CN104034220A - 大长度线纹计量器具自动校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大长度线纹计量器具自动校准系统及方法，校准系统包括：支撑导轨；运动小车，能够沿支撑导轨移动；电驱动装置，为运动小车供电，通信为无线通信，运动小车具备锁停、快速粗动、精密慢速微动调节功能；CCD显微镜，用于获取刻线图像和刻线信号，具有图像接收和无线发送功能；测长标准器，检测运动小车移动距离；计算机，控制小车定位瞄准刻线，以及计算示值误差实现刻线间距自动校准。本发明提供的校准系统及方法，实现了大长度线纹计量器具的高精度刻线瞄准的自动校准，能够解决目前人工校准存在费时费力、效率低下且校准精度较低的问题。

Description

大长度线纹计量器具自动校准系统及方法

技术领域

本发明涉及线纹器具校准技术领域，更为具体地说，涉及一种大长度线纹计量器具自动校准系统及方法。

背景技术

钢卷尺、标准钢卷尺等大长度线纹计量器具广泛应用于工业生产和人们的日常生活中。保证大长度计量器具的精度是一项重要的任务。目前许多计量机构都建立了钢卷尺、标准钢卷尺等大长度线纹计量器具的标准校准装置。

目前对大长度线纹计量器具的校准多数为人工校准，这导致校准费时费力，效率低下，而且对大长度线纹计量器具的校准精度较低。

发明内容

本发明提供一种大长度线纹计量器具自动校准系统及方法，以解决目前的人工校准存在的费时费力，效率低下且校准精度较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

大长度线纹计量器具自动校准系统，包括：

支撑导轨；

运动小车，设置在所述支撑导轨上，且能够沿所述支撑导轨移动；

电驱动装置，用于驱动所述运动小车移动；

CCD显微镜，设置在所述运动小车上，用于瞄准沿所述支撑导轨展开的大长度线纹计量器具的刻线，所述CCD显微镜具有用于获取刻线图像的刻线图像接收CCD以及与所述刻线图像接收CCD相连，用于将所述刻线图像发出的CCD图像无线发送器；

测长标准器，用于检测所述CCD显微镜的视场中心距大长度线纹计量器具零刻线的距离，得到大数值；

CCD图像无线接收器，用于接收所述刻线图像；

计算机，与所述CCD图像无线接收器和所述测长标准器均相连，所述计算机的软件模块具有测量模块、控制模块和结果输出模块，所述测量模块用于根据所述刻线图像计算CCD小数值，以及根据所述大数值和所述CCD小数值计算示值误差，所述示值误差为刻线距零刻线间距的实际长度值与名义值的差，所述控制模块用于控制所述电驱动装置启闭，以实现所述运动小车带动CCD显微镜的自动定位瞄准，所述结果输出模块用于测量结果的显示和输出，所述测量结果至少包括示值误差。

优选的，上述校准系统中，所述校准系统还包括设置在所述CCD显微镜的物镜周围的显微镜环形照明。

优选的，上述校准系统中，所述校准系统还包括锁定装置，所述锁定装置包括：

与所述支撑导轨并排延伸的铁板；

通过弹簧片与所述运动小车相连的电磁铁，所述弹簧片竖直延伸，且连接在所述电磁铁的中心，所述铁板的侧面与所述电磁铁的侧面均为竖直延伸的吸附面。

优选的，上述校准系统中，所述运动小车包括承载段、驱动控制段、微动螺杆和拉紧弹簧；其中，

所述CCD显微镜位于所述承载段上，所述驱动电机和所述电磁铁设置在所述驱动控制段上，所述拉紧弹簧连接所述承载段和所述驱动控制段，所述微动螺杆的两端分别与所述承载段和所述驱动控制段螺纹连接，所述驱动电机包括驱动所述运动小车的驱动轮的第一驱动电机和驱动所述微动螺杆旋转以调节所述承载段和所述驱动控制段之间距离的第二驱动电机，所述驱动轮设置在所述驱动控制段。

优选的，上述校准系统中，所述电驱动装置的供电设备包括直流电源、供电铜条和碳刷导电滑条；所述供电铜条并排设置在所述铁板内侧，且通过导线与所述直流电源相连；所述碳刷导电滑条一端与所述第一驱动电机和第二驱动电机的取电端连接，另一端与所述供电铜条滑动配合以实现运动取电。

优选的，上述校准系统中，所述校准系统还包括线激光源、激光扫描信号接收器、DSP信号处理器和设置在所述CCD显微镜的镜腔内的反射镜组；

所述反射镜组将线激光反射到被测大长度线纹计量器具的尺面上，并将尺面条码的光强信号反射到所述激光扫描信号接收器的接收端，所述DSP信号处理器用于将所述激光扫描信号接收器接收的光强信号；

所述DSP信号处理器与所述计算机相连，所述计算机还包括获取模块，所述获取模块根据所述光强信号获取所述测长标准器检测的长度值。

大长度线纹计量器具的校准方法，采用如上任意一项所述的校准系统完成，所述校准方法包括如下步骤：

操作人员人工控制CCD显微镜对准大长度线纹计量器具的零刻线；

自大长度线纹计量器具的零刻线开始，逐步控制所述运动小车在设定的刻线处停止；

调节所述运动小车以使CCD显微镜停靠在对应的刻线处；

确定最终CCD小数值；

根据所述最终CCD小数值和测长标准器所获取的大数值，计算所述刻线距所述零刻线间距的实际长度值；

根据所述实际长度值和所述刻线距所述零刻线间距的名义值计算刻线间距的示值误差。

优选的，上述校准方法中，确定最终CCD小数值包括：

A、抓拍所述刻线图像，以及确定所述刻线的瞄准中心位置；

B、确定中间CCD小数值；

C、判断所述中间CCD小数值是否小于设定值，若是，转入步骤D，否则，转入步骤E；

D、将所述中间CCD小数值作为所述最终CCD小数值；

E、调节所述CCD显微镜的位置，转入步骤B。

优选的，上述校准方法中，采用双直边拟合瞄准方法或刻线信号处理瞄准方法确定所述刻线的瞄准中心位置。

优选的，上述校准方法，确定中间CCD小数值包括采用大长度线纹计量器具和测长标准器标定CCD显微镜的像素间距；

采用大长度线纹计量器具和测长标准器标定CCD显微镜的像素间距，包括：

选择大长度线纹计量器具质量较好的一条刻线作为标定刻线；

控制CCD显微镜相对于标定刻线向一个方向移动ΔP1个像素，移动距离不超过该标定刻线宽度的1/3，从测长标准器上读取CCD显微镜移动的距离ΔL1，控制CCD显微镜相对于标定刻线向另一个方向移动ΔP2个像素，移动距离不超过该标定刻线宽度的1/3，从测长标准器上读取CCD显微镜移动的距离ΔL2；

根据Δ＝(ΔL1/ΔP1+ΔL2/ΔP2)/2计算像素间距值Δ。

相比于背景技术而言，本发明提供的校准系统采用自动瞄准方式，在电驱动装置的驱动下，运动小车在支撑导轨上运动，进而使得CCD显微镜停靠在大长度线纹计量器具的被测刻线处。通过CCD显微镜获取的刻线图像计算CCD小数值，测长标准器检测大数值，计算刻线距零刻线间距的实际长度值，最终得到刻线间隔的示值误差。相比于人工瞄准的方式而言，本发明提供的校准系统能够减少人工瞄准的次数，进而提高校准效率同时降低人工操作带来的校准误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的大长度线纹计量器具自动校准系统的结构示意图；

图2是一种电磁铁吸附锁定装置的结构示意图；

图3是另一种电磁铁吸附锁定装置的结构示意图；

图4是运动小车的结构示意图；

图5和图6是CCD显微镜的视场中心与刻线瞄准中心位置调节过程中的两个状态示意图；

图7为红色激光线辅助自动定位刻线的示意图；

图8是本发明实施例提供的大长度线纹计量器具自动校准方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的大长度线纹计量器具自动校准系统及方法，解决了目前人工校准存在的费时费力，效率低下且校准精度较低的问题。

为了便于对本发明实施例的理解，现将本专利申请中出现的术语解释如下：

大长度或大尺寸计量是近年来大型制造业发展的需求，根据应用环境不同，可分为室内和室外大长度计量。通常，测量范围为6m-100m的长度或尺寸计量属于室内大长度计量范畴；测量范围大于100m的长度或尺寸计量属于室外大长度计量范畴。相对应的，大长度线纹计量器具所对应的大长度也属于上述长度范围内。

CCD，是Charge-Coupled Device的缩写，指的是电耦合器件，也可以称为CCD图像传感器。

DSP，是Digital Singnal Processor的缩写，指的是数字信号处理器。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图1，图1示出了本发明实施例提供的大长度线纹计量器具自动校准系统的结构。

图1所示的校准系统包括支撑导轨2、运动小车1、电驱动装置、CCD显微镜4、测长标准器18、CCD图像无线接收器20和计算机15。

其中，支撑导轨2安装在整个校准系统的基座上，为运动小车1的移动起到支撑和导向作用。

运动小车1设置在支撑导轨2上，能够沿着支撑导轨2移动。通常，支撑导轨2可以为气浮式支撑导轨，也可以为其它形式的导轨，例如圆柱支撑导轨，即导轨为圆柱状结构，导轨与运动小车1之间的移动配合可以通过滚珠或者轴承实现。运动小车1为CCD显微镜4提供安装基础，且在电驱动装置的驱动下能够沿着支撑导轨2移动。

CCD显微镜4设置在运动小车1上，且随着运动小车1的移动而移动，以实现对沿支撑导轨2延伸方向铺展开的大长度线纹计量器具7刻线的瞄准。CCD显微镜4具有刻线图像接收CCD12和CCD图像无线发送器13。刻线图像接收CCD12用于获取CCD显微镜4的镜头所对准刻线的刻线图像。CCD图像无线发送器13与刻线图像接收CCD12相连，用于将刻线图像无线发出。优选的，本实施例提供的校准系统还包括显微镜环形照明6，显微镜环形照明6设置在CCD显微镜4底部物镜的周围。通过调节显微镜环形照明6的亮度实现对尺面补光，进而获取更清楚的刻线图像。

测长标准器18实现运动小车1移动距离的测量，确切地说，用于检测CCD显微镜4的视场中心与大长度线纹计量器具7的零刻线之间的距离，即得到大数值。测长标准器18可以是激光干涉仪、光栅尺等精密测长装置。随着运动小车1带动CCD显微镜4的移动，测长标准器18就能够检测出CCD显微镜4的视场中心距离零刻线的距离。

CCD图像无线接收器20用于接收刻线图像。CCD图像无线接收器20和CCD图像无线发送器13通无线的方式实现图像信息的传输，以避免采用有线方式进行数据传输带来的连线缠绕，连线太长，线拖拽受力等因素对校准精度的影响。

计算机15与CCD图像无线接收器20和测长标准器18均相连。所述计算机15的软件模块具有测量模块、控制模块和结果输出模块，所述测量模块用于根据所述刻线图像计算CCD小数值，以及根据所述大数值和CCD小数值计算出刻线距零刻线间距的实际长度值与刻线(即被测刻线)距零刻线间距的名义值的差，即示值误差。所述控制模块用于控制所述电驱动装置启闭，以实现运动小车1带动CCD显微镜4的自动瞄准定位，所述结果输出模块用于测量结果的显示和输出，如自动给出测量报告。所述测量结果至少包括示值误差。当然，测量结果还可以包括由其它传感器检测的数据，例如温度数据、湿度数据等。

本发明实施例提供的校准系统在工作时，将大长度线纹计量器具7沿着支撑导轨2铺展开，自零刻线位置起向着距零刻线间距的名义值增大的方向移动运动小车1，将运动小车1停靠在某一刻线位置，CCD显微镜4对准刻线后刻线图像接收CCD12获取刻线图像，然后将刻线图像通过CCD图像无线发送器13和CCD图像无线接收器20传递到计算机15中，测长标准器18检测到CCD显微镜4的视场中心距离零刻线的距离，得到大数值。我们知道，刻线有一定的宽度，为了消除刻线宽度对测量结果的影响，优选以刻线的中心作为刻线的瞄准位置，理想情况下当CCD显微镜4的视场中心与刻线中心重合时，测长标准器检测的长度即为刻线距离零刻线的实际长度值。但是在实际的操作过程中，CCD显微镜4的视场中心很难完全与刻线中心重合，视场中心只是瞄准在刻线上，通常会偏离刻线中心一定距离，这部分偏离所对应的位移即为CCD小数值。因此，刻线的实际长度值即为大数值与CCD小数值之和，即刻线中心距离零刻度线的实际距离。而CCD小数值是通过刻线图像计算得到，即CCD小数值＝偏离的像素单位*像素间距，此处偏离指的是CCD显微镜的视场中心偏离刻线中心，像素单位即为像素数。像素间距通过对CCD像素标定得到，通过从刻线图像读取偏离的像素单位数即可计算得到CCD小数值。当视场中心偏离在刻线中心距零刻线较近的一侧时，CCD小数值为负值，当视场中心偏离在刻线中心距零刻线较远的一侧时，CCD小数值为正值。当得到刻线间距的实际长度值时，刻线距零刻线间距的名义值与刻线距零刻线间距的实际长度值之差即得到刻线间距的示值误差，上述刻线间距指的是被测刻线距零刻线的间距。

本实施例提供的校准系统采用自动瞄准方式，在电驱动装置的驱动下，运动小车1在支撑导轨2上运动，使CCD显微镜4视场中心停靠在大长度线纹计量器具7的设定刻线(或者说待测刻线)处。从CCD显微镜4获取的刻线图像计算CCD小数值，从测长标准器18读取大数值，CCD小数值和大数值之和为刻线距零刻线间距的实际长度值，进一步得到当前刻线距零刻线间距的示值误差。相比于人工瞄准的方式而言，本实施例提供的校准系统能够减少人工瞄准的次数，提高校准效率同时能够降低人工操作带来的校准误差。

在校准的过程中，为了保证运动小车1停靠的稳定性和实现快速定位需要，本实施例提供的校准系统还包括用于运动小车1粗动的锁定装置。锁定装置用于将运动小车1相对于支撑导轨2锁定。对于采用气浮支承导轨的校准系统而言，锁定装置可以是气吸附真空锁定装置。对于采用其它种类的支撑导轨而言，锁定装置可以是电磁铁吸附锁定装置。

请参考附图2，图2示出了电磁铁吸附锁定装置的一种结构示意图。图2所示的电磁铁吸附锁定装置包括弹簧片a、电磁铁c和铁板b。图2中e为磁力示意箭头，磁力示意箭头的方向代表磁力方向。上述电磁铁吸附锁定装置中，电磁铁c通过倾斜延伸(相对于竖直方向而言)的弹簧片a与运动小车1上的安装基础d相连。弹簧片a倾斜延伸使得电磁铁c能够在竖直方向自由运动，进而使得电磁铁c与位于其下方的铁板b吸附，电磁铁c在运动方向(水平方向)保持刚度。此种情况下，电磁铁c的自身重量会影响电磁铁c的吸附面处于非水平面，使得电磁铁c的吸附面的电磁吸附力不均匀(图2中箭头可知看出)，最终影响电磁铁c与铁板b的吸附效果，进而影响运动小车1的锁定。为了解决此问题，本实施例提供了另一种结构的电磁铁吸附锁定装置，如图3所示。图3所示的电磁铁吸附锁定装置中，弹簧片9竖直延伸，且连接在电磁铁10的中心，电磁铁10的侧面和铁板3的侧面均为竖直面，且两者在电磁铁10通电后形成锁定吸附面。图3中E为磁力示意箭头，磁力示意箭头的方向代表磁力方向。改进后的电磁铁吸附锁定装置将水平吸附面转换成竖直吸附面实现吸附。这种方式使得弹簧片9竖直方向为刚性，在水平面可发生形变实现吸附，最终能够避免电磁铁10的重力对吸附面吸附的影响，最终能够提高对运动小车1的锁定效果。

运动小车1很难快速准确地停靠到位，往往需要人工调整运动小车1的位置来使得CCD显微镜4的视场中心瞄准被测刻线，很显然，对运动小车1位置的调整需要频繁地启闭锁定装置，这导致控制资源的利用率较低，而且运动小车1的停靠精度仍然不高。为了解决刻线的自动快速瞄准问题，本发明实施例提供了一种结构的运动小车，如图1或4所示。图1或图4所示的运动小车1包括承载段101、驱动控制段102和微动螺杆103，CCD显微镜4位于承载段101上，电驱动装置位于驱动控制段102上。微动螺杆103连接承载段101和驱动控制段102，且与两者形成丝杠机构。电驱动装置包括驱动运动小车1的驱动轮的第一驱动电机和驱动微动螺杆103旋转的第二驱动电机，微动螺杆103在第二驱动电机的驱动旋转下发生移动，进而调节承载段101和驱动控制段102之间的距离。上述驱动轮和锁定装置设置在驱动控制段102上，第一驱动电机驱使驱动轮转动进而使得整个运动小车1移动，当运动小车1停止时，锁定装置锁定驱动控制段102，进而使得锁定驱动控制段102相对于支撑导轨2固定。此时可以通过第二驱动电机驱动微动螺杆103转动，进而调节承载段101相对于被锁定的驱动控制段102之间的距离，最终实现对位于承载段101上的CCD显微镜4位置的调节。上述通过微动螺杆103转动能够实现CCD显微镜4位置的微调，相比于移动整个运动小车1而言，能够提高CCD显微镜4的位置调节效率和精度。上述运动小车1能够提高CCD显微镜4的定位精度和速度，使得CCD显微镜4的视场中心与刻线中心相差较小，进而使得CCD小数值较小，最终使得被瞄准的刻线距零刻线间距的实际长度值的精度较高，能够进一步提高校准精度。本实施例中驱动轮的轮面摩擦系数大于其它轮子的轮面摩擦系数，能够辅助运动小车1刹车。优选的，驱动轮为橡胶轮。

更为优选的，上述运动小车1还包括连接承载段101和驱动控制段102的拉紧弹簧104。拉紧弹簧104使得承载段101和驱动控制段102处于被拉紧的状态，进而能够克服微动螺杆103的螺纹间隙导致的CCD显微镜4的位置不稳定问题，进一步提高微动调节的精度和稳定性。

电驱动装置是运动小车1的动力源。电驱动装置常采用电池供电方式。大容量的电池势必会增大电池的体积而不适应大功率的驱动供电。另外，电池供电的方式会带来电池更换不便和成本增大的问题。为此，本发明实施例提供的校准系统中，电驱动装置的供电设备包括直流电源16、供电铜条17和碳刷导电滑条或圆柱滚动轴承。供电铜条17为两条，分别以绝缘方式并排安装在铁板3内侧，且通过导线21与直流电源16相连，碳刷导电滑条一端与第一驱动电机和第二驱动电机的取电端连接，另一端与供电铜条17滑动配合以实现运动取电。当然还可以采用圆柱滚动轴承代替碳刷导电滑条，圆柱滚动轴承与供电铜条17和第一驱动电机和第二驱动电机滚动配合，进而将电流传递至第一驱动电机和第二取电电机的取电端，以实现运动供电。上述供电设备实现了运动小车1运动中大功率持续动态的供电，而且避免采用电池供电需要定期更换及导致使用成本较高的问题。

请再次参考附图1，本实施例提供的校准系统的CCD显微镜4可以为激光扫描CCD显微镜，即包括线激光源14、激光扫描信号接收器11、DSP信号处理器22、反射镜组5。其中：线激光源14发出线激光，反射镜组5设置在CCD显微镜4内，将线激光反射到被测大长度线纹计量器具7的尺面上，并将尺面条码的光强信号反射到激光扫描信号接收器11的接收端，DSP信号处理器22将激光扫描信号接收器11接收的光强信号。DSP信号处理器22与计算机15相连，计算机15还包括获取模块，获取模块根据光强信号获取测长标准器18检测的条码所对应的长度值。上述部件的设置使得本实施例提供的校准系统不但能校准钢卷尺等一般尺子，还可以校准新型大长度线纹尺，例如条码尺，从而拓宽了校准系统的适用范围。另外，上述线激光源14的线激光反射到尺面上，还可以用于CCD显微镜4的刻线图像处理时辅助定位刻线。因为激光束为发自显微镜的红色线激光束，激光照射在尺面上的位置可以大致代表CCD显微镜4的位置，在没有激光扫描线指示的情况下，定位瞄准刻线是用CCD显微镜4视场中心位置为参考，选择离CCD显微镜4视场中心最近的一条刻线作为瞄准的刻线。为了使得CCD显微镜4瞄准刻线选择的适应性，可以利用从CCD显微镜4发出的激光扫描线实现瞄准任意一条非位于CCD显微镜4视场中心的刻线，以辅助CCD显微镜4的视场中心与所需对准刻线的瞄准。举例而言，在CCD显微镜4瞄准的过程中，例如要瞄准名义值为4m的刻线，此时在移动CCD显微镜4的过程中红色激光的移动，可以辅助操作人员从CCD显微镜4的一侧观察CCD显微镜4大致的位置，当红色的激光靠近所需对准的刻线或所需对准刻线相邻的刻线时，然后用CCD显微镜4实现CCD显微镜4的视场中心与刻线中心瞄准定位。如图7所示，可以从刻线图像的RGB分量分解出的R分量信号(即红色激光信号)，确定红色激光束当前位置即可以大概确定CCD显微镜4的位置，从刻线图像获得刻线图像RGB分解G分量信号(即绿色刻线信号)确定需要对准刻线的当前位置，计算出扫描线与激光线的重叠间距D来判断选择与激光束最近的一条刻线作为需要瞄准测量的刻线，进而可以确定需测量刻线与CCD显微镜4中心距L(D和L均可以通过像素数乘以像素间距计算得出)，中心距L与从测长标准器18获得的大数值相加就是需瞄准刻线距零刻线间距的实际长度值。对于不采用图像处理而使用激光扫描线测量的情况，激光扫描线的功能是直接扫描尺面获得刻线信号，上述DSP信号处理器22首先将光电信号进行存储到电路的内存单元，然后通过测控无线通信模块8和测控无线通信模块19传输至计算机15，进而可以通过计算机15进行长度编码信号的解算而获得测量结果，具体的，计算机15包括获取模块，获取模块根据光强信号获取测长标准器18检测到的长度值。在实际的检测过程中没接收一次光强信号与测长标准器18获取的长度值是一一对应的，获取模块均能够获取到。

基于本发明实施例提供的大长度线纹计量器具自动校准系统，本发明实施例还公开了一种大长度线纹计量器具自动校准方法。请参考附图1和8，所述的校准方法包括以下步骤：

S101、计算机测量软件从计算机硬盘调入自动测量配置文件，自动测量配置文件是含有测量位置的参数的文件，测量位置等参数可以通过记事本软件编辑修改，编辑的依据是大长度线纹计量器具的校准规范，一般是从零刻线开始向远处(例如以米的间隔)向着刻线距零刻线间距的名义值逐渐增大的方向测量(即前测)，刻线尺全部测量完毕后再回测，回测位置可以是前测位置的全部或者部分，但是最终零位置一定要回测，所述的回测指的是自大长度线纹计量器的末端向着零刻线的方向检测。

在校准的过程中，大长度线纹计量器具7沿着支撑导轨2的延伸方向铺展，计算机15的控制模块控制电驱动装置启闭，进而实现运动小车1的移动或停止。通常运动小车1自大长度线纹计量器具7的零刻线开始，逐渐向着刻线距零刻线间距名义值逐渐增大的方向运动，即所谓的前侧。运动小车1在设定的刻线(即被测刻线)处停靠。

在测量之前，操作人员需要人工控制CCD显微镜4对准大长度线纹计量器具7的零刻线。

S102、由自动测量配置文件读取所需校准刻线的运动定位位置参数，通过粗动、微动方式控制运动小车使CCD显微镜视场中心瞄准所需校准刻线，依次完成刻线的定位瞄准。

本步骤中CCD显微镜4的视场中心对准刻线是为了减少显微镜光学像差的影响，即使得刻线尽量靠近成像系统的轴线的近轴区域，即所以CCD显微镜4的视场中心与刻线的中心间的间距小于1.5倍的刻线宽度所确定的区域都可。从配置文件读入的定位间距是测量的名义间隔，实际的定位间隔需要随着实际测量间隔做出动态调整，方法是当前运动间隔值的确定需要参考前一个实际的间隔值而不是直接采用名义间隔，这种方式便于运动小车1的运动带动CCD显微镜4对准下一个需要对准的被测刻线。定位过程分为两步，第一步采用当前间隔值完成一次定位，一次定位完成后CCD显微镜4视场中心与所需校准刻线的中心已较为接近。一次定位完成后，计算机拍照刻线图像，通过图像处理计算出刻线中心与显微镜视场中心的位移，该位移值即是一次定位的误差，为了减小该误差，计算机继续控制CCD显微镜4定位刻线，通过二次定位实现显微镜视场中心基本与刻线中心重合，使得图像测量的CCD小数值较小，从而减小CCD像素引入的误差对测量结果的影响。

S103、完成需要测量的刻线的定位，计算机对刻线获取刻线图像，计算刻线最终CCD小数值、读取测量的大数值，由大数值和最终CCD小数值计算刻线距零刻线间距的实际长度值。

本步骤中最终CCD小数值指的是CCD显微镜4完成至少两次定位后的最终CCD小数值。CCD小数值的计算过程为首先获得CCD显微镜获取的刻线图像计算激光扫描CCD显微镜的视场中心与刻线中心之间的像素数量，然后通过像素数量与像素间距单位相乘计算即是CCD小数值。多次图像处理过程中会得到多次CCD小数值，称为中间CCD小数值，步骤S103中的CCD小数值是最终CCD小数值，确定最终CCD小数值包括以下步骤：

A、抓拍图像，以及确定刻线的瞄准中心位置，以完成刻线的初步对准，使得需要瞄准测量的刻线的瞄准中心位置位于激光扫描CCD显微镜视场中心附近，如图5所示，图5中f为刻线，h为刻线瞄准中心位置，g为激光扫描CCD显微镜的视场，视场中的十字中心点为视场中心。当然，上述瞄准中心位置即为上文所述的刻线中心。

确定刻线的瞄准中心位置，通常采用双直边拟合瞄准方法或刻线信号处理瞄准方法确定瞄准中心位置。双直边拟合瞄准方法是对刻线的二维图片的灰度值进行二维的阵列处理。其基本过程是：首先找到刻线的两个最佳直线拟合的边缘，然后由两个拟合出的直线及设定的刻线高度边界确定刻线处理区域，以该区域的中心作为刻线的瞄准中心位置。双直边拟合瞄准方法由于采用直线拟合方法获取刻线轮廓，使得局部的刻线缺陷对于刻线整体轮廓的识别影响较小，因而可以适用于刻线上游脏点、斑点、污点情况下的自动精确瞄准测量。但是对于尺面有竖划痕的尺子而言，双直边拟合瞄准方法就有可能识别出错误的刻线直边缘，进而会导致刻线的整体轮廓初现偏差，最终影响刻线瞄准中心位置的确定。刻线信号处理瞄准方法可以弥补双直边拟合瞄准方法的不足。刻线信号处理瞄准方法包括以下步骤：首先将二维阵列的刻线图片转换为一维的刻线信号，此时竖划痕将转换为刻线信号的高频噪声，此时采用滤波的方式将高频噪声去除，得到确定刻线轮廓信号，最终通过对刻线轮廓信号的的计算处理确定刻线的中心位置。

S103步骤得到实际长度值后可以进行示值误差的计算。为了获取更精确的实际长度值，可进行步骤S104。此处实际长度值指的是被测刻线距零刻线间距的实际长度值。

B、确定中间CCD小数值。

根据上文CCD小数值的计算方法计算中间CCD小数值。

C、判断中间CCD小数值是否小于或等于设定值。

如前文所述，CCD小数值越大，校准精度越低。步骤C判断中间CCD小数值是否小于设定值，若是，则转入步骤D中，否则，转入步骤E中。

D、将所述中间CCD小数值作为最终CCD小数值。

E、调节CCD显微镜4的位置，转入步骤B。

步骤E中调节CCD显微镜4的位置使得CCD显微镜4的视场中心与刻线瞄准中心位置更加靠近(如图6所示，图6中f为刻线，h为刻线瞄准中心位置，g为激光扫描CCD显微镜的视场，视场中的十字中心点为视场中心)，以降低CCD小数值，进而提高对准精度。

本优选方案中，确定最终CCD小数值采用反馈式调节方式，直至将CCD小数值降至设定值以下，这能够提高校准的精度。需要说明的是，本实施例中设定值指的是能够保证校准精度的最大CCD小数值。本领域技术人员可以根据不同长度的线纹计量器具合理地确定设定值的大小，本实施例不对设定值的具体大小作限制,一般为不超过2个像素的间距。上述优选方案能够使得普通光学显微镜在成像质量欠佳情况下实现高精度刻线瞄准，进而降低CCD小数值，提高校准精度。

S104、判断同一刻线位置的前测结果与回测结果的差值是否大于设定限制值，若不超过，则取前测结果与回测结果的均值作为该刻线距零刻线间隔的实际长度值，否则计算机软件提示出现结果异常，软件需要人工干预的方式进行结果异常处理之后才能开始下一个位置的测量，两种方法用于结果异常的处理，一是再次拍照刻线图像重新处理瞄准刻线图像以更新结果，二是可以采用人工瞄准读数更新结果。如果结果正常常则进入下一个刻线位置继续测量。当然，上述发生异常是可以进行报警。

当然步骤S104是在进行回测的基础之上进行的，为优选的步骤，能够进一步提高对校准精度，即示值误差的精度。

S105、测量结果的显示与输出，输出测量结果报告。

步骤S105中，测量结果至少包括示值误差。

本发明实施例提供的校准方法中，获取的刻线图像的像素间距是一个重要的技术环节即CCD像素的标定，CCD像素的标定直接决定校准的精度。现有技术方案采用标准尺标定像素间距，此种情况下标准尺本身的误差会直接传递给像素间距本身，从而影响像素间距的精度。为了解决此问题，本发明实施例的一个优选方案中，确定中间CCD小数值包括采用大长度线纹计量器具7和测长标准器18标定CCD显微镜的像素间距(即CCD像素间距)，具体的标定包括如下步骤：

S1、选择大长度线纹计量器具7质量较好的一条刻线作为标定刻线。

本步骤中质量较好指的是刻线较清楚，例如划痕较少，污垢较少，线条较明显等。

S2、控制CCD显微镜4相对于标定刻线向一个方向移动ΔP1个像素，移动距离不超过该标定刻线宽度的1/3，从测长标准器18上读取移动的距离ΔL1，控制CCD显微镜4相对于标定刻线向另一个方向移动ΔP2个像素，移动距离不超过该标定刻线宽度的1/3，从测长标准器18上读取移动的距离ΔL2。

S3、计算像素间距值Δ,计算公式为Δ＝(ΔL1/ΔP1+ΔL2/ΔP2)/2。

当然上述求均值的方式能够使得像素间距的误差较小，也可以不采用平均值的方式。即直接使得CCD显微镜4相对于标定刻线向一个方向移动ΔP1个像素，移动距离可以不超过该标定刻线宽度的1/3，从测长标准器18上读取移动的距离ΔL1，然后通过ΔL1除以移动的像素数量ΔP1得到单个像素的间隔。

上述优选方案利用测长标准器18和待测的大长度线纹计量器具7本身来标定CCD像素间距，可以减少标准尺标定像素间距带来的中间误差，减少一个误差传递环节，能够提高对像素间距的标定精度，最终能够提高校准精度。

需要说明的是，本发明实施例提供的校准系统和校准方法相对应，实施例中关于两部分的描述不是孤立存在，相关联内容可以相互借鉴，而不应该受到限制。

本发明实施例提供的大长度线纹计量器具校准方法，对于长度较大的计量器具，往往会因为其刻线间距偏差较大而会出现自动瞄准对线错误的情况，安装使用双摄像系统进行局部和全局线纹的摄像和图像处理可以解决该问题，但是这样的系统软硬件构成复杂不易实现，因而如何不增加硬件的基础上用简单的方法即可以解决大间距线纹的自动测量问题。本实施例提供的校准方法中，依据相邻的刻线之间偏差值较小的特点，采用中间过渡多位置的测量方法避免了大间距直接测量时由于刻线间距偏差的累积值较大而导致错误瞄准刻线的问题。

上述实施例公开了多个优选的方案，各个优选的方案只要不矛盾，都可以任意组合形成新的技术方案，而这些技术方案均在本发明实施例公开的范畴内。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.大长度线纹计量器具自动校准系统，其特征在于，包括：

支撑导轨(2)；

运动小车(1)，设置在所述支撑导轨(2)上，且能够沿所述支撑导轨(2)移动；

电驱动装置，用于驱动所述运动小车(1)移动；

CCD显微镜(4)，设置在所述运动小车(1)上，用于瞄准沿所述支撑导轨(2)展开的大长度线纹计量器具(7)的刻线，所述CCD显微镜(4)具有用于获取刻线图像的刻线图像接收CCD(12)以及与所述刻线图像接收CCD(12)相连，用于将所述刻线图像发出的CCD图像无线发送器(13)；

测长标准器(18)，用于检测所述CCD显微镜(4)的视场中心距大长度线纹计量器具(7)零刻线的距离，得到大数值；

CCD图像无线接收器(20)，用于接收所述刻线图像；

计算机(15)，与所述CCD图像无线接收器(20)和所述测长标准器(18)均相连，所述计算机(15)的软件模块具有测量模块、控制模块和结果输出模块，所述测量模块用于根据所述刻线图像计算CCD小数值，以及根据所述大数值和所述CCD小数值计算示值误差，所述示值误差为刻线距零刻线间距的实际长度值与名义值的差，所述控制模块用于控制所述电驱动装置启闭，以实现所述运动小车(1)带动CCD显微镜(4)的自动定位瞄准，所述结果输出模块用于测量结果的显示和输出，所述测量结果至少包括示值误差。

2.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述校准系统还包括设置在所述CCD显微镜(4)的物镜周围的显微镜环形照明(6)。

3.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述校准系统还包括锁定装置，所述锁定装置包括：

与所述支撑导轨(2)并排延伸的铁板(3)；

通过弹簧片(9)与所述运动小车(1)相连的电磁铁(10)，所述弹簧片(9)竖直延伸，且连接在所述电磁铁(10)的中心，所述铁板(3)的侧面与所述电磁铁(10)的侧面均为竖直延伸的吸附面。

4.根据权利要求3所述的校准系统，其特征在于，所述运动小车(1)包括承载段(101)、驱动控制段(102)、微动螺杆(103)和拉紧弹簧(104)；其中，

所述CCD显微镜(4)位于所述承载段(101)上，所述驱动电机和所述电磁铁(10)设置在所述驱动控制段(102)上，所述拉紧弹簧(104)连接所述承载段(101)和所述驱动控制段(102)，所述微动螺杆(103)的两端分别与所述承载段(101)和所述驱动控制段(102)螺纹连接，所述驱动电机包括驱动所述运动小车(1)的驱动轮的第一驱动电机和驱动所述微动螺杆(103)旋转以调节所述承载段(101)和所述驱动控制段(102)之间距离的第二驱动电机，所述驱动轮设置在所述驱动控制段(102)。

5.根据权利要求4所述的校准系统，其特征在于，所述电驱动装置的供电设备包括直流电源(16)、供电铜条(17)和碳刷导电滑条；所述供电铜条(17)并排设置在所述铁板(3)内侧，且通过导线(21)与所述直流电源(16)相连；所述碳刷导电滑条一端与所述第一驱动电机和第二驱动电机的取电端连接，另一端与所述供电铜条(17)滑动配合以实现运动取电。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的校准系统，其特征在于，所述校准系统还包括线激光源(14)、激光扫描信号接收器(11)、DSP信号处理器(22)和设置在所述CCD显微镜(4)的镜腔内的反射镜组(5)；

所述反射镜组(5)将线激光反射到被测大长度线纹计量器具(7)的尺面上，并将尺面条码的光强信号反射到所述激光扫描信号接收器(11)的接收端，所述DSP信号处理器(22)用于将所述激光扫描信号接收器(11)接收的光强信号；

所述DSP信号处理器(22)与所述计算机(15)相连，所述计算机(15)还包括获取模块，所述获取模块根据所述光强信号获取所述测长标准器(18)检测的长度值。

7.大长度线纹计量器具的校准方法，其特征在于，采用如权利要求1-6中任意一项所述的校准系统完成，所述校准方法包括如下步骤：

操作人员人工控制CCD显微镜(4)对准大长度线纹计量器具(7)的零刻线；

自大长度线纹计量器具(7)的零刻线开始，逐步控制所述运动小车(1)在设定的刻线处停止；

调节所述运动小车(1)以使CCD显微镜(4)停靠在对应的刻线处；

确定最终CCD小数值；

根据所述最终CCD小数值和测长标准器(18)所获取的大数值，计算所述刻线距所述零刻线间距的实际长度值；

根据所述实际长度值和所述刻线距所述零刻线间距的名义值计算刻线间距的示值误差。

8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，确定最终CCD小数值包括：

A、抓拍所述刻线图像，以及确定所述刻线的瞄准中心位置；

B、确定中间CCD小数值；

C、判断所述中间CCD小数值是否小于设定值，若是，转入步骤D，否则，转入步骤E；

D、将所述中间CCD小数值作为所述最终CCD小数值；

E、调节所述CCD显微镜(4)的位置，转入步骤B。

9.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，采用双直边拟合瞄准方法或刻线信号处理瞄准方法确定所述刻线的瞄准中心位置。

10.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，确定中间CCD小数值包括采用大长度线纹计量器具(7)和测长标准器(18)标定CCD显微镜(4)的像素间距；

采用大长度线纹计量器具(7)和测长标准器(18)标定CCD显微镜(4)的像素间距，包括：

选择大长度线纹计量器具(7)质量较好的一条刻线作为标定刻线；

控制CCD显微镜(4)相对于标定刻线向一个方向移动ΔP1个像素，移动距离不超过该标定刻线宽度的1/3，从测长标准器(18)上读取CCD显微镜(4)移动的距离ΔL1，控制CCD显微镜(4)相对于标定刻线向另一个方向移动ΔP2个像素，移动距离不超过该标定刻线宽度的1/3，从测长标准器(18)上读取CCD显微镜(4)移动的距离ΔL2；

根据Δ＝(ΔL1/ΔP1+ΔL2/ΔP2)/2计算像素间距值Δ。