CN110715711A - 一种量筒的自动检定系统 - Google Patents

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范颖
张涛
崔越
郭景涛
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Abstract

本发明涉及一种量筒的自动检定系统，包括计算机、量筒系统检测软件、自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，计算机内安装有量筒系统检测软件，计算机通过数据线发送命令控制自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，其中，图像采集机构安装在运动机构上，运动机构能够带动图像采集机构移动。本系统能够通过视觉技术进行量筒液面位置识别，实时可靠的获得量筒内水形成的弯月面与目标刻线的位置关系，并根据位置关系控制水泵的开关、读取温湿度传感器数据等其他部分配合完成检定，检测速度快，检测精度高。

Description

一种量筒的自动检定系统
技术领域
本发明属于自动检定技术，具体是一种量筒的自动检定系统。
背景技术
量筒是用于计量液体体积的常用工具，量筒的计量准确度非常重要。现有对于量筒准确度的检定主要是依赖传统的人工检定方式。检定效率较低，工作强度大，而且会受到人工经验以及技术能力的影响，检定结果重复性差。
经过检索，未发现与本专利申请相同的已公开专利技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种设计合理、提高效率、准确度高、易于操作的量筒的自动检定系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种量筒的自动检定系统，其特征在于：包括计算机、量筒系统检测软件、自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，计算机内安装有量筒系统检测软件，计算机通过数据线发送命令控制自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，其中，图像采集机构安装在运动机构上，运动机构能够带动图像采集机构移动。
而且，量筒系统检测软件功能模块包括系统控制模块、称重模块、运动模块、加水模块、温湿度传感器模块、数据处理模块以及报告生成模块，系统控制模块依次连接有称重模块、移动模块、加水模块、温湿度读取模块、数据处理模块以及报告生成模块，
称重模块是称重机构的控制模块，移动模块是运动机构的控制模块，加水模块是自动注水机构的控制模块，温湿度传感器模块是温湿度传感器的信息读取及传输控制模块，数据处理模块用于对检定数据进行存储及计算，报告生成模块是将数据处理模块计算形成报告输出。
而且，加水模块包括快水泵加水控制模块以及慢水泵加水模块，快水泵加水控制模块是水泵的控制模块，慢水泵加水模块是蠕动泵的控制模块。
一种量筒的自动检定系统的检定方法，其特征在于：步骤如下：
(1)将系统接通电源，并开机；打开计算机中的控制界面，系统自动初始化模式；
(2)将待测量筒放到称重机构上，将量筒有刻度和数字的一面朝向相机镜头摆放，将水泵导管放入到量筒内预定刻线上侧3个刻线处；
称重机构测量此时量筒的质量，作为量筒初始质量值；
(3)点击控制界面检定开始按钮；
计算机控制图像采集机构获取图像，并处理该图像，获取目标刻度线的位置信息。根据该信息控制运动机构带动图像采集机构移动，使图像采集机构的视角与目标刻度线在同一水平面上；之后控制自动注水机构向量筒内注入纯净水，图像采集机构实时获取图像，分析图像获得量筒中水形成的弯月面的信息，并根据该信息实时控制自动注水机构，直到弯月面的最下端与目标刻线相切，自动注水机构停止工作；
(4)称重机构测量此时量筒的质量，并将数据反馈给计算机，与初始量筒重量值做差，得到注入纯净水的表观质量；
(5)计算机程序读取温湿度传感器数值；
系统通过查表法，获得该温湿度条件下的纯净水的密度值，根据公式，计算的到注入纯净水的体积，并将该数值存储到检定记录中；
(6)计算被检量筒在当前容量示值处的实际容量的误差值，与检定规程中所规定的最大允许误差进行比较，判定量筒是否合格。
(7)将测量结果和判定结果，形成报告输出，并将此份检定记录自动存储于计算机特定文件夹中。
而且，所述步骤(3)检测过程中进行图像处理，通过Blob分析配合光学OCR字符识别，消除环境光的影响以及相机畸变和量筒摆放姿态带来的影响，准确快速识别规定刻线；在确定液面过程中，使用特征向量训练配合分类器算法，能够识别加水过程中产生的气泡，并在气泡消失后再组合使用图像分割、特征提取等图像处理技术确定液面位置。
而且，所述步骤(6)的计算公式：
Figure RE-GDA0002308465870000021
其中：V为量筒在该点处的实际容量；
m为所加水的表观质量，由电子天平两次称量结果之差计算得到；
ρ为水的密度，根据测试环境下的温湿度值查表得到。
本发明的优点和积极效果是：
1、本系统采用机器视觉技术的量筒印刷字符识别和刻度识别，自动获取量筒印刷的刻度信息和量筒内液面位置信息，并通过光学字符识别技术(OCR)和Blob分析技术计算结果。
2、本系统通过视觉技术进行量筒液面位置识别，实时可靠的获得量筒内水形成的弯月面与目标刻线的位置关系，并根据位置关系控制水泵的开关、读取温湿度传感器数据等其他部分配合完成检定，检测速度快，检测精度高。
3、本系统通过采用量筒自动检定装置的控制和运动机构,针对不同量筒厂家和规格，使程序在各种情况下能够稳定运行。
4、经过试验本系统能够实现100ml，50ml，25ml，10ml等常用规格量筒的自动检定，并判断量筒是否合格。
附图说明
图1为本系统原理图；
图2为量筒系统检测软件功能模块示意图；
图3为本检定方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种量筒的自动检定系统，包括计算机、量筒系统检测软件、自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，计算机内安装有量筒系统检测软件，计算机通过数据线分别控制自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，其中，图像采集机构安装在运动机构上，运动机构能够带动图像采集机构移动。
称重机构、视觉采集机构以及温湿度传感器分别将实时检测的数据传输给计算机的量筒系统检测软件；该量筒系统检测软件控制自动注水机构、运动机构以及光源分别进行工作。
量筒自动检定装置的量筒系统检测软件，参见附图2所示，量筒系统检测软件功能模块连接示意图，具体包括：系统控制模块、称重模块、移动模块、加水模块、温湿度传感器模块、数据处理模块以及报告生成模块，系统控制模块依次连接有重模块、移动模块、加水模块、温湿度读取模块、数据处理模块以及报告生成模块。
称重模块是称重机构的控制模块，移动模块是运动机构的控制模块，加水模块是自动注水机构的控制模块，温湿度传感器模块是温湿度传感器的信息读取及传输控制模块，数据处理模块用于对检定数据进行存储及计算，报告生成模块是将降数据处理模块计算形成报告输出；
加水模块包括快水泵加水控制模块以及慢水泵加水模块，快水泵加水控制模块是水泵的控制模块，慢水泵加水模块是蠕动泵的控制模块。采用双泵的模式，两个泵用Y型水管连接。快水泵加水以实现最快速加水到预设刻度附近，慢水泵采用蠕动泵，实现精确滴定的目的。
移动模块中，有一个功能是控制加水导管的上、下移动。根据检定规程的要求，对于每一个量筒的检定是需要检定3个位置：1.总容量的1/10或者2/10；2.半容量；3.总容量。根据要检定的量筒的规格，在控制界面中点选此规格按钮，则系统自动测量规定的三个检定点，如下表所示。
量筒规格/mL 第一检定点/mL 第二检定点/mL 第三检定点/mL
10 2 5 10
25 5 12 25
50 10 25 50
100 10 50 100
第一个检定点测量结束后，移动模块控制加水导管向上移动，至下一个检定点再向上移动3个刻线(例如100mL量筒，下一个检定检定点是25mL刻线处，那么注水导管最下端移至28mL处)。最后一个检定点检定结束后，注水导管移出量筒。
光源使用尺寸为300mm*600mm的白色平行背光源，典型如科麦视觉科技有限公司的 KM-FLP150150-W-24型光源。
相机使用黑白130万像素工业相机配合镜头，典型如迈凯威视公司UB130M型相机和 MD0612-3MP镜头。
本系统测试步骤如下：
(1)将系统接通电源，并开机；打开计算机中的控制界面，系统自动初始化模式；
(2)将待测量筒放到称重机构上，将量筒有刻度和数字的一面朝向相机镜头摆放，将水泵导管放入到量筒内预定刻线上侧3个刻线处；
称重机构测量此时量筒的质量，作为量筒初始质量值；
(3)点击控制界面检定开始按钮；
计算机控制图像采集机构获取图像，并处理该图像，获取目标刻度线的位置信息。根据该信息控制运动机构带动图像采集机构异动，使图像采集机构的视角与目标刻度线在同一水平面上；之后控制自动注水机构向量筒内注入纯净水，图像采集机构实时获取图像，分析图像获得量筒中水形成的弯月面的信息，并根据该信息实时控制自动注水机构，直到弯月面的最下端(即月芽底端)与目标刻线相切，自动注水机构停止工作；
检测过程中进行图像处理，通过Blob分析配合光学OCR字符识别，消除环境光的影响以及相机畸变和量筒摆放姿态带来的影响，准确快速识别规定刻线；在确定液面过程中，使用特征向量训练配合分类器算法，能够识别加水过程中产生的气泡，并在气泡消失后再组合使用图像分割、特征提取等图像处理技术确定液面位置。
(4)称重机构测量此时量筒的质量，并将数据反馈给计算机，与初始量筒重量值做差，得到注入纯净水的表观质量；
(5)计算机程序读取温湿度传感器数值；
系统通过查表法，获得该温湿度条件下的纯净水的密度值，根据公式，计算的到注入纯净水的体积，并将该数值存储到检定记录中；
表1 1990年国际温标纯水密度表(kg/cm3)
Figure RE-GDA0002308465870000061
(6)计算被检量筒在当前容量示值处的实际容量的误差值，与检定规程中所规定的最大允许误差进行比较，判定量筒是否合格。
计算公式：
Figure RE-GDA0002308465870000062
其中：V为量筒在该点处的实际容量；
m为所加水的表观质量，由电子天平两次称量结果之差计算得到；
ρ为水的密度，根据测试环境下的温湿度值查表得到。检定依据JJG196-2006《常用玻璃量器计量检定规程》量筒计量要求，见表2。
表2 量筒计量要求一览表
Figure RE-GDA0002308465870000071
(7)将测量结果和判定结果，形成报告输出，并将此份检定记录自动存储于计算机特定文件夹中。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种量筒的自动检定系统，其特征在于：包括计算机、量筒系统检测软件、自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，计算机内安装有量筒系统检测软件，计算机通过数据线发送命令控制自动注水机构、称重机构、图像采集机构、运动机构、光源以及温湿度传感器，其中，图像采集机构安装在运动机构上，运动机构能够带动图像采集机构移动。
2.根据权利要求1所述的量筒的自动检定系统，其特征在于：量筒系统检测软件功能模块包括系统控制模块、称重模块、运动模块、加水模块、温湿度传感器模块、数据处理模块以及报告生成模块，系统控制模块依次连接有称重模块、移动模块、加水模块、温湿度读取模块、数据处理模块以及报告生成模块，
称重模块是称重机构的控制模块，移动模块是运动机构的控制模块，加水模块是自动注水机构的控制模块，温湿度传感器模块是温湿度传感器的信息读取及传输控制模块，数据处理模块用于对检定数据进行存储及计算，报告生成模块是将数据处理模块计算形成报告输出。
3.根据权利要求1所述的量筒的自动检定系统，其特征在于：加水模块包括快水泵加水控制模块以及慢水泵加水模块，快水泵加水控制模块是水泵的控制模块，慢水泵加水模块是蠕动泵的控制模块。
4.一种量筒的自动检定系统的检定方法，其特征在于：步骤如下：
(1)将系统接通电源，并开机；打开计算机中的控制界面，系统自动初始化模式；
(2)将待测量筒放到称重机构上，将量筒有刻度和数字的一面朝向相机镜头摆放，将水泵导管放入到量筒内预定刻线上侧3个刻线处；
称重机构测量此时量筒的质量，作为量筒初始质量值；
(3)点击控制界面检定开始按钮；
计算机控制图像采集机构获取图像，并处理该图像，获取目标刻度线的位置信息。根据该信息控制运动机构带动图像采集机构移动，使图像采集机构的视角与目标刻度线在同一水平面上；之后控制自动注水机构向量筒内注入纯净水，图像采集机构实时获取图像，分析图像获得量筒中水形成的弯月面的信息，并根据该信息实时控制自动注水机构，直到弯月面的最下端与目标刻线相切，自动注水机构停止工作；
(4)称重机构测量此时量筒的质量，并将数据反馈给计算机，与初始量筒重量值做差，得到注入纯净水的表观质量；
(5)计算机程序读取温湿度传感器数值；
系统通过查表法，获得该温湿度条件下的纯净水的密度值，根据公式，计算的到注入纯净水的体积，并将该数值存储到检定记录中；
(6)计算被检量筒在当前容量示值处的实际容量的误差值，与检定规程中所规定的最大允许误差进行比较，判定量筒是否合格。
(7)将测量结果和判定结果，形成报告输出，并将此份检定记录自动存储于计算机特定文件夹中。
5.根据权利要求4所述的量筒的自动检定系统的检定方法，其特征在于：所述步骤(3)检测过程中进行图像处理，通过Blob分析配合光学OCR字符识别，消除环境光的影响以及相机畸变和量筒摆放姿态带来的影响，准确快速识别规定刻线；在确定液面过程中，使用特征向量训练配合分类器算法，能够识别加水过程中产生的气泡，并在气泡消失后再组合使用图像分割、特征提取等图像处理技术确定液面位置。
6.根据权利要求4所述的量筒的自动检定系统的检定方法，其特征在于：所述步骤(6)的计算公式：
Figure FDA0002217545580000021
其中：V为量筒在该点处的实际容量；
m为所加水的表观质量，由电子天平两次称量结果之差计算得到；
ρ为水的密度，根据测试环境下的温湿度值查表得到。
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