CN109506539A - 一种卡尺自动测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卡尺自动测量装置及其测量方法，装置包括使卡尺水平放置并在电机驱动下左右移动的标准位移系统，设置在标准位移单元之上对卡尺进行拍摄以采集卡尺示值图像的图像并转换上传的图像采集识别系统，将上传的图像进行处理、分析计算并显示的计算机系统；方法的步骤是：S1、将所述卡尺水平放置在所述夹具上；S2、对所述卡尺进行图像采集，并将采集后的图像数据输入到所述计算机系统进行图像处理及卡尺示值的识别；S3、将位移信号数据以输入所述计算机系统；S4、将所述位移传感器置零；S5、将每个点的n个数据计算出平均值来代替测量值，最终得到一组平均值；S6、由所述计算机系统将所述每次的测量结果和所述平均值进行保存，以备进一步处理。

Description

一种卡尺自动测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种卡尺自动测量装置及其测量方法。

背景技术

卡尺是一种精确测量长度、内外径、深度等参数的测量仪器，主要有带表类卡尺、数显卡尺和游标卡尺等类型，但不管是带表类卡尺、数显卡尺还是游标卡尺，在正确使用前都需要进行精度检查(分为检定、校准、测试等类型)。目前国内外大多数生产厂家、用户和计量机构都是采用基于量块或其他长度实物标准器的分段检测的人工检测方法，而这种传统的人工检测方法工作强度大、效率低、存在的人为误差大，所以目前的人工检测方法越来越不能满足现代生产和科学研究的要求，需要一种能检测各种类型卡尺的、全自动化的高精度卡尺测量系统来代替。

发明内容

本发明目的在于提供一种卡尺自动测量装置及其测量方法。能自动将被测卡尺受检点的数据自动采集到计算机的测量软件上，与受检点的标准值进行对比，从而准确得出各个受检点的示值偏差，并对照现行国家计量检定规程对被测卡尺进行合格性判定。以解决现有技术存在的人工检测劳动强度大、速度慢、精度低、检定数据不稳定不可靠等缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种卡尺自动测量装置，包括使卡尺水平放置并在电机驱动下左右移动的标准位移系统，设置在标准位移单元之上对卡尺进行拍摄以采集卡尺示值图像的图像并转换上传的图像采集识别系统，将上传的图像进行处理、分析计算并显示的计算机系统；

所述图像采集识别系统包括相机模块和采集模块；所述采集模块可以是 CCD图像采集模块，或是CMOS图像采集模块；所述计算机系统包括内置测量软件的计算机以及与计算机信号连接的显示器，所述计算机通过通讯接口与图像采集识别系统的CCD图像采集模块，或CMOS图像采集模块连接。

作为对上述技术方案的改进，所述标准位移发生系统包括基座、设置于基座上的导轨副、设置于导轨副上的夹具；所述卡尺水平装夹在夹具上，所述导轨副的一侧设置有电机和与电机相连接的传动副，所述传动副与导轨副相连接。

作为对上述技术方案的改进，所述导轨副包括一个固定导轨和一个移动导轨，所述传动副包括丝杆、滑块，所述丝杆与电机通过联轴器连接，所述电机固定在固定导轨上或基座上，所述丝杆设置在移动导轨下。

作为对上述技术方案的改进，所述夹具包括一个移动端和一个固定端。

作为对上述技术方案的改进，所述滑块上设置有位移传感器，所述位移传感器与计算机系统相连接。

作为对上述技术方案的改进，所述夹具中设置有一个或多个温度传感器。可以测量导轨温度、卡尺温度或测量环境的温度，计算机通过测量软件自动控制实现温度数据采集。

作为对上述技术方案的改进，所述相机模块为摄像机或照相机，其前端设置有镜头，在镜头之前设置有光偏振片，在光偏振片之前设置有可调节亮度的照明光源。

作为对上述技术方案的改进，所述卡尺为带表类卡尺、数显卡尺或游标卡尺。

本发明并提供了上述装置进行测量的方法，该方法的步骤是：

S1、将所述卡尺水平放置在所述夹具上，所述卡尺的移动量爪固定在所述夹具的移动端，所述卡尺的固定量爪固定在所述夹具的固定端；或者所述卡尺的移动量爪固定在所述夹具的固定端，所述卡尺的固定量爪固定在所述夹具的移动端；

S2、调整所述图像采集识别系统置于所述卡尺的所述数据显示单元正上方，并使所述图像采集识别系统与所述计算机系统连接，调整所述图像采集识别系统，使所述计算机系统上显示的采集图像清晰，然后所述图像采集识别系统对所述卡尺进行图像采集，并将采集后的图像数据输入到所述计算机系统进行图像处理及卡尺示值的识别；

S3、将所述位移传感器与所述计算机系统进行信号连接，并采集所述位移传感器的位移信号数据以输入所述计算机系统；

S4、由所述计算机系统中的测量软件控制所述电机，驱动卡尺中的一个量爪移动到卡尺的零位，保证卡尺两个量爪紧闭，作为零点Z0；同时，将所述位移传感器置零；

S5、根据所述卡尺的长度L，在所述计算机系统上输入需要检测的次数n 和测量步距t，然后发送第一个检测点的位移命令进行定位；所述电机收到位移命令回复接收成功给所述计算机系统，并发送控制信号给所述电机，驱使电机开始按设定步距运动；移动完成后，所述电机发送移动完成命令给所述计算机系统；所述计算机系统收到移动完成命令后，将所述图像采集识别系统中采集到的图像和所述位移信号进行解析，分别得到所述图像包含的所述卡尺的当前示值Ci和所述位移信号包含的当前位移值Si，及其差值Vi＝Ci-Si，显示在所述计算机系统中的测量软件界面；准备进行下一个检测点的校验,直至所有检测点检测完成；反复检测n遍，得到n组位移数据，进行均值滤波，得到其平均值；所述的平均值是n组数据采用均值滤波法计算得到的，指将每个点的 n个数据计算出平均值来代替测量值，最终得到一组平均值；

S6、由所述计算机系统将所述每次的测量结果(指上述的Vi，Ci，Si)和所述平均值进行保存，以备使用者做进一步处理。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的卡尺自动测量装置及其测量方法，1、可调整参数设置按最新国家检定规程全自动检定各种卡尺；2、具有自动对零功能，检定前无需手动调整零位，极大简化被检卡尺装夹步骤；3、具有对焦功能，自动适应各种大小的卡尺； 4、全自动检定过程中，检定仪自动拖动被测卡尺前进或后退，机器视觉系统自动跟踪识别卡尺各个位置示值读数；自动同光栅测量的标准位移相比较，得出各检定点示值误差；5.全新无影光源，适应各种表面，不怕反光，无须手调遮光板；6、机器视觉识别精度高，抗干扰能力强，在目力能见环境下无须辅助光源也可正常工作，检测数据重复性好；7、按照相应的检定规程自动处理检定数据。可显示、打印、存储各项记录，包括检定点误差数据的表格和曲线，以及根据规程判定的检定结果；8、按被测卡尺类型、编号、检定员、检定日期等条件查询和管理检定记录；9.具有数据库或保存为EXCEL格式等功能；10、传动机构采用精密线性导轨总成，移动平稳可靠，机械结构稳定，后期维护简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明提供一种卡尺自动测量装置，包括使卡尺6水平放置并在电机驱动下左右移动的标准位移系统，设置在标准位移单元之上对卡尺进行拍摄以采集卡尺示值图像的图像并转换上传的图像采集识别系统，将上传的图像进行处理、分析计算并显示的计算机系统；

所述图像采集识别系统包括相机模块1和采集模块；所述采集模块可以是 CCD图像采集模块，或是CMOS图像采集模块；所述计算机系统包括内置测量软件的计算机2以及与计算机2信号连接的显示器3，所述计算机2通过通讯接口与图像采集识别系统的CCD图像采集模块，或CMOS图像采集模块连接。该通信接口可以是RS232、RS485、RJ45或USB、蓝牙、红外、WIFI等

作为对上述技术方案的改进，所述标准位移发生系统包括基座4、设置于基座4上的导轨副5、设置于导轨副5上的夹具；所述卡尺6水平装夹在夹具上，所述导轨副5的一侧设置有电机7和与电机7相连接的传动副，所述传动副与导轨副5相连接。

作为对上述技术方案的改进，所述导轨副5包括一个固定导轨和一个移动导轨，所述传动副包括丝杆、滑块10，所述丝杆与电机7通过联轴器连接，所述电机7固定在固定导轨上或基座上，所述丝杆设置在移动导轨下。

作为对上述技术方案的改进，所述夹具包括一个移动端8和一个固定端9。

作为对上述技术方案的改进，所述滑块10上设置有位移传感器，所述位移传感器与计算机系统相连接。

作为对上述技术方案的改进，所述夹具中设置有一个或多个温度传感器 11。可以测量导轨温度、卡尺温度或测量环境的温度，计算机通过测量软件自动控制实现温度数据采集。

作为对上述技术方案的改进，所述相机模块1为摄像机或照相机，其前端设置有镜头12，在镜头12之前设置有光偏振片13，在光偏振片13之前设置有可调节亮度的照明光源14。

作为对上述技术方案的改进，所述卡尺6为带表类卡尺、数显卡尺或游标卡尺。对带表类卡尺，所述数据显示单元是指圆标尺；对数显卡尺，所述数据显示单元是指数字显示器；对游标卡尺，所述数据显示单元是指游标尺和对应游标尺所在位置的主标尺部分。

本发明并提供了上述装置进行测量的方法，该方法的步骤是：

S1、将所述卡尺水平放置在所述夹具上，所述卡尺的移动量爪固定在所述夹具的移动端，所述卡尺的固定量爪固定在所述夹具的固定端；或者所述卡尺的移动量爪固定在所述夹具的固定端，所述卡尺的固定量爪固定在所述夹具的移动端；

S2、调整所述图像采集识别系统置于所述卡尺的所述数据显示单元正上方，并使所述图像采集识别系统与所述计算机系统连接，调整所述图像采集识别系统，使所述计算机系统上显示的采集图像清晰，然后所述图像采集识别系统对所述卡尺进行图像采集，并将采集后的图像数据输入到所述计算机系统进行图像处理及卡尺示值的识别；

S3、将所述位移传感器与所述计算机系统进行信号连接，并采集所述位移传感器的位移信号数据以输入所述计算机系统；

S4、由所述计算机系统中的测量软件控制所述电机，驱动卡尺中的一个量爪移动到卡尺的零位，保证卡尺两个量爪紧闭，作为零点Z0；同时，将所述位移传感器置零；

S5、根据所述卡尺的长度L，在所述计算机系统上输入需要检测的次数n 和测量步距t，然后发送第一个检测点的位移命令进行定位；所述电机收到位移命令回复接收成功给所述计算机系统，并发送控制信号给所述电机，驱使电机开始按设定步距运动；移动完成后，所述电机发送移动完成命令给所述计算机系统；所述计算机系统收到移动完成命令后，将所述图像采集识别系统中采集到的图像和所述位移信号进行解析，分别得到所述图像包含的所述卡尺的当前示值Ci和所述位移信号包含的当前位移值Si，及其差值Vi＝Ci-Si，显示在所述计算机系统中的测量软件界面；准备进行下一个检测点的校验,直至所有检测点检测完成；反复检测n遍，得到n组位移数据，进行均值滤波，得到其平均值；所述的平均值是n组数据采用均值滤波法计算得到的，指将每个点的 n个数据计算出平均值来代替测量值，最终得到一组平均值；

S6、由所述计算机系统将所述每次的测量结果(指上述的Vi，Ci，Si)和所述平均值进行保存，以备使用者做进一步处理。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的卡尺自动测量装置，1、可调整参数设置按最新国家检定规程全自动检定各种卡尺；2、具有自动对零功能，检定前无需手动调整零位，极大简化被检卡尺装夹步骤；3、具有对焦功能，自动适应各种大小的卡尺；4、全自动检定过程中，检定仪自动拖动被测卡尺前进或后退，机器视觉系统自动跟踪识别卡尺各个位置示值读数；自动同光栅测量的标准位移相比较，得出各检定点示值误差；5.全新无影光源，适应各种表面，不怕反光，无须手调遮光板；6、机器视觉识别精度高，抗干扰能力强，在目力能见环境下无须辅助光源也可正常工作，检测数据重复性好；7、按照相应的检定规程自动处理检定数据。可显示、打印、存储各项记录，包括检定点误差数据的表格和曲线，以及根据规程判定的检定结果；8、按被测卡尺类型、编号、检定员、检定日期等条件查询和管理检定记录；9.具有数据库或保存为EXCEL格式等功能；10、传动机构采用精密线性导轨总成，移动平稳可靠，机械结构稳定，后期维护简便。

四、参数指标：

视场范围:约60mm×45mm(x方向×y方向)

测量长度范围:0～200mm，可选(300mm,500mm,800mm等)

分辨力:显示分辨力0.1μm，1μm可调

读表精度:优于0.1分格

接口方式:USB2.0高速接口(实时显示计量光栅尺标准值)

电源:AC220V,50Hz

环境温度:20士5℃

相对湿度:≤80％RH

检测精度:U≤(2+L/100)um,K＝2。

Claims (9)

1.一种卡尺自动测量装置，其特征在于：包括使卡尺水平放置并在电机驱动下左右移动的标准位移系统，设置在标准位移单元之上对卡尺进行拍摄以采集卡尺示值图像的图像并转换上传的图像采集识别系统，将上传的图像进行处理、分析计算并显示的计算机系统；

所述图像采集识别系统包括相机模块和采集模块；所述采集模块可以是CCD图像采集模块，或是CMOS图像采集模块；所述计算机系统包括内置测量软件的计算机以及与计算机信号连接的显示器，所述计算机通过通讯接口与图像采集识别系统的CCD图像采集模块，或CMOS图像采集模块连接。

2.如权利要求1所述的卡尺自动测量装置，其特征在于：所述标准位移发生系统包括基座、设置于基座上的导轨副、设置于导轨副上的夹具；所述卡尺水平装夹在夹具上，所述导轨副的一侧设置有电机和与电机相连接的传动副，所述传动副与导轨副相连接。

3.如权利要求2所述的卡尺自动测量装置，其特征在于：所述导轨副包括一个固定导轨和一个移动导轨，所述传动副包括丝杆、滑块，所述丝杆与电机通过联轴器连接，所述电机固定在固定导轨上或基座上，所述丝杆设置在移动导轨下。

4.如权利要求3所述的卡尺自动测量装置，其特征在于：所述夹具包括一个移动端和一个固定端。

5.如权利要求4所述的卡尺自动测量装置，其特征在于：所述滑块上设置有位移传感器，所述位移传感器与计算机系统相连接。

6.如权利要求5所述的卡尺自动测量装置，其特征在于：所述夹具中设置有一个或多个温度传感器。

7.如权利要求6所述的卡尺自动测量装置，其特征在于：所述相机模块为摄像机或照相机，其前端设置有镜头，在镜头之前设置有光偏振片，在光偏振片之前设置有可调节亮度的照明光源。

8.如权利要求7所述的卡尺自动测量装置，其特征在于：所述卡尺为带表类卡尺、数显卡尺或游标卡尺。

9.一种利用如权利要求1至9中任一种测量装置进行卡尺自动测量的方法，其特征在于：该方法的步骤是：

S1、将所述卡尺水平放置在所述夹具上，所述卡尺的移动量爪固定在所述夹具的移动端，所述卡尺的固定量爪固定在所述夹具的固定端；或者所述卡尺的移动量爪固定在所述夹具的固定端，所述卡尺的固定量爪固定在所述夹具的移动端；

S2、调整所述图像采集识别系统置于所述卡尺的所述数据显示单元正上方，并使所述图像采集识别系统与所述计算机系统连接，调整所述图像采集识别系统，使所述计算机系统上显示的采集图像清晰，然后所述图像采集识别系统对所述卡尺进行图像采集，并将采集后的图像数据输入到所述计算机系统进行图像处理及卡尺示值的识别；

S3、将所述位移传感器与所述计算机系统进行信号连接，并采集所述位移传感器的位移信号数据以输入所述计算机系统；

S4、由所述计算机系统中的测量软件控制所述电机，驱动卡尺中的一个量爪移动到卡尺的零位，保证卡尺两个量爪紧闭，作为零点Z0；同时，将所述位移传感器置零；

S5、根据所述卡尺的长度L，在所述计算机系统上输入需要检测的次数n和测量步距t，然后发送第一个检测点的位移命令进行定位；所述电机收到位移命令回复接收成功给所述计算机系统，并发送控制信号给所述电机，驱使电机开始按设定步距运动；移动完成后，所述电机发送移动完成命令给所述计算机系统；所述计算机系统收到移动完成命令后，将所述图像采集识别系统中采集到的图像和所述位移信号进行解析，分别得到所述图像包含的所述卡尺的当前示值Ci和所述位移信号包含的当前位移值Si，及其差值Vi＝Ci-Si，显示在所述计算机系统中的测量软件界面；准备进行下一个检测点的校验,直至所有检测点检测完成；反复检测n遍，得到n组位移数据，进行均值滤波，得到其平均值；所述的平均值是n组数据采用均值滤波法计算得到的，指将每个点的n个数据计算出平均值来代替测量值，最终得到一组平均值；

S6、由所述计算机系统将所述每次的测量结果和所述平均值进行保存，以备使用者做进一步处理；在本步骤中，所述测量结果为Vi，Ci，Si。