CN101949746A - 一种视觉温度计的自动检定方法及温度计自动检定仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种视觉温度计的自动检定方法及温度计自动检定仪，该方法对于某一选定的检定温度包括如下步骤，步骤1，将标准温度计和被检定温度计共同置于一恒温槽中，将恒温槽的温度调整到近似检定温度；步骤2，通过第一和第二摄像机分别获得标准温度计和被检定温度计在所述近似检定温度下的图像，作为标准图像和被检定图像；步骤3，计算机根据标准图像和被检定图像分别计算出标准温度计和被检定温度计的读数，并将二者读数的差值作为被检定温度计在所述近似检定温度处的修正值。本发明的自动检定方法和装置既可完成自动检定，又可减少传递过程中的各种误差，另外，还可以减轻操作工人的劳动强度，提高工作效率和检定的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及温度检定技术领域，特别是一种自动视觉温度计及温度检定装置。
背景技术
水银温度计和酒精温度计在日常生产及工作中被广泛使用，现在虽然也出现了很多其它类型的测温工具，但这些测温工具还是没有传统的水银和酒精温度计准确可靠，因此，水银和酒精温度计的检定是各行各业必须进行的工作。
比较常用的一种检定方法是把被检定温度计(传感器)与已检定好的更高一级精度的标准温度计(传感器)共同置于可调节的恒温槽中，检定时将恒温槽的温度分别调节到所选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温，降温、重复测试，若这些差值稳定，则将记录下的这些差值作为被检定温度计的修正量，这就完成了对被检定温度计的检定。
由此可知，传统的温度计检定工作非常烦琐，用人工观测温度计的读数存在精确度低，观测的一致性较差和检定时间较长的缺点；另外，用人工观测温度计的读数，还存在因人而异的问题，这也将影响检定的准确性和一致性。
另外，随着计算机技术，图像处理技术的发展，基于图像识别的各种测量得到广泛应用。例如，公告日为2007年6月6日，专利号为ZL 200620112996.6的实用新型专利公开了一种全自动馏程测定器，该全自动馏程测定器包括安装在蒸馏装置上的全浸式温度计和一个支架，该支架上设置有摄像机，该摄像机通过安装在支架上的步进电机上下移动，摄像机的镜头对准全浸式温度计的刻度位置，摄像机拍摄的图像显示在外设计算机的显示器上，由此可以利用步进电机和摄像机来实时跟踪全浸式温度计的温度变化，也可使测定精度更高，并真正做到测定与温度计的示值一致。如果将计算机和图像处理技术应用到温度计检定作业中也将得到积极的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种视觉温度计的自动检定方法。
本发明采用的技术方案为：一种视觉温度计的自动检定方法，对于某一选定的检定温度，所述自动检定方法包括如下步骤：
步骤1，将已检定好的标准温度计和需要进行检定的被检定温度计共同置于一恒温槽中，将恒温槽的温度调整到近似检定温度，所述近似检定温度近似等于或者等于所选择的检定温度；
步骤2，通过第一摄像机获得标准温度计在所述近似检定温度下的图像，作为标准图像，对于标准温度计的长刻线，所述第一摄像机的位置要求仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线，所述长刻线的温度值为T11；通过第二摄像机获得被检定温度计在所述近似检定温度下的图像，作为被检定图像，对于待检定温度计的长刻线，所述第二摄像机的位置要求仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线，所述长刻线的温度值为T21；
步骤3，计算机根据标准图像和被检定图像分别计算出标准温度计和被检定温度计的读数，并将二者读数的差值作为被检定温度计在所述近似检定温度处的修正值。
优选地，所述步骤3中根据标准图像计算标准温度计的读数的过程包括如下步骤，
步骤301，通过霍夫变换识别出标准图像上的长刻线和短刻线，其中，识别特点为长和短刻线的像素点在横坐标方向的长度分别在已定义的长和短刻线的长度范围内，如果标准温度计具有中刻线，则中刻线的长度在短刻线的长度范围内；并以识别出的长刻线作为横坐标，以与横坐标垂直的直线作为纵坐标；
步骤302，利用水银柱的像素点在纵向标方向连续贯通和顶点边缘在横坐标方向最短的识别特点识别到水银柱顶点的位置；
步骤303，判断水银柱顶点的位置是否通过长刻线，如果是，则进入步骤304；如果否，则进入步骤305；
步骤304，判断水银柱顶点通过短刻线的数量n11，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p11，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m1份；并通过
计算标准温度计的读数T1，其中，t1为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值；
步骤305，判断水银柱顶点与长刻线之间短刻线的数量n12，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p12，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m1份；并通过计算标准温度计的读数T1，其中，t1为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值；
步骤3中根据被检定图像计算被标准温度计的读数的过程包括如下步骤，
步骤311，通过霍夫变换识别出被标顶图像上的长刻线和短刻线，其中，识别特点为长和短刻线的像素点在横坐标方向的长度分别在已定义的长和短刻线的长度范围内；并以识别出的长刻线作为横坐标，以与横坐标垂直的直线作为纵坐标；
步骤312，利用水银柱的像素点在纵向标方向连续贯通和顶点边缘在横坐标方向最短的识别特点识别到水银柱顶点的位置；
步骤313，判断水银柱顶点的位置是否通过长刻线，如果是，则进入步骤314；如果否，则进入步骤315；
步骤314，判断水银柱顶点通过短刻线的数量n21，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p21，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m2份；并通过
计算标准温度计的读数T2，其中，t2为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值；
步骤315，判断水银柱顶点与长刻线之间短刻线的数量n22，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p22，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m2份；并通过
计算标准温度计的读数T2，其中，t2为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值。
本发明的另一个目的是提供一种能够实现上述自动检定方法的温度计自动检定仪。
本发明采用的技术方案为：一种视觉温度计的温度计自动检定仪，包括
干井炉恒温槽，用于置放标准温度计和被检定温度计；
温度控制单元，用于将干井炉恒温浴的温度调整到近似检定温度，所述近似检定温度近似等于或者等于所选择的检定温度；
第一摄像机，用于采集标准温度计在近似检定温度下的图像；
第二摄像机，用于采集被检定温度计在近似检定温度下的图像；
第一执行单元，用于带动第一摄像机上下运动，使第一摄像机针对标准温度计的长刻线来说，仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线；
第二执行单元，用于带动第二摄像机运动，使第二摄像机针对被检定温度计的长刻线来说，仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线；以及，
计算机，包括用于分别接收第一和第二摄像机采集的标准图像和被检定图像的第一和第二图像采集卡，以及，用于根据标准图像和被检定图像分别计算出标准温度计和被检定温度计的读数，并将二者读数的差值作为被检定温度计在所述近似检定温度处的修正值的计算单元；所述计算机与温度控制单元通讯连接，为温度控制单元提供所需的检定温度。
优选地，所述干井炉恒温槽包括温度计固定圈，所述温度计固定圈内安装有中心灯管，所述温度计固定圈在其圆周上提供一个标准温度计固定点和多个被检定温度计固定点；所述第二执行单元包括用于带动第二摄像机上下运动的升降执行单元和安装在所述升降执行单元上的带动第二摄像机在温度计固定圈的周向上旋转的旋转执行单元。
优选地，所述干井炉恒温槽的基体为铝块，所述基体上安装有加热器，所述基体上设置有用于插入标准温度计和被检定温度计的插孔。
优选地，所述温度控制单元包括用于实时检测干井炉恒温槽的铂热电阻温度传感器和用于根据铂热电阻温度传感器的反馈温度值控制加热器的控制器。
优选地，所述计算机还包括用于将计算出的标准温度计和各被检定温度计间的读数的差值整理成列表输出的差值统计单元。
本发明的有益效果为：本发明利用计算机图像处理技术直接获取一等(标准)和二等(被检定)温度计的标准温度值，并自动比较二者的差值形成修正列表。因此，本发明的自动检定方法和装置既可完成自动检定，又可减少传递过程中的各种误差，另外，还可以减轻操作工人的劳动强度，提高工作效率和检定的一致性。
附图说明
图1为本发明所述视觉温度计的自动检定方法的流程示意图；
图2为本发明的温度计自动检定仪的结构组成示意图。
具体实施方式
在进行水银或者酒精温度计检定时，所选定的一组检定温度一般均为长刻线所代表的温度值，对于某一选定的检定温度，本发明的自动检定方法如图1所示，包括如下步骤：
步骤1，将已检定好的标准温度计和需要进行检定的被检定温度计共同置于一恒温槽中，将恒温槽的温度调整到近似检定温度，所述近似检定温度近似等于或者等于所选择的检定温度；在此，由于是计算机通过如图2所示的温度控制单元3调整恒温槽的温度，计算机输出所述检定温度，并与温度控制单元反馈回的恒温槽的实时温度进行比较，理论上是比较差值为0时停止调整进行图像采集，但实际应用中，恒温槽的温度一般不能准确达到理论上的检定温度，只能达到所述的近似检定温度，根据所选择的温度控制单元3的精度，误差范围一般可以控制在±1℃范围内。
步骤2，通过如图2所示的第一摄像机13获得标准温度计在所述近似检定温度下的图像，作为标准图像，对于标准温度计的长刻线，所述第一摄像机13的位置要求仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线(一般即为代表检定温度的长刻线)，所述长刻线的温度值为T11；通过第二摄像机10获得所有被检定温度计在所述近似检定温度下的图像，作为被检定图像，对于待检定温度计的长刻线，所述第二摄像机10的位置要求仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线(一般即为代表检定温度的长刻线)，所述长刻线的温度值为T21。
步骤3，计算机根据标准图像和被检定图像分别计算出标准温度计和被检定温度计的读数，并将二者读数的差值作为对应被检定温度计在所述近似检定温度处的修正值。
其中，步骤3中根据标准图像计算标准温度计的读数的过程包括如下步骤：
步骤301，通过霍夫变换识别出标准图像上的长刻线和短刻线，其中，识别特点为长和短刻线的像素点在横坐标方向的长度分别在已定义的长和短刻线的长度范围内；并以识别出的长刻线作为横坐标，以与横坐标垂直的直线作为纵坐标。
步骤302，利用水银柱的像素点在纵向标方向连续贯通和顶点边缘在横坐标方向最短的识别特点识别到水银柱顶点的位置。
步骤303，判断水银柱顶点的位置是否通过长刻线，如果是，则进入步骤304；如果否，则进入步骤305。
步骤304，判断水银柱顶点通过短刻线的数量n11，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p11，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m1份；并通过
计算标准温度计的读数T1，其中，t1为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值；如，在计算机内部可将t1分成10份或者100份，以此确定水银柱顶点位于两短刻线之间，或者长刻线与短刻线之间时的读数。
步骤305，判断水银柱顶点与长刻线之间短刻线的数量n12，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p12，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m1份；并通过
计算标准温度计的读数T1，其中，t1为相邻短刻线，以及中刻线和长刻线与相邻短刻线之间的温度差值。
如图1所示，步骤3中根据被检定图像计算被标准温度计的读数的过程包括如下步骤：
步骤311，通过霍夫变换识别出被标顶图像上的长刻线和短刻线，其中，识别特点为长和短刻线的像素点在横坐标方向的长度分别在已定义的长和短刻线的长度范围内；并以识别出的长刻线作为横坐标，以与横坐标垂直的直线作为纵坐标。
步骤312，利用水银柱的像素点在纵向标方向连续贯通和顶点边缘在横坐标方向最短的识别特点识别到水银柱顶点的位置。
步骤313，判断水银柱顶点的位置是否通过长刻线，如果是，则进入步骤314；如果否，则进入步骤315。
步骤314，判断水银柱顶点通过短刻线的数量n21，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p21，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m2份；并通过
计算标准温度计的读数T2，其中，t2为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值。
步骤315，判断水银柱顶点与长刻线之间短刻线的数量n22，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p22，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m2份；并通过计算标准温度计的读数T2，其中，t2为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值。
在此，所选择的标准温度计的精度高于被检定温度计一个等级，即如果标准温度计相邻两短刻线之间的温度差值t1为0.1℃，则被检定温度计相邻两短刻线之间的温度差值t2为1℃。
本发明的温度计自动检定仪如图2所示包括干井炉恒温槽6、温度控制单元3、第一摄像机13、第二摄像机10、第一执行单元、第二执行单元和计算机15。所述干井炉恒温槽6用于置放标准温度计和被检定温度计。所述温度控制单元3用于将干井炉恒温槽6的温度调整到近似检定温度，所述近似检定温度近似等于或者等于所选择的检定温度。第一摄像机13用于采集标准温度计在近似检定温度下的图像；第二摄像机10用于采集被检定温度计在近似检定温度下的图像。所述第一执行单元为升降执行单元14，用于带动第一摄像机上下运动，使第一摄像机针对标准温度计的长刻线来说，仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线。所述第二执行单元，用于带动第二摄像机运动，使第二摄像机针对被检定温度计的长刻线来说，仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线。所述计算机15包括用于分别接收第一和第二摄像机图像的第一图像采集卡16和第二图像采集卡17，以及，可以执行上述步骤3的计算单元19。所述温度控制单元与计算机15通讯连接，计算机15为温度控制单元3提供所需的检定温度。第一和第二执行单元均根据计算机通过通讯单元20发出的动作执行完成相应的动作。
为了使计算单元能够准确识别出标准图像和被检定图像中的长、短刻线，所述计算机15还包括图像处理单元18，第一和第二图像采集卡采集到的标准图像和被检定图像先经过图像处理单元18进行图像增强、图像平滑、图像二值化和边缘检测处理后输出至计算单元19进行识别和计算。针对温度计的图像特征，适于选用灰度变换法进行图像增强，选用中值滤波法进行平滑去噪，选用Canny检测算子进行边缘检测。
传统的恒温浴一般用液体，如硅油，但是硅油不能被加热到400度，因为硅油在加热到该温度时会冒烟，污染工作环境。因此，本发明的干井炉恒温槽6采用金属浴其基体选用铝块，所述基体上安装有加热器，所述基体上设置有用于插入标准温度计和多支被检定温度计的插孔。
为了使干井炉恒温槽6能够有效保持标准温度计和被检定温度计的垂直度，在本实施例中，该干井炉恒温槽6包括温度计固定圈，所述温度计固定圈内安装有中心灯管，用于提供拍摄所需的光照条件，所述温度计固定圈在其圆周上提供一个标准温度计固定点和多个被检定温度计固定点；另外，所述温度计固定圈上还安装有温度计标杆。为了能够拍摄多支被检定温度计的图像，所述第二执行单元包括用于带动第二摄像机上下运动的升降执行单元9和安装在所述升降执行单元上的带动第二摄像机在温度计固定圈的周向上旋转的旋转执行单元22。其中，所述升降执行单元9和14均可以为现有的电机带动丝杠传动机构的结构，而旋转执行单元22可以为电机带动旋转云台转动的结构。
所述温度控制单元可以包括用于实时检测干井炉恒温槽的铂热电阻温度传感器，即PT100，以及用于根据铂热电阻温度传感器的反馈温度值控制加热器的控制器，其中，反馈的温度值与计算机输出的检定温度进行比较，比较的结果作用于控制器，在此，可以选择PID控制器或者模糊控制器，由温度控制单元实现干井炉恒温槽6温度的全闭环控制。
所述计算机还包括用于将计算出的标准温度计和各被检定温度计间的读数的差值整理成列表输出的差值统计单元。本发明的温度计自动检定仪可以通过打印机23输出该差值列表，也可以通过显示器进行实时显示。
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Claims (7)
1.一种视觉温度计的自动检定方法，其特征在于：对于某一选定的检定温度，所述自动检定方法包括如下步骤，
步骤1，将已检定好的标准温度计和需要进行检定的被检定温度计共同置于一恒温槽中，将恒温槽的温度调整到近似检定温度，所述近似检定温度近似等于或者等于所选择的检定温度；
步骤2，通过第一摄像机获得标准温度计在所述近似检定温度下的图像，作为标准图像，对于标准温度计的长刻线，所述第一摄像机的位置要求仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线，所述长刻线的温度值为T11；通过第二摄像机获得被检定温度计在所述近似检定温度下的图像，作为被检定图像，对于待检定温度计的长刻线，所述第二摄像机的位置要求仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线，所述长刻线的温度值为T21；
步骤3，计算机根据标准图像和被检定图像分别计算出标准温度计和被检定温度计的读数，并将二者读数的差值作为被检定温度计在所述近似检定温度处的修正值。
2.根据权利要求1所述的自动检定方法，其特征在于：所述步骤3中根据标准图像计算标准温度计的读数的过程包括如下步骤，
步骤301，通过霍夫变换识别出标准图像上的长刻线和短刻线，其中，识别特点为长和短刻线的像素点在横坐标方向的长度分别在已定义的长和短刻线的长度范围内；并以识别出的长刻线作为横坐标，以与横坐标垂直的直线作为纵坐标；
步骤302，利用水银柱的像素点在纵向标方向连续贯通和顶点边缘在横坐标方向最短的识别特点识别到水银柱顶点的位置；
步骤303，判断水银柱顶点的位置是否通过长刻线，如果是，则进入步骤304；如果否，则进入步骤305；
步骤304，判断水银柱顶点通过短刻线的数量n11，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p11，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m1份；并通过
计算标准温度计的读数T1，其中，t1为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值；
步骤305，判断水银柱顶点与长刻线之间短刻线的数量n12，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p12，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m1份；并通过
计算标准温度计的读数T1，其中，t1为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值；
步骤3中根据被检定图像计算被标准温度计的读数的过程包括如下步骤，
步骤311，通过霍夫变换识别出被标顶图像上的长刻线和短刻线，其中，识别特点为长和短刻线的像素点在横坐标方向的长度分别在已定义的长和短刻线的长度范围内；并以识别出的长刻线作为横坐标，以与横坐标垂直的直线作为纵坐标；
步骤312，利用水银柱的像素点在纵向标方向连续贯通和顶点边缘在横坐标方向最短的识别特点识别到水银柱顶点的位置；
步骤313，判断水银柱顶点的位置是否通过长刻线，如果是，则进入步骤314；如果否，则进入步骤315；
步骤314，判断水银柱顶点通过短刻线的数量n21，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p21，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m2份；并通过
计算标准温度计的读数T2，其中，t2为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值；
步骤315，判断水银柱顶点与长刻线之间短刻线的数量n22，以及水银柱顶点在相邻两短刻线之间所占的份数p22，其中，在计算机内部将相邻两短刻线之间分成m2份；并通过
计算标准温度计的读数T2，其中，t2为相邻短刻线，以及长刻线与相邻短刻线之间的温度差值。
3.一种温度计自动检定仪，其特征在于：包括
干井炉恒温槽，用于置放标准温度计和被检定温度计；
温度控制单元，用于将干井炉恒温浴的温度调整到近似检定温度，所述近似检定温度近似等于或者等于所选择的检定温度；
第一摄像机，用于采集标准温度计在近似检定温度下的图像，作为标准图像；
第二摄像机，用于采集被检定温度计在近似检定温度下的图像，作为被检定图像；
第一执行单元，用于带动第一摄像机上下运动，使第一摄像机针对标准温度计的长刻线来说，仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线；
第二执行单元，用于带动第二摄像机运动，使第二摄像机针对被检定温度计的长刻线来说，仅能采集到与检定温度差值最小的长刻线；以及，
计算机，包括用于分别接收第一和第二摄像机采集的标准图像和被检定图像的第一和第二图像采集卡，以及，用于根据标准图像和被检定图像分别计算出标准温度计和被检定温度计的读数，并将二者读数的差值作为被检定温度计在所述近似检定温度处的修正值的计算单元；所述计算机与温度控制单元通讯连接，为温度控制单元提供所需的检定温度。
4.根据权利要求3所述的温度计自动检定仪，其特征在于：所述干井炉恒温槽包括温度计固定圈，所述温度计固定圈内安装有中心灯管，所述温度计固定圈在其圆周上提供一个标准温度计固定点和多个被检定温度计固定点；所述第二执行单元包括用于带动第二摄像机上下运动的升降执行单元和安装在所述升降执行单元上的带动第二摄像机在温度计固定圈的周向上旋转的旋转执行单元。
5.根据权利要求3或4所述的温度计自动检定仪，其特征在于：所述干井炉恒温槽的基体为铝块，所述基体上安装有加热器，所述基体上设置有用于插入标准温度计和被检定温度计的插孔。
6.根据权利要求5所述的温度计自动检定仪，其特征在于：所述温度控制单元包括用于实时检测干井炉恒温槽的铂热电阻温度传感器和用于根据铂热电阻温度传感器的反馈温度值控制加热器的控制器。
7.根据权利要求3或4所述的温度计自动检定仪，其特征在于：所述计算机还包括用于将计算出的标准温度计和各被检定温度计间的读数的差值整理成列表输出的差值统计单元。
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