CN110987292A - 扭矩扳手自动检定装置及检定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及扭矩扳手自动检定装置及检定方法，装置包括标准扭矩仪、图像采集装置和控制显示一体机；所述图像采集装置用于实时采集被检定扭矩扳手和标准扭矩仪的仪表图像，并发送给所述控制显示一体机，所述控制显示一体机中装载有自动检定软件***，所述自动检定软件***对图像信息进行处理并识别出被检定扭矩扳手和标准扭矩仪仪表示值，再计算两示值相对误差、示值重复性、示值相对分辨。本发明涉及扭矩扳手自动检定装置及检定方法，实现扭矩扳手检定过程中的仪表自动识别，提高了检测精度和效率。

Description

扭矩扳手自动检定装置及检定方法
技术领域
本发明涉及计量测试领域，具体涉及一种扭矩扳手自动检定装置及检定方法。
背景技术
扭矩扳手是一种带有扭矩测量机构的拧紧计量器具，在设备加工组装以及设备维修等行业大规模运用，具有准确度要求。通常，操作人员运用既可以控制扭矩又能显示扭矩大小的扭矩扳手，以确保机械设备的正常使用。扭矩扳手是一种需定期检定的计量工具，随着其数量的增加，检定人员检定扭矩扳手的工作强度逐渐加大，而目前的检定过程自动化程度较低。
扭矩扳手检定仪是用于对各类手动扭矩扳手进行检定(校准)的仪器，现有的扭矩扳手检定设备基本都是手动扭矩扳手检定仪，其构造大部分是由扭矩传感器和显示仪表组成扭矩测量机构，由工作台与施加扭矩力组成施力机构。其工作原理是将扭矩扳手的扳头与扭矩仪的承扭体或联轴器同轴串联，在施力机构的作用下承扭体或联轴器受扭产生扭转角，传递到扭矩扳手和扭矩测量机构上，在扭矩测量机构显示出扭矩值。如专利CN205262672U中公开了一种“手动式扭矩扳手检定仪”，该扭矩扳手检定仪包括设有标准扭矩传感器的检测台、测力组件和加载组件。检定时，依靠人力摇动手轮，带动加载组件转动，对被检扭矩扳手施加扭矩，该扭矩值通过标准扭矩仪采集记录。专利CN103837299A中公开了“一种扭矩扳手自动检测***及检测方法”，采用电气控制***驱动伺服电机对执行机构施加扭矩，代替传统的人工手动加载方式，提高了一定的效率。
然而，在现有的检定装置和检定方法过程中，对仪表的读数，如标准扭矩仪和被测扭矩扳手的示值，主要由人工读数完成。采用人工读取时，先要从各个仪表盘中读出数据，记录下来，用手工输入计算机中，工作量非常大，也容易出错，因此工作效率低，正确率难以保证。
对于被检扭矩扳手，通常没有数据输出接口，无法直接与计算机相连，即使有一些配有专用的数据接口的扭矩扳手，由于通信协议存在差异，需要连接各个接口硬件、按不同通信规约编程，是一个工作量巨大的工作，难以把这些具有性能各异、有或无数字输出接口的仪表迅速组成一个与计算机连接的测试***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扭矩扳手自动检定装置及检定方法，实现扭矩扳手检定过程中的仪表自动识别。
为了达到上述的目的，本发明提供一种扭矩扳手自动检定装置，包括标准扭矩仪、图像采集装置和控制显示一体机；所述图像采集装置用于实时采集被检定扭矩扳手和标准扭矩仪的仪表图像，并发送给所述控制显示一体机，所述控制显示一体机中装载有自动检定软件***，所述自动检定软件***对图像信息进行处理并识别出被检定扭矩扳手和标准扭矩仪仪表示值，再计算两示值相对误差、示值重复性、示值相对分辨。
上述扭矩扳手自动检定装置，其中，所述图像采集装置包括第一工业相机***和第二工业相机***，第一工业相机***用于采集扭矩扳手仪表的图像，第二工业相机***用于采集标准扭矩仪仪表的图像。
上述扭矩扳手自动检定装置，其中，所述扭矩扳手为指针式扭矩扳手或数字式扭矩扳手。
本发明提供的另一技术方案是一种扭矩扳手自动检定方法，包括：
1)图像采集装置实时采集被检定扭矩扳手和标准扭矩仪的仪表图像，并发送给控制显示一体机；
2)控制显示一体机对采集的图像处理并识别出被检定扭矩扳手和标准扭矩仪仪表示值；
2-1)对采集的图像信息进行预处理，以突出有效信息；
2-2)对图像信息进行边缘检测；
2-3)对图像信息进行特征提取；
2-4)对图像信息中的仪表示值进行识别；
3)控制显示一体机计算两仪表示值相对误差、示值重复性、示值相对分辨，并进行检定结果分析。
上述扭矩扳手自动检定方法，其中，所述步骤2-1)中，先采用灰度处理算法将彩色图像转换成灰度图像，采用改进IMF滤波算法滤除***及环境噪声，采用图像腐蚀、膨胀方法去除图像中无效信息，突出有效信息。
上述扭矩扳手自动检定方法，其中，所述步骤2-2)中，使用Canny边缘检测法获得图像中所有的边缘轮廓。
上述扭矩扳手自动检定方法，其中，所述步骤2-3)中，对于数字式仪表，采用基于数字形态的结构特征法提取仪表显示的0～9数字及小数点；对于指针式仪表，采用基于全局或局部的统计特征法提取以表上的指针和刻度线。
上述扭矩扳手自动检定方法，其中，所述步骤2-4)中，对于数字式仪表，采用神经网络方法训练识别仪表显示的0～9数字以及小数点，识别结束后拼接成扭矩值；对于指针式仪表，采用Hough变换算法提取仪表的刻度圆盘，圆盘圆心即为指针旋转中心，确定刻度圆盘半径即为指针旋转半径，采用角度法计算指针示值。
与现有技术相比，本发明利用机器视觉技术，采用图像采集处理识别方法代替传统的人眼识别方法识别被检扭矩扳手和标准扭矩仪的示值，消除了人工观测方法所造成的主观误差，提高了检测精度和效率；本发明的自动识别检定方法还可应用在其他数字式、指针式仪表的自动识别中。
附图说明
本发明的扭矩扳手自动检定装置及检定方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明实施例一的扭矩扳手自动检定装置的示意图。
图2为本发明实施例一中图像采集示意图。
图3为本发明实施例中扭矩扳手安装加载示意图。
图4为本发明实施例中自动检定软件图像识别流程图。
图5为本发明实施例中扭矩扳手检定方法原理图。
图6为本发明实施例二中图像采集示意图。
具体实施方式
以下将结合图1～图6对本发明的扭矩扳手自动检定装置及检定方法作进一步的详细描述。
实施例1
如图1，本实施例的扭矩扳手自动检定装置包括工作台、施力机构2、控制显示一体机4、标准扭矩仪5、联轴器6、滑动机构、扳手支架和图像采集装置10；
所述工作台包括台下机柜1和置于所述台下机柜1上的工作台面3；所述台下机柜1用于放置控制***、施力机构2和执行机构；
所述控制显示一体机4采用安装支架设置在所述工作台面3上；
所述标准扭矩仪包括扭矩传感器8和精密二次仪表5，所述精密二次仪表5与所述扭矩传感器8用电缆线连接，所述精密二次仪表5采用安装支架设置在所述工作台面3上；所述扭矩传感器8安装在所述工作台面3上；
所述滑动机构包括固定导轨901和滑块902，所述固定导轨901设置在所述工作台面3上，所述滑块902与所述固定导轨901滑动连接；
扳手支架呈H字型，包括两根支杆903和可调节挡板904，可调节挡板904的两端分别与两根支杆903活动连接，所述扳手支架安装在所述滑块902上，所述滑块902在所述固定导轨901上沿固定导轨长度方向移动，带动所述扳手支架移动；
如图2所示，所述图像采集装置10包括第一工业相机***101和第二工业相机***102，第一工业相机***101用于采集指针式扭矩扳手701(被检定对象)表盘702的图像，第二工业相机***102用于采集精密二次仪表5数字显示屏的图像；
标准扭矩仪5、滑动机构、扳手支架和图像采集装置10均设置在所述工作台的工作台面3上；所述施力机构2置于所述工作台的台下机柜1内；第一工业相机***101和第二工业相机***102通过安装支架设置在所述工作台面3上；第一工业相机***101和第二工业相机***102均与控制显示一体机4用网线连接；
如图3所示，指针式扭矩扳手701的扳头与联轴器6同轴串联，指针式扭矩扳手701的另一端置于扳手支架的可调节挡板904上，调整可调节挡板904相对支杆903的位置，使指针式扭矩扳手701保存水平状态；
联轴器6设置在扭矩传感器8，施力机构2经执行机构对联轴器6施加扭矩，扭矩传感器8用于测量扭矩并传输给精密二次仪表5，由精密二次仪表5显示该扭矩；控制***按照检定点扭矩值控制施力机构2逐级施加扭矩，加载过程中，指针式扭矩扳手701会在水平面内以扳头为转心转动，在转动过程中被支杆903挡住，由指针式扭矩扳手701的表盘显示扭矩值，该扭矩值理论上应等于扭矩传感器8的测量值；
所述控制显示一体机4中装载有自动检定软件***；第一工业相机***101实时获取指针式扭矩扳手701表盘的图像并发送给所述控制显示一体机4，第二工业相机***102实时获取精密二次仪表5数字显示屏的图像并发送给所述控制显示一体机4，自动检定软件***通过图像处理自动识别出表盘的读数和数字显示屏显示的数据。
较佳地，所述标准扭矩仪量程覆盖5Nm～3000Nm。所述精密二次仪表为LCD或LED数显式仪表。
在自动检定软件***中，选择扭矩扳手显示类型：指针式，标准扭矩仪显示类型：数字式。设置指针式扭矩扳手701量程、检定点、采样帧率。
参见图4和图5，启动自动检定软件***，图像处理方法包括如下步骤：
步骤一、采集图像信息
开启第一工业相机***101和第二工业相机***102，同步触发采集指针式扭矩扳手701表盘702的图像和精密二次仪表5数字显示屏的图像，并上传至控制显示一体机4；
步骤二、对采集的图像信息进行预处理
先采用灰度处理算法将彩色图像转换成灰度图像，采用改进IMF滤波算法滤除***及环境噪声，采用图像腐蚀、膨胀方法去除图像中无效信息，突出有效信息；
步骤三、对图像信息进行边缘检测
使用Canny边缘检测法获得图像中所有的边缘轮廓；
步骤四、对图像信息进行特征提取
采用基于数字形态的结构特征法提取精密二次仪表5的数字显示屏显示的0～9数字及小数点；
同时，采用基于全局或局部的统计特征法提取指针式扭矩扳手701表盘702上的指针和刻度线；
步骤五、对图像信息中的仪表示值进行识别
采用神经网络方法训练识别精密二次仪表5的数字显示屏显示的0～9数字以及小数点，识别结束后拼接成扭矩值；
同时，采用Hough变换算法提取指针式扭矩扳手701表盘702的刻度圆盘，圆盘圆心即为指针旋转中心；确定刻圆盘半径即为指针旋转半径，采用角度法计算指针示值，它的算法原理是：预先测得零刻度线与最大示值刻度线的夹角α，然后测出待测指针与基准指零指针的夹角β，最后利用公式
Figure BDA0002310666530000071
即可求出表盘702的读数，M等于待测仪表的量程。
控制显示一体机4获取指针式扭矩扳手701和标准扭矩仪的示值后，计算两者示值相对误差、示值重复性、示值相对分辨，并进行检定结果分析。
所述检定结果分析包括原始记录及检定证书生成。自动检定软件***按照《JJG707-2014扭矩扳子检定规程》推荐的表格形式，自动生成原始记录表和检定证书/检定结果通知书。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施中被检定对象为数字式扭矩扳手703。
参见图6，第一工业相机***实时采集数字式扭矩扳手703数字显示屏的图像并发送给控制显示一体机4。
在自动检定软件***中，选择扭矩扳手显示类型：数字式，标准扭矩仪显示类型：数字式。设置数字式扭矩扳手703量程、检定点、采样帧率。
参见图4和图5，启动自动检定软件***，图像处理方法包括如下步骤：
步骤一、采集图像信息
开启第一工业相机***101和第二工业相机***102，，同步触发采集数字式扭矩扳手703数字显示屏的图像和精密二次仪表5数字显示屏的图像，并上传至控制显示一体机4；
步骤二、对采集的图像信息进行预处理
先采用灰度处理算法将彩色图像转换成灰度图像，采用改进IMF滤波算法滤除***及环境噪声，采用图像腐蚀、膨胀方法去除图像中无效信息，突出有效信息；
步骤三、对图像信息进行边缘检测
使用Canny边缘检测法获得图像中所有的边缘轮廓；
步骤四、对图像信息进行特征提取
采用基于数字形态的结构特征法提取数字式扭矩扳手703和精密二次仪表5的数字显示屏显示的0～9数字及小数点；
步骤五、对图像信息中的仪表示值进行识别
采用神经网络方法训练识别数字式扭矩扳手703和精密二次仪表5数字显示屏显示的0～9数字以及小数点，识别结束后拼接成扭矩值。
控制显示一体机4获取数字式扭矩扳手703和标准扭矩仪5的示值后，计算两者示值相对误差、示值重复性、示值相对分辨，并进行检定结果分析。

Claims (9)

1.扭矩扳手自动检定装置，包括标准扭矩仪，其特征在于，所述扭矩扳手自动检定装置还包括图像采集装置和控制显示一体机；所述图像采集装置用于实时采集被检定扭矩扳手和标准扭矩仪的仪表图像，并发送给所述控制显示一体机，所述控制显示一体机中装载有自动检定软件***，所述自动检定软件***对图像信息进行处理并识别出被检定扭矩扳手和标准扭矩仪仪表示值，再计算两示值相对误差、示值重复性、示值相对分辨。
2.如权利要求1所述的扭矩扳手自动检定装置，其特征在于，所述图像采集装置包括第一工业相机***和第二工业相机***，第一工业相机***用于采集扭矩扳手仪表的图像，第二工业相机***用于采集标准扭矩仪仪表的图像。
3.如权利要求1所述的扭矩扳手自动检定装置，其特征在于，所述扭矩扳手为指针式扭矩扳手或数字式扭矩扳手。
4.扭矩扳手自动检定方法，其特征在于，包括：
1)图像采集装置实时采集被检定扭矩扳手和标准扭矩仪的仪表图像，并发送给控制显示一体机；
2)控制显示一体机对采集的图像处理并识别出被检定扭矩扳手和标准扭矩仪仪表示值；
2-1)对采集的图像信息进行预处理，以突出有效信息；
2-2)对图像信息进行边缘检测；
2-3)对图像信息进行特征提取；
2-4)对图像信息中的仪表示值进行识别；
3)控制显示一体机计算两仪表示值相对误差、示值重复性、示值相对分辨，并进行检定结果分析。
5.如权利要求4所述的扭矩扳手自动检定方法，其特征在于，所述步骤2-1)中，先采用灰度处理算法将彩色图像转换成灰度图像，采用改进IMF滤波算法滤除***及环境噪声，采用图像腐蚀、膨胀方法去除图像中无效信息，突出有效信息。
6.如权利要求4所述的扭矩扳手自动检定方法，其特征在于，所述步骤2-2)中，使用Canny边缘检测法获得图像中所有的边缘轮廓。
7.如权利要求4所述的扭矩扳手自动检定方法，其特征在于，所述步骤2-3)中，对于数字式仪表，采用基于数字形态的结构特征法提取仪表显示的0～9数字及小数点；对于指针式仪表，采用基于全局或局部的统计特征法提取以表上的指针和刻度线。
8.如权利要求4所述的扭矩扳手自动检定方法，其特征在于，所述步骤2-4)中，对于数字式仪表，采用神经网络方法训练识别仪表显示的0～9数字以及小数点，识别结束后拼接成扭矩值；对于指针式仪表，采用Hough变换算法提取仪表的刻度圆盘，圆盘圆心即为指针旋转中心，确定刻度圆盘半径即为指针旋转半径，采用角度法计算指针示值。
9.如权利要求8所述的扭矩扳手自动检定方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述检定结果分析包括原始记录及检定证书生成；控制显示一体机按照《JJG707-2014扭矩扳子检定规程》推荐的表格形式，自动生成原始记录表和检定证书/检定结果通知书。
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