CN108534621A - 一种基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，属于计量校准技术领域，包括大理石平台以及用于支撑大理石平台的支撑架，在大理石平台上固定有底座，在底座上固定有圆柱形导轨，在圆柱形导轨上滑动连接有检测平台，在检测平台上设有第一条形通槽和第二条形通槽，所述第一条形通槽用于固定高等级标准玻璃线纹尺，第二条形通槽用于固定待校准玻璃线纹尺，在底座上固定有弯梁，在弯梁上固定有防热钢梁，在防热钢梁上左右并排固定有第一摄像装置和第二摄像装置；在底座前方的大理石平台上设有闭环运动控制系统；实现了一种集精确运动控制技术、机器视觉技术和图像处理技术为一体的玻璃线纹尺自动校准装置。
Description
技术领域
本发明属于玻璃线纹尺的计量校准技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置。
背景技术
线纹尺是几何量计量中主要的实物标准，线纹尺是多值量具，它以两刻线间的距离来复现长度量值。线纹计量是长度计量的重要组成部分，是利用线纹尺进行的计量，亦称为线值计量。线纹计量在现代社会中广泛应用，线纹量值是否准确、统一对国民经济将产生重大影响。为了保证量值的准确、统一，需要建立从长度基准到生产中的各种计量器具，直至工件尺寸的传递系统，不同等级的线纹计量器具就是这个系统的传递媒介。线纹尺作为应用非常广泛的线纹计量器具，它的准确度会直接影响测量的精度，因此线纹尺在使用期间需要进行质量校准。
近几年，随着生物显微镜、测量显微镜和读数显微镜等仪器广泛应用于环保、食品、医疗、化工等领域，用于校准显微镜的0.01mm分度的1mm刻度值的玻璃线纹尺也大量使用，该玻璃线纹尺还可以配合电子目镜、显微镜相机和成像软件使用对显微拍摄物品进行测量。目前用于校准投影仪的玻璃线纹尺和用于集成电路产业应用的高精度掩膜标准板的分度值也是0.01mm的。由于该分度值的玻璃线纹尺的线纹间距为0.01mm，尺寸误差为±2μm，其准确度要求较高，常规的万能工具显微镜等计量检测设备单独使用不能满足此精度要求的校准。
目前针对该分度的玻璃线纹尺的校准方法主要有以下两种：一是采用激光干涉比长仪标准装置，该装置将线纹间距溯源到长度基准到激光的波长，可开展一等和二等标准金属线纹尺、一等和二等玻璃线纹尺检定和校准，但该装置结构复杂，对环境要求较高，价格昂贵，不适用于目前我国绝大多数计量机构开展0.01mm分度的玻璃线纹尺的校准工作。二是采用万能工具显微镜配合激光干涉仪校准，但由于万工显物镜放大倍数最大为5倍，其放大倍数太低不能用于0.01mm分度玻璃线纹尺线纹的准确瞄准，且常见的1mm玻璃线纹尺刻有100条0.01mm刻线，目视瞄准费时，不能实现自动化测量。
发明内容
本发明目的是为解决上述现有技术中存在的问题而提供了一种基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，设计符合阿贝原则，实现了0.01mm分度、0.1mm分度和微米级线纹宽度偏差的线纹尺的校准；为达到上述目的所采取的技术方案是：
一种基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，包括大理石平台以及用于支撑大理石平台的支撑架，在大理石平台上固定有底座，在底座上固定有沿左右方向设置的圆柱形导轨，在圆柱形导轨上滑动连接有检测平台，在检测平台上设有沿左右方向设置的第一条形通槽和第二条形通槽，且第一条形通槽和第二条形通槽位于同一条直线上，所述第一条形通槽用于固定高等级标准玻璃线纹尺，第二条形通槽用于固定待校准玻璃线纹尺，在检测平台底部安装有用于照亮第一条形通槽和第二条形通槽的LED光源，在底座上固定有弯梁，在弯梁上固定有防热钢梁，在防热钢梁上左右并排固定有第一摄像装置和第二摄像装置，所述第一摄像装置用于对高等级标准玻璃线纹尺图像摄取，第二摄像装置用于对待校准玻璃线纹尺图像摄取；
在底座前方的大理石平台上设有闭环运动控制系统，所述闭环运动控制系统包括沿左右方向设置的传动丝杆以及为传动丝杠转动提供动力的伺服电机，在传动丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，所述丝杠螺母与检测平台之间通过连接臂固定连接；在大理石平台上固定有用于检测丝杠螺母位移量的光栅位移传感器，所述光栅位移传感器与伺服电机构成闭环控制机构而使得检测平台形成多个标准位移量。
优选的，在检测平台的底部设有向下延伸的侧板，在侧板上设有沿左右方向设置的防侧翻导轨，在底座上设有与防侧翻导轨相配合的防侧翻滑槽。
优选的，在大理石平台上固定有用于对丝杠螺母进行限位的左接近开关和右接近开关，丝杠螺母靠近左接近开关或右接近开关时，伺服电机停止工作。
优选的，所述第一摄像装置自下而上依次包括高倍率物镜、镜筒和高倍工业相机，高等级标准玻璃线纹尺经过高倍率物镜放大后经过镜筒由高倍工业相机摄取图像；所述第二摄像装置与第一摄像装置的结构相同。
优选的，在第一摄像装置和第二摄像装置均设有用于调节取像焦距的调节旋钮。
优选的，在检测平台上安装有温度计。
优选的，所述光栅位移传感器包括光栅尺和光栅读数头，所述光栅尺沿左右方向固定在大理石平台上，光栅读数头通过连接件固定在丝杠螺母上。
优选的，还包括在支撑架上设置的总控制台、在大理石平台上放置的显示器，所述第一摄像装置的信号输出端、第二摄像装置的信号输出端、光栅读数头的信号输出端、左接近开关的信号输出端和右接近开关的信号输出端均与总控制台的信号输入端相连接；总控制台的信号输出端分别与伺服电机控制器的信号输入端、显示器的信号输入端相连接；总控制台内设有用于对第一摄像装置和第二摄像装置的图像信号进行处理的图像处理软件模块。
优选的，在圆柱形导轨上滑动连接有工作平板，在工作平板上设有沿着前后方向设置的条形导轨，在检测平台底部设有与条形导轨相配合的条形滑槽，在检测平台一端的工作平板上设有沿前后方向设置的齿形条，在检测平台上转动连接有转轴，在转轴上固定有与齿形条相啮合的齿轮，在转轴的自由端固定有旋转轮。
优选的，将丝杠螺母与检测平台之间的连接臂拆卸并且将连接臂移接到丝杠螺母与工作平板之间。
本发明所具有的有益效果为：（1）高等级标准玻璃线纹尺和待校准玻璃线纹尺位于同一条直线上，移动的距离始终相同，测量符合阿贝原则，测量误差小；
（2）通过第一摄像装置和第二摄像装置的高倍率物镜和高倍工业相机实现了对0.01毫米分度、0.1毫米分度和微米级线纹宽度偏差的图像视觉式校准，图像处理软件模块实现了在一个窗口下对高等级标准玻璃线纹尺和待校准玻璃线纹尺刻度的比对，提高了测量精度；
（3）光栅位移传感器与伺服电机构成闭环控制机构而使得检测平台形成多个标准位移量，提高了高等级标准玻璃线纹尺和待校准玻璃线纹尺移动的精度，提高了测量精度；
（4）通过闭环控制机构、圆柱形导轨、检测平台、第一摄像装置、第二摄像装置和图像处理软件模块实现了一种集精确运动控制技术、机器视觉技术和图像处理技术为一体的玻璃线纹尺自动校准装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的左视图；
图4为图3中的K部分的放大图；
图中，1显示器、2第一摄像装置、3弯梁、4防热钢梁、5第二摄像装置、6光栅读数头、7检测平台、8伺服电机、9光栅尺、10大理石平台、11 LED光源、12支撑架、13总控制台、14丝杠螺母、15右接近开关、16传动丝杠、17圆柱形导轨、18侧板、19底座、20条形导轨、21弧形滑块、22温度计、23左接近开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述，为了便于描述如图2所示，以箭头A方向为前方向，以箭头B方向为右方向。
具体实施例1：
如图1至图4所示，一种基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，包括大理石平台10以及用于支撑大理石平台10的支撑架12，在大理石平台10上固定有底座19，在底座19上固定有沿左右方向设置的圆柱形导轨17，在圆柱形导轨17上滑动连接有检测平台7，在检测平台7上设有沿左右方向设置的第一条形通槽和第二条形通槽（图中未示出），且第一条形通槽和第二条形通槽位于同一条直线上，所述第一条形通槽用于固定高等级标准玻璃线纹尺，第二条形通槽用于固定待校准玻璃线纹尺，在第一条形通槽和第二条形通槽内均设有用于放置玻璃线纹尺的环形台阶，在检测平台7底部安装有用于照亮第一条形通槽和第二条形通槽的LED光源11，在底座19上固定有弯梁3，在弯梁3上固定有防热钢梁4，在防热钢梁上4左右并排固定有第一摄像装置2和第二摄像装置5，所述第一摄像装置2用于对高等级标准玻璃线纹尺图像摄取，第二摄像装置5用于对待校准玻璃线纹尺图像摄取；其中，第一摄像装置2自下而上依次包括高倍率物镜、镜筒和高倍工业相机，高等级标准玻璃线纹尺经过高倍率物镜放大后经过镜筒由高倍工业相机摄取图像；所述第二摄像装置与第一摄像装置的结构相同，不再赘述；在第一摄像装置2和第二摄像装置5均设有用于调节取像焦距的调节旋钮。
在底座19前方的大理石平台10上设有闭环运动控制系统，所述闭环运动控制系统包括沿左右方向设置的传动丝杆16以及为传动丝杠16转动提供动力的伺服电机8，在传动丝杠16上螺纹连接有丝杠螺母14，所述丝杠螺母14与检测平台7之间通过连接臂固定连接；在大理石平台10上固定有用于检测丝杠螺母14位移量的光栅位移传感器，所述光栅位移传感器与伺服电机构成闭环控制机构而使得检测平台7形成多个标准位移量。所述光栅位移传感器包括光栅尺9和光栅读数头6，所述光栅尺9沿左右方向固定在大理石平台10上，光栅读数头6通过连接件固定在丝杠螺母14上。
为了防止检测平台7在滑动过程中出现摆动甚至侧翻，如图4所示，在检测平台7的底部设有向下延伸的侧板18，在侧板18上设有沿左右方向设置的防侧翻导轨，在底座19上设有与防侧翻导轨相配合的防侧翻滑槽。这种起到防侧翻的相配合作用的滑动副机构不仅仅限于上述导轨、导槽形式，例如，如图4所示，滑动副机构包括固定在底座19上的条形导轨20，条形导轨20的底面为平面，条形导轨20的顶面为向后下方倾斜的楔形面，在侧板18设有与底面和楔形面分别对应配合作用的滚轮从而起到防侧翻的作用。另一方面，检测平台7与圆柱形导轨17还可以通过呈优弧的弧形滑块21滑动连接，在弧形滑块21中部和两端部分别设有滚轮从而进一步起到防侧翻的作用。
如图2所示，在大理石平台10上固定有用于对丝杠螺母14进行限位的左接近开关23和右接近开关15，丝杠螺母14靠近左接近开关23或右接近开关15时，伺服电机8停止工作。由于本校准过程对室温要求比较高，因此在检测平台上安装有温度计22。
本装置还包括在支撑架12上设置的总控制台13、在大理石平台10上放置的显示器1，所述第一摄像装置2的信号输出端、第二摄像装置5的信号输出端、光栅读数头6的信号输出端、左接近开关23的信号输出端和右接近开关15的信号输出端均与总控制台的信号输入端相连接；总控制台的信号输出端分别与伺服电机8控制器的信号输入端、显示器1的信号输入端相连接；总控制台内设有用于对第一摄像装置2和第二摄像装置5的图像信号进行处理的图像处理软件模块。
本发明在使用时，伺服电机8带动传动丝杆16转动使得检测平台7回到初始位置，然后将高等级标准玻璃线纹尺放置在第一条形通槽内、将待校准玻璃线纹尺放置在第二条形通槽内，打开LED光源11，调整第一摄像装置2和第二摄像装置5，让其视场中出现清晰的高等级标准玻璃线纹尺图像和待校准玻璃线纹尺图像；伺服电机8动作，在闭环控制机构而的作用下根据不同规格的待校准玻璃线纹尺，使得检测平台7形成多个标准位测量位，保证高等级标准玻璃线纹尺和待校准玻璃线纹尺在同一条直线上移动相等的距离；在每个测量位时，第一摄像装置2和第二摄像装置5对高等级标准玻璃线纹尺图像和待校准玻璃线纹尺图像进行摄取并将图像信息传输给总控制台以图像处理软件模块进行对比计算出待校准玻璃线纹尺的示值误差和刻度线宽示值误差。
具体实施例2：
与具体实施例1不同之处在检测平台7与圆柱形导轨17之间的连接方式，具体为，在圆柱形导轨17上滑动连接有工作平板，在工作平板上设有沿着前后方向设置的条形导轨，在检测平台7底部设有与条形导轨相配合的条形滑槽，在检测平台7一端的工作平板上设有沿前后方向设置的齿形条，在检测平台7上转动连接有转轴，在转轴上固定有与齿形条相啮合的齿轮，在转轴的自由端固定有旋转轮。通过这种结构方式，接可以通过扭动旋转轮来调整检测平台7在前后方向的位置，从而进一步调整高等级标准玻璃线纹尺和待校准玻璃线纹尺在第一摄像装置2和第二摄像装置5下的位置提高摄像质量。
同时将丝杠螺母14与检测平台7之间的连接臂拆卸并且将连接臂移接到丝杠螺母14与工作平板之间，这样丝杠螺母14的运动只带动工作平板运动而对检测平台7无影响。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，包括大理石平台以及用于支撑大理石平台的支撑架，在大理石平台上固定有底座，在底座上固定有沿左右方向设置的圆柱形导轨，在圆柱形导轨上滑动连接有检测平台，在检测平台上设有沿左右方向设置的第一条形通槽和第二条形通槽，且第一条形通槽和第二条形通槽位于同一条直线上，所述第一条形通槽用于固定高等级标准玻璃线纹尺，第二条形通槽用于固定待校准玻璃线纹尺，在检测平台底部安装有用于照亮第一条形通槽和第二条形通槽的LED光源，在底座上固定有弯梁，在弯梁上固定有防热钢梁，在防热钢梁上左右并排固定有第一摄像装置和第二摄像装置，所述第一摄像装置用于对高等级标准玻璃线纹尺图像摄取，第二摄像装置用于对待校准玻璃线纹尺图像摄取；
在底座前方的大理石平台上设有闭环运动控制系统，所述闭环运动控制系统包括沿左右方向设置的传动丝杆以及为传动丝杠转动提供动力的伺服电机，在传动丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，所述丝杠螺母与检测平台之间通过连接臂固定连接；在大理石平台上固定有用于检测丝杠螺母位移量的光栅位移传感器，所述光栅位移传感器与伺服电机构成闭环控制机构而使得检测平台形成多个标准位移量。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，在检测平台的底部设有向下延伸的侧板，在侧板上设有沿左右方向设置的防侧翻导轨，在底座上设有与防侧翻导轨相配合的防侧翻滑槽。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，在大理石平台上固定有用于对丝杠螺母进行限位的左接近开关和右接近开关，丝杠螺母靠近左接近开关或右接近开关时，伺服电机停止工作。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，所述第一摄像装置自下而上依次包括高倍率物镜、镜筒和高倍工业相机，高等级标准玻璃线纹尺经过高倍率物镜放大后经过镜筒由高倍工业相机摄取图像；所述第二摄像装置与第一摄像装置的结构相同。
5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，在第一摄像装置和第二摄像装置均设有用于调节取像焦距的调节旋钮。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，在检测平台上安装有温度计。
7.根据权利要求1至3任一项所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，所述光栅位移传感器包括光栅尺和光栅读数头，所述光栅尺沿左右方向固定在大理石平台上，光栅读数头通过连接件固定在丝杠螺母上。
8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，还包括在支撑架上设置的总控制台、在大理石平台上放置的显示器，所述第一摄像装置的信号输出端、第二摄像装置的信号输出端、光栅读数头的信号输出端、左接近开关的信号输出端和右接近开关的信号输出端均与总控制台的信号输入端相连接；总控制台的信号输出端分别与伺服电机控制器的信号输入端、显示器的信号输入端相连接；总控制台内设有用于对第一摄像装置和第二摄像装置的图像信号进行处理的图像处理软件模块。
9.根据权利要求1所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，在圆柱形导轨上滑动连接有工作平板，在工作平板上设有沿着前后方向设置的条形导轨，在检测平台底部设有与条形导轨相配合的条形滑槽，在检测平台一端的工作平板上设有沿前后方向设置的齿形条，在检测平台上转动连接有转轴，在转轴上固定有与齿形条相啮合的齿轮，在转轴的自由端固定有旋转轮。
10.根据权利要求9所述的基于机器视觉的玻璃线纹尺自动校准装置，其特征在于，将丝杠螺母与检测平台之间的连接臂拆卸并且将连接臂移接到丝杠螺母与工作平板之间。
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- 2018-07-06 CN CN201810737457.9A patent/CN108534621B/zh active Active
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