CN110044448A - 一种玻璃量器容量自动检定装置及其检定方法 - Google Patents

Abstract

一种玻璃量器容量自动检定装置及其检定方法，所述检测装置的龙门架主框架是由双立柱及横梁构成，待检玻璃量器的顶端与气体控制管路的出口连通、底端与大气连通，龙门架的左立柱与第一丝杆步进电机连接、右立柱与第二丝杆步进电机连接、横梁与第三丝杆步进电机连接；所述检测方法是对将采集的图像进行预处理；对预处理后的图像进行图像分割；对分割后的图像进行二值化；统计二值图像在竖直方向上投影的黑色像素数量；判断是否大于阈值，本发明自动检定重复性好，成本低，检测精度和检测效率高。

Description

一种玻璃量器容量自动检定装置及其检定方法

技术领域

本发明属于自动化检测技术领域，涉及一种玻璃量器的容量自动检定装置与检定方法。

背景技术

吸量管作为一种精密液体计量仪器，在各类分析实验中使用非常普遍，其量值是否可靠，直接影响分析测试结果的准确性。为保证液体计量准确，需基于衡量法，由人工对其进行检测，这是目前最可靠和准确的检定方法，由于这个原因，玻璃量器自动化的检定过程长期受到限制。近些年来，玻璃量器的产量加大，检定需求变大，原有的人工检测方法已不能满足计量院对于检定效率与精度的要求，如何实现高精度、自动化检定引起了计量院等检定机构的重视。根据《JJG 196-2006常用玻璃量器》，对于玻璃量器的检定方法有衡量法和容量比较法，其中衡量法是根据玻璃量器所盛纯水的质量和密度，换算出玻璃量器在标准温度20℃时的实际容量。而容量比较法是将被检玻璃量器的容量与标准玻璃量器的容量进行比较。观察被检玻璃量器的容量示值是否在允差范围内。

由于容量比较法人力成本大、工作量大、效率低下，且不具有良好的重复性。因此在实际的检定中，通常采用衡量法，工作效率有所提高、劳动强度有所下降。

目前，由人工采用衡量法对玻璃量器进行检定的方法存在以下几个问题。

（1） 易造成人为误差，不具有良好的重复性且效率低、劳动强度大。

（2）需要手动记录天平质量和温度，并进行容量换算，出错风险大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，其目的是提供一种玻璃量器的容量自动检定装置与检定方法。

玻璃量器的容量自动检定装置包括上位机、图像采集设备、光源、第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一丝杆步进电机、第二丝杆步进电机、第三丝杆步进电机、温度传感器、硅胶软管、水池、夹具及龙门架。

龙门架主框架由双立柱及横梁构成，待检玻璃量器的顶端与气体控制管路的出口连接，待检玻璃量器的底端与大气连通，龙门架的左立柱与第一丝杆步进电机连接，龙门架的右立柱与第二丝杆步进电机连接，龙门架的横梁与第三丝杆步进电机连接。

所述的气体控制管路由硅胶软管、第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀组成，第一蠕动泵、第二蠕动泵入口与大气连通，第一蠕动泵的出口与第一电磁阀的入口连接，第二蠕动泵的出口与第二电磁阀的入口连接，第三电磁阀的入口与大气连通，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的出口与硅胶软管的入口连接，硅胶软管的出口与待检玻璃量器的顶部连接。

装置前方安装图像采集设备，后方安装光源。图像采集设备实时采集图像，通过以太网输送至上位机，上位机通过图像识别判断玻璃量器内的液位信息。

利用上述玻璃量器容量自动检定装置进行检定的方法：

将待检玻璃量器通过夹具固定于龙门架横梁，启动第一丝杆步进电机和第二丝杆步进电机，待检玻璃量器下移至底部伸入水池；打开第一电磁阀与第一蠕动泵，气体控制管路的气压减小，玻璃量器内的液面上升；通过控制第一蠕动泵一秒内的通电时间获得合适的抽水速度；当液面经过待检刻度线时，关闭第一电磁阀与第一蠕动泵，打开第二电磁阀与第二蠕动泵，气体控制管路的气压升高，玻璃量器内的液面下降；通过控制第二蠕动泵一秒内的通电时间获得合适的放水速度；当凹液面最底端与待检刻度线相切时，关闭第二电磁阀与第二蠕动泵；启动第一丝杆步进电机与第二丝杆步进电机，待检玻璃量器移动至分析天平上方；打开第三电磁阀，气体控制管路与大气连通，待检玻璃量器管内液体流出至分析天平，读取天平质量并保存，检定结束。

本发明能对玻璃量器进行自动检定，降低了人力成本，避免了人为误差，检测精度高，具有良好的重复性，提高了检定效率与可靠性。

附图说明

图1是本发明中检定装置的结构示意图。

图2是本发明中STM32单片机的连接示意图。

图3是本发明中检定流程图。

图4是本发明中上位机软件界面图。

图中：1、龙门架，2-1、第一丝杆步进电机，2-2、第二丝杆步进电机，2-3、第三丝杆步进电机，3-1、第一蠕动泵，3-2、第二蠕动泵，4-1、第一电磁阀，4-2、第二电磁阀，4-3、第三电磁阀，5、硅胶软管，6、玻璃量器，7、水池，8、温度传感器，9、图像采集设备，10、夹具，11、光源。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如附图1所示，玻璃量器通过夹具10固定，第一丝杆步进电机2-1和第二丝杆步进电机2-2可以控制玻璃量器的竖直位置，第三丝杆步进电机2-3可以控制玻璃量器的水平位置。抽水时，玻璃量器6下移至底部伸入水池，打开第一电磁阀4-1与第一蠕动泵3-1，当抽水速度较慢时，第一蠕动泵3-1一秒内的通电时间较短；当抽水速度较快时，第一蠕动泵3-1一秒内的通电时间较长。放水时，打开第二电磁阀4-2与第二蠕动泵3-2，当放水速度较慢时，第二蠕动泵3-2一秒内的通电时间较短；当放水速度较快时，第二蠕动泵3-2一秒内的通电时间较长。检定过程中，通过图像采集设备9获取玻璃量器中的液面位置，通过光源11提供稳定光照，通过温度传感器8测量温度值，获取检定所需的实验数据，完成对玻璃量器容量的检定。

如附图2所示，玻璃量器的容量自动检定装置采用PC作为上位机、单片机作为下位机的形式，这样保证了数据采集和控制的实时性和可靠性。STM32单片机采用超低功耗的ARM Cortex-M4处理器内核，具有3个16通道12位的us级的A/D转换器和2通道12位D/A转换器，提供112个I/O端口，11个定时器和13个通信接口，通过RS-485通信口与计算机相连。

在该系统中，主要采集的数据为温度信号，温度传感器是将温度信号转换为电压信号，是标准的5-30mV信号，需要电压调理电路将所测电压值转化为0～3.3V，输入电压通过STM32的A/D转换模块转换为16位数字量，该模块具有12位分辨率。

在该系统中，需要控制的是蠕动泵、电磁阀、步进电机，对三者的控制主要通过开关量控制，通过I/O口继电器输出进行控制，12V DC隔离输出，达到控制蠕动泵、电磁阀、步进电机开启和关闭的目的。

如附图4所示是上位机的软件界面，左侧有窗口可以实时显示图像采集设备的画面，蓝线表示手动标定的刻线位置，绿框表示待鉴定区域，只有液面进入此区域才进行检测，红线表示识别到的液面，绿框中的蓝色矩形框表示待检灰度变化区域，对液面的检测分为抽水过程的检测与放水过程的检测，在抽水过程中，液面形状形态不一，很多时候没有凹液面，只有一条透明的带状区域，所以采用检验灰度变化的方式，当检测到蓝色矩形框中的灰度变化时即认为有液面经过；在放水过程中，通过图像处理的方式得到凹液面的位置并在图中以红线画出，计算红线与蓝线的坐标差，对第二蠕动泵做PID控制，距离越接近则通电时间越小，放水速度越慢，当凹液面与刻度线刚好相切时，关闭第二蠕动泵与第二电磁阀。

如附图3所示是采用本装置进行自动检定的流程图。通过本地PC打开上位机软件，进入自动检定功能页面，选择待检玻璃量器的型号和检定点，系统会从数据库中读取此型号玻璃量器对应的参数，包括第一蠕动泵的通电时间参数、第二蠕动泵的通电时间参数、第一丝杆步进电机和第二丝杆步进电机的位置参数等。

完成型号的选择后，进入玻璃量器的自动检定过程，根据衡量法的检定规程，程序将按照检定规程的步骤完成整个检定规程。

检定完成后可选择将检测结果导出EXCLE表格，也可选择再次检定或退出程序，退出程序前，会自动进行蠕动泵、电磁阀的关闭以及步进电机的复位。

Claims (5)

1.一种玻璃量器容量自动检定装置，包括上位机、图像采集设备、光源、第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一丝杆步进电机、第二丝杆步进电机、第三丝杆步进电机、控制器、温度传感器、硅胶软管、水池、夹具及龙门架，其特征在于：

龙门架主框架由双立柱及横梁构成，待检玻璃量器的顶端与气体控制管路的出口连通、底端与大气连通，龙门架的左立柱与第一丝杆步进电机连接、右立柱与第二丝杆步进电机连接、横梁与第三丝杆步进电机连接；

所述气体控制管路是由硅胶软管、第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀构成，其中：第一蠕动泵、第二蠕动泵入口与大气连通，第一蠕动泵的出口与第一电磁阀的入口连通，第二蠕动泵的出口与第二电磁阀的入口连通，第三电磁阀的入口与大气连通，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的出口与硅胶软管的入口连通，硅胶软管的出口与待检玻璃量器的顶部连接；

装置前方安装图像采集设备，后方安装光源；

图像采集设备实时采集图像，通过以太网输送至上位机，上位机通过图像识别检测玻璃量器内的液位信息。

2.如权利要求1所述的一种玻璃量器容量自动检定装置，其特征在于：所述的图像采集设备由摄像机组成，摄像机采用8mm镜头，分辨率1280×960。

3.如权利要求1所述的一种玻璃量器容量自动检定装置，其特征在于：所述的光源由长方形LED灯板组成。

4.一种用于如权利要求1中所述的上位机通过图像识别检测玻璃量器内的液位信息的检测方法，其特征在于，所述检测方法是按下列步骤进行的：

（1）将采集的图像进行预处理，包括灰度化、形态学处理；

（2）对预处理后的图像进行图像分割，只保留玻璃量器所在位置的图像；

（3）对分割后的图像进行二值化，得到仅有黑白颜色的图像；

（4）统计二值图像在竖直方向上投影的黑色像素数量；

（5）判断是否大于阈值，如果大于则是液面，反之不是。

5.一种用于如权利要求1所述的玻璃量器容量自动检定装置的检定方法，其特征在于：所述检定方法是按下列步骤进行的：

（1）将待检玻璃量器通过夹具固定于龙门架横梁；

（2）启动第一丝杆步进电机和第二丝杆步进电机，待检玻璃量器下移至底部伸入水池；

（3）打开第一电磁阀与第一蠕动泵，气体控制管路的气压减小，玻璃量器内的液面上升，通过控制第一蠕动泵一秒内的通电时间获得合适的抽水速度；

（4）当液面经过待检刻度线时，关闭第一电磁阀与第一蠕动泵；

（5）打开第二电磁阀与第二蠕动泵，气体控制管路的气压升高，玻璃量器内的液面下降，通过控制第二蠕动泵一秒内的通电时间获得合适的放水速度；

（6）当凹液面最底端与待检刻度线相切时，关闭第二电磁阀与第二蠕动泵；

（7）启动第一丝杆步进电机、第二丝杆步进电机和第三丝杆步进电机，待检玻璃量器移动至分析天平上方；

（8）打开第三电磁阀，气体控制管路与大气连通，待检玻璃量器管内液体流出至分析天平；

（9）读取天平质量并保存，检定结束。