套上端面、表芯孔、把芯槽分别与被测表盘下表面、机芯、把芯相互配合，起定位导向作用。
进一步地，上述专用定位装置还包括定位键；
上述定位体外壁上设置有沿其轴向的定位键槽，定位键槽与定位键过盈配合安装；上述定位键槽轴向中心线与定位柱对准线在同一平面上，相互圆周180°、0°、90°或270°角度设置；
沿定位套内壁轴向设置有一个导向槽；上述导向槽与把芯槽轴线在同一平面上，相互圆周180°、0°、90°或270°角度设置。
上述定位套内壁、导向槽分别与定位体外壁、定位键相互配合，起定位导向作用。定位套根据被测表盘的型号规格进行多种形式设计，结构简单，定位准确，更换方便。通过更换定位套适用于多种型号规格手表表针与表盘的平行度测量。
进一步地，该***还包括光源支撑架，上述轮盘中心开孔；
上述光源支撑架一端固定在底座上，另一端穿过轮盘中心开孔支撑平行面光源。
进一步地，上述图像采集***由低畸变定焦镜头和高分辨率相机组成。
进一步地，该***还包括外壳；
上述外壳为一封闭壳体，固定在底座上；上述图像采集***位于外壳内部且通过相机支撑架固定在外壳后面板上；外壳前面板上设置有通光孔，上述平行面光源的出射光指向通光孔；上述低畸变定焦镜头、高分辨率相机、通光孔以及被测表盘的安装高度相等，且在同一水平轴线上。
进一步地，上述底座上表面两端各安装有把手，下表面四角处各安装有橡胶垫；
还包括安装在底座及后面板上的电路控制***；所述电路控制***用于控制旋转台和平行面光源在工作过程中的通断。
进一步地，上述数据处理单元包括存储器及处理器，上述存储器内存储计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时，实现以下过程：
步骤一、接收图像采集***采集的图像，并将图像二值化，根据灰度值大小在被测区域内分别搜索识别秒针、分针、时针和表盘的边界像素点；
步骤二、获取边界像素点后，利用最小二乘法拟合秒针、分针、时针和表盘对应的四条直线；
步骤三、分别计算三针相对表盘的角度，即三针与表盘之间的平行度。
进一步地，步骤三中根据下述公式计算三针相对表盘的角度：
其中k1为表盘对应的直线斜率，k2为表针对应的直线斜率，π为常数。
本发明还提供一种基于上述高精密手表三针自动检测***的方法，包括以下步骤：
步骤一、将表针与把芯按一定角度(0°、90°、180°和270°)装配在被测表盘上，保证被测表盘在测量时表针与图像采集***光轴垂直；
步骤二、将被测表盘放置在专用定位装置上，保证被测表盘下表面、机芯、把芯分别与定位套上端面、表芯孔、把芯槽相互配合；
步骤三、打开电源总开关，启动专用图像处理测量控制软件；
步骤四、启动初始化图像采集***及高精度旋转台，采集实时图像画面，高精度旋转台回归零位；
步骤五、根据实际需求，选择“单次采集”或者“循环采集”，此时高精度旋转台按照设定程序旋转，图像采集***采集出每个编号被测表盘的实时图像；
步骤六、将图像二值化，根据灰度值大小在被测区域内搜索分别识别秒针、分针、时针和表盘的边界像素点；
步骤七、获取边界像素点后，利用最小二乘法拟合秒针、分针、时针和表盘对应的四条直线；
步骤八、分别计算三针相对表盘的角度，即三针与表盘之间的平行度。
进一步地，在测量区域内，根据灰度值大小从上到下、从左到右依次分别搜索识别秒针、分针、时针和表盘边界；
步骤八根据下述公式计算三针相对表盘的角度：
其中k1为表盘对应的直线斜率，k2为表针对应的直线斜率，π为常数。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用非接触式高精度相机测量和图像识别处理技术，结合高精度旋转台实现手表三针装配后与表盘之间平行度的自动测量与质量判定，解决以往人工目视、主观判断、易疲劳等问题，实现了高精度、高效率、数字化的手表三针平行度测量；
2、本发明为非接触式测量，通用性强，为各种手表表针的装配和检测提供了技术保障，进一步提高了产品质量和工作效率。
3、高精密手表三针自动检测***测量精度可达到0.005mm。
4、本发明定位套根据被测表盘的型号规格进行多种形式设计，适用于多种型号规格手表表针与表盘的平行度测量，结构简单，定位准确，更换方便。
附图说明
图1是本发明实施例中高精密手表三针自动检测***结构示意图。
图2是本发明实施例中轮盘结构示意图。
图3是本发明实施例中被测表盘结构示意图。
图4是本发明实施例中定位柱结构剖视图。
图5是本发明实施例中定位套结构示意图。
图6是本发明实施例中专用定位装置组装示意图。
图中附图标记为：1-图像采集***，1-1-低畸变定焦镜头，1-2-高分辨率相机，1-3-相机支撑架；
2-平行面光源，2-1-光源支撑架；
3-旋转台；
4-轮盘，4-1-通孔，4-2-通孔编号，4-3-通孔对准线，4-4-锁紧螺钉；
5-专用定位装置，5a-定位柱，5a-1-过渡法兰，5a-1-1-定位柱对准线，5a-2-定位体，5a-2-1-定位键槽，5a-3-配合体，5b-定位套，5b-1-定位套内壁，5b-1-1-导向槽，5b-2-定位套上端面，5b-3-表芯孔，5b-4-把芯槽，5c-定位键；
6-外壳，6-1-前面板，6-1-1-通光孔，6-2-后面板；
7-电路控制***；
8-被测表盘，8-1-表针，8-2-把芯，8-3-表盘上表面，8-4-表盘下表面，8-5-机芯；
9-数据处理单元，10-底座，10-1-把手，10-2-橡胶垫。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
参见图1，本实施例提供了一种高精密手表三针自动检测***，包括图像采集***1，高亮度的平行面光源2，高精度的旋转台3，轮盘4，专用定位装置5，外壳6，电路控制***7，数据处理单元9以及底座10。
其中外壳6为一密封壳体，包括前面板6-1、后面板6-2以及四周的其他面板(图中未标出)，各面板两两通过螺钉紧固连接，最后安装到底座10上；图像采集***1位于外壳内部，由低畸变定焦镜头1-1和高分辨率相机1-2组成，通过相机支撑架1-3与外壳的后面板6-2两两紧固连接；外壳的后面板6-2上设置有电路控制***7的电源开关及通讯接口。外壳的前面板6-1上设置有一通光孔6-1-1。高亮度的平行面光源2通过光源支撑架2-1与底座10两两紧固连接，其出射光能够通过通光口6-1-1入射至外壳6内。低畸变定焦镜头1-1、高分辨率相机1-2、通光孔6-1-1以及被测表盘8的安装高度相等，且在同一水平轴线上。
高精度旋转台3通过螺钉紧固在底座10上，上表面安装有轮盘4；如图2所示，轮盘4上设置有多个圆周均布通孔4-1，且每个通孔4-1对应一个通孔编号，该通孔编号刻画在轮盘4，同时每个通孔4-1对应一个通孔对准线4-3，通孔对准线4-3沿轮盘的径向以同时沿通孔4-1径向设置。
专用定位装置5也包括多个，与通孔4-1一一对应，由定位柱5a、定位套5b和定位键5c组成。如图4所示，定位柱5a为上、中、下圆柱结构，上圆柱体为定位体5a-2，定位体5a-2外圆柱上设置有一个定位键槽5a-2-1，该定位键槽5a-2-1的长度方向为定位体5a-2的轴向，定位键槽5a-2-1与定位键5c过盈配合安装。中圆柱体为过渡法兰5a-1，过渡法兰5a-1圆周上设置有一个定位柱对准线5a-1-1，该定位柱对准线5a-1-1沿过渡法兰5a-1轴向方向设置，定位键槽5a-2-1与定位柱对准线5a-1-1轴线在同一平面上，相互圆周180°设置，也可0°、90°、270°角度设置。下圆柱体为配合体5a-3，配合体5a-3与轮盘4上的通孔4-1相互配合；过渡法兰5a-1圆周上的定位柱对准线5a-1-1与轮盘4上的通孔对准线4-3对准，通过锁紧螺钉4-4将定位柱5a固定在轮盘4上。
如图5所示，定位套5b圆周上设置有一个把芯槽5b-4，图中把芯槽5b-4为缺口状，用于卡位被测表盘把芯8-2；定位套上端面5b-2设置有表芯孔5b-3，表芯孔5b-3形状根据不同被测表盘机芯8-5的形状进行设计，用于卡位被测表盘机芯8-5；定位套上端面5b-2平面用于放置被测表盘下端面8-4；定位套内壁5b-1上设置有一个导向槽5b-1-1，该导向槽5b-1-1的长度方向为定位套轴向方向；导向槽5b-1-1与把芯槽5b-4轴线在同一平面上，相互圆周180°设置，也可0°、90°、270°角度设置。
如图6所示，定位套5b套装置定位体5a-2外部，定位套内壁5b-1、导向槽5b-1-1分别与定位体5a-2的外圆柱、定位键槽5a-2-1上安装的定位键5c相互配合，起定位导向作用。定位套上端面5b-2、表芯孔5b-3、把芯槽5b-4分别与被测表盘下表面8-4、机芯8-5、把芯8-2相互配合，起定位导向作用。定位套5b根据被测表盘的型号规格进行多种形式设计，结构简单，定位准确，更换方便。
被测表盘表针8-1装配方向与把芯8-2位置成90°，也可成0°、180°和270°，保证被测表盘8在测量时表针与图像采集***1光轴垂直。
电路控制***7安装在底座10及后面板6-2上。底座10上表面两端各安装有把手10-1，下表面四角处各安装有橡胶垫10-2，起支撑隔振作用。
数据处理单元9包括存储器及处理器，存储器内存储专用的手表三针自动检测数据处理及控制软件；该软件被处理器执行时，根据图像采集***采集出每个编号被测表盘的实时图像，经过软件算法处理得出三针装配后与表盘之间的平行度。
本发明在具体使用时，按照以下步骤进行：
步骤一：将表针与把芯按一定角度(0°、90°、180°和270°)装配在被测表盘上，保证被测表盘在测量时表针与图像采集***光轴垂直；
步骤二：将多个被测表盘依次放置在专用定位装置上，保证被测表盘下表面、机芯、把芯分别与定位套上端面、表芯孔、把芯槽相互配合；
步骤三：打开后面板上的电源开关及通讯按钮，启动专用图像处理测量控制软件；
步骤四：启动初始化图像采集***及高精度旋转台，出现实时图像画面，高精度旋转台回归零位；
步骤五：根据实际需求，选择“单次采集”或者“循环采集”，此时高精度旋转台按照设定程序旋转，图像采集***采集出每个编号被测表盘的实时图像，经过软件算法处理得出三针装配后与表盘之间的平行度；
具体算法包括：
5.1、将所采集到的图像二值化，根据灰度值在被测区域内大小从上到下、从左到右依次分别搜索识别秒针、分针、时针和表盘边界；
5.2、获取边界像素点后，利用最小二乘法拟合对应的四条直线；
5.3、分别计算三针相对表盘的角度，即三针与表盘之间的平行度；
具体角度计算程序如下：
其中k1为表盘对应的直线斜率，k2为表针对应的直线斜率，π为常数。
步骤六：保存查看测量结果，测量结束。
本发明对上述***进行了校准，为了标校***测量精度，设计了一种类似于表针形状的光学标定板。整个***装调完成后进行精度标检，首先使用高精度万能工具显微镜对光学标定板精度进行标检，然后通过该测量***对光学标定板进行300次测量，测量数据与万能工具显微镜的数据进行对比计算，计算结果如下表所示：
| 秒针 | 分针 | 时针 | |
| 标定板实测值(°) | -0.49667 | 0.00306 | 0.49417 |
| ***测量平均值(°) | -0.50668 | 0.00272 | 0.49632 |
| 测量误差值(角度：°) | -0.01001 | -0.00034 | 0.00215 |
| 测量误差值(线值：mm) | -0.00349 | -0.00012 | 0.00075 |
| 测量重复性(角度：°) | 0.00190 | 0.00202 | 0.00318 |
| 测量重复性(线值：mm) | 0.00066 | 0.00070 | 0.00111 |
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (13)
1.一种高精密手表三针自动检测***，其特征在于：包括底座(10)、旋转台(3)、轮盘(4)、专用定位装置(5)、平行面光源(2)、图像采集***(1)及数据处理单元；
所述旋转台(3)固定在底座(10)上表面；所述轮盘(4)固定在旋转台(3)上表面，能够在旋转台的带动下在其所在平面内转动；所述专用定位装置(5)固定在轮盘(4)上表面，用于固定被测表盘；所述平行面光源(2)与图像采集***(1)相对固定在底座(10)上表面；被测表盘位于平行面光源(2)与图像采集***(1)之间，被测表盘在测量时，秒针、分针、时针之间的夹角为零且与图像采集***(1)光轴垂直；所述数据处理单元的输入端与图像采集***(1)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：所述轮盘(4)上设置有多个通孔(4-1)，多个通孔(4-1)沿同一圆周均布；每个通孔(4-1)对应一个通孔编号(4-2)且沿轮盘(4)径向方向在轮盘上表面刻蚀通孔对准线(4-3)，所述通孔对准线(4-3)同时位于通孔(4)径向方向。
3.根据权利要求2所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：所述专用定位装置(5)与通孔一一对应，包括定位柱(5a)与定位套(5b)；
所述定位柱(5a)为圆柱体，沿圆柱体中部外壁周向设置过渡法兰(5a-1)；位于过渡法兰(5a-1)上端的为定位体(5a-2)，下端的为配合体(5a-3)；
所述定位体(5a-2)与定位套(5b)配合，定位套(5b)套装并定位在在定位体(5a-2)外壁；
所述定位套(5b)上端面(5b-2)用于固定被测表盘；
所述过渡法兰(5a-1)外圆周上设置有沿其轴向的定位柱对准线(5a-1-1)；
所述配合体(5a-3)与轮盘(4)上的通孔(4-1)相互配合固定在通孔内；定位柱对准线(5a-1-1)与轮盘(4)上的通孔对准线(4-3)对准。
4.根据权利要求3所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：
所述定位套(5b)上开设把芯槽(5b-4)，用于卡位被测表盘把芯(8-2)；所述定位套上端面(5b-2)设置有表芯孔(5b-3)，用于卡位被测表盘机芯(8-5)；所述定位套上端面(5b-2)平面用于放置被测表盘下端面(8-4)。
5.根据权利要求4所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：
所述专用定位装置(5)还包括定位键(5c)；
所述定位体(5a-2)外圆柱上开设沿其轴向的定位键槽(5a-2-1)，定位键槽(5a-2-1)与定位键(5c)过盈配合安装；所述定位键槽(5a-2-1)轴向中心线与定位柱对准线(5a-1-1)在同一平面上，相互圆周180°、0°、90°或270°角度设置；
沿定位套内壁(5b-1)轴向设置有一个导向槽(5b-1-1)；所述导向槽(5b-1-1)与把芯槽(5b-4)轴线在同一平面上，相互圆周180°、0°、90°或270°角度设置；
所述定位套内壁(5b-1)、导向槽(5b-1-1)分别与定位体(5a-2)外壁、定位键(5c)相互配合。
6.根据权利要求4所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：还包括光源支撑架(2-1)，所述轮盘(4)中心开孔；
所述光源支撑架(2-1)一端固定在底座(10)上，另一端穿过轮盘(4)中心开孔支撑平行面光源(2)。
7.根据权利要求6所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：所述图像采集***(1)由低畸变定焦镜头(1-1)和高分辨率相机(1-2)组成。
8.根据权利要求7所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：还包括外壳(6)；
所述外壳(6)为一封闭壳体，固定在底座(10)上；所述图像采集***(1)位于外壳(6)内部且通过相机支撑架(1-3)固定在外壳后面板(6-2)上；外壳(6)前面板(6-1)上设置有通光孔(6-1-1)，所述平行面光源(2)的出射光指向通光孔(6-1-1)；所述低畸变定焦镜头(1-1)、高分辨率相机(1-2)、通光孔(6-1-1)以及被测表盘(8)的安装高度相等，且在同一水平轴线上。
9.根据权利要求8所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：所述底座上表面两端各安装有把手，下表面四角处各安装有橡胶垫；
还包括安装在底座(10)及后面板(6-2)上的电路控制***；所述电路控制***用于控制旋转台(3)和平行面光源(2)在工作过程中的通断。
10.根据权利要求1-9任一所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：所述数据处理单元包括存储器及处理器，所述存储器内存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现以下过程：
步骤一、接收图像采集***采集的图像，并将图像二值化，根据灰度值大小在被测区域内分别搜索识别秒针、分针、时针和表盘的边界像素点；
步骤二、获取边界像素点后，利用最小二乘法拟合秒针、分针、时针和表盘对应的四条直线；
步骤三、分别计算三针相对表盘的角度，即三针与表盘之间的平行度。
11.根据权利要求10所述的高精密手表三针自动检测***，其特征在于：步骤三中根据下述公式计算三针相对表盘的角度：
其中k1为表盘对应的直线斜率，k2为表针对应的直线斜率，π为常数。
12.一种基于权利要求1～11任一所述高精密手表三针自动检测***的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将表针与把芯按一定角度，所述一定角度为0°、90°、180°或270°，装配在被测表盘上，保证被测表盘在测量时表针与图像采集***光轴垂直；
步骤二、将被测表盘放置在专用定位装置上，保证被测表盘下表面、机芯、把芯分别与定位套上端面、表芯孔、把芯槽相互配合；
步骤三、打开电源总开关，启动专用图像处理测量控制软件；
步骤四、启动初始化图像采集***及高精度旋转台，采集实时图像画面，高精度旋转台回归零位；
步骤五、根据实际需求，选择“单次采集”或者“循环采集”，此时高精度旋转台按照设定程序旋转，图像采集***采集出每个编号被测表盘的实时图像；
步骤六、将图像二值化，根据灰度值大小在被测区域内搜索分别识别秒针、分针、时针和表盘的边界像素点；
步骤七、获取边界像素点后，利用最小二乘法拟合秒针、分针、时针和表盘对应的四条直线；
步骤八、分别计算三针相对表盘的角度，即三针与表盘之间的平行度。
13.根据权利要求12所述的高精密手表三针自动检测***的方法，其特征在于，所述步骤六具体为：
在测量区域内，根据灰度值大小从上到下、从左到右依次分别搜索识别秒针、分针、时针和表盘边界；
步骤八根据下述公式计算三针相对表盘的角度：
其中k1为表盘对应的直线斜率，k2为表针对应的直线斜率，π为常数。
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