CN112033250B - 一种钢直尺自动检定装置及检定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢直尺自动检定装置及检定方法，在检定钢直尺时，将待检钢直尺放置在检测底板上，控制器控制电机的转动方向和转动速度，电机驱动滚珠丝杆旋转带动相机移动架移动到采集图像处，信息处理模块获得相机采集的待检定钢直尺的图像和光栅尺的实时脉冲数据信息进行钢直尺量值的检定并输出检定结果，本发明利用相机无接触式的采集待检定钢直尺的图像和光栅尺测量的高精度位置信息，通过信息处理模块实现钢直尺量值误差全自动测量，且操作简单，测量过程中无需人工干预，可有效解决传统钢直尺量值误差的测量过程复杂、效率低下等问题，提高了钢直尺检定的工作效率。

Description

一种钢直尺自动检定装置及检定方法

技术领域

本发明属于钢直尺量值检定的技术领域，具体涉及一种钢直尺自动检定装置及检定方法。

背景技术

计量是质量提高的技术基础，是科技创新的基石。钢直尺作为最简单的一种长度测量工具，具有操作简单、适应性强等特点，广泛应用于日常生活、研究测试和工业加工生产中，其尺刻度示值准确度会对人们的生产和生产等产生重要影响，其测量值和准确与否直接关系到产品的质量是否合格，因此，为保证钢直尺量值的准确性，一般需要定期对钢直尺量值进行检定。现行国家计量检定规程JJG1-1999更是对钢直尺刻度量值提出了明确的检定要求：新制造和使用中的钢直尺需要定期送计量部门按照规程进行检定。

传统钢直尺量值误差的测量借助于光学显微镜、三等标准金属线纹等工具，通过人工目视检测的方式将被测直尺测量点刻线量值与三等标准金属线纹对应的值进行比较实现，该测量过程复杂、测量效率低下，且检测结果易受检测人员主观意识因素的影响，同时随着我国人工老龄化问题的加剧，人力成本也急剧提升。因此，研究钢直尺自动检定技术，对于推动钢直尺计量行业发展意义巨大。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种钢直尺自动检定装置及检定方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种钢直尺自动检定装置，包括检测底板、控制器、可正反转动的电机和信息处理模块，所述检测底板用于放置待检钢直尺，所述检测底板上方沿其长度方向设有检测支架，所述检测支架上设有光栅尺和与电机连接的滚珠丝杆，所述滚珠丝杆上设有相机移动架，所述相机移动架上设有相机和光源，所述相机用于拍摄待检钢直尺的图像，所述光源发出的光照射于待检钢直尺上，所述光栅尺和相机均与信息处理模块连接，所述控制器与电机连接控制所述电机的转动方向和转动速度，所述电机驱动滚珠丝杆旋转带动相机移动架在滚珠丝杆上水平往返移动，所述信息处理模块获得相机采集的图像信息和光栅尺的实时脉冲数据信息进行钢直尺的检定并输出检定结果。

作为进一步的改进，所述检测底板上的至少一端纵向设置有零点定位块，至少一侧横向设置有边界定位块，且所述边界定位块上设有可在边界定位块上纵向移动的边界定位滑块，所述零点定位块用于定位待检钢直尺的纵边，所述边界定位块和边界定位滑块用于定位待检钢直尺的横边。

作为进一步的改进，所述检测底板上设有定位磁体。

作为进一步的改进，所述光栅尺的左右两端分别设有霍尔传感器，所述霍尔传感器与控制器连接，当霍尔传感器被触发时，所述控制器控制所述电机停止转动或控制所述电机驱动相机移动架改变在滚珠丝杆上的移动轨迹。

本发明提供的一种钢直尺自动检定装置，包括检测底板、控制器、可正反转动的电机和信息处理模块，检测底板用于放置待检钢直尺，检测底板上方沿其长度方向设有检测支架，检测支架上设有光栅尺和与电机连接的滚珠丝杆，滚珠丝杆上设有相机移动架，相机移动架上设有相机和光源，相机用于拍摄待检钢直尺的图像，光源发出的光照射于待检钢直尺上，光栅尺和相机均与信息处理模块连接，控制器与电机连接控制电机的转动方向和转动速度，电机驱动滚珠丝杆旋转带动相机移动架在滚珠丝杆上水平往返移动，信息处理模块获得相机采集的图像信息和光栅尺的实时脉冲数据信息进行钢直尺的检定并输出检定结果。在检定钢直尺时，将待检钢直尺放置在检测底板上，控制器控制电机的转动方向和转动速度，电机驱动滚珠丝杆旋转带动相机移动架移动到采集图像处，信息处理模块获得相机采集的待检定钢直尺的图像和光栅尺的实时脉冲数据信息进行钢直尺量值的检定并输出检定结果，本发明利用相机无接触式的采集待检定钢直尺的图像和光栅尺测量的高精度位置信息，通过信息处理模块实现钢直尺量值误差全自动测量，且操作简单，测量过程中无需人工干预，可有效解决传统钢直尺量值误差的测量过程复杂、效率低下等问题，提高钢直尺检定的工作效率。

本发明提供的一种包括上述任一项所述的一种钢直尺自动检定装置进一步改进进行的钢直尺自动检定方法，检定方法包括如下步骤：

S1、将待检钢直尺置于检测底板上，通过相机采集待检钢直尺的待检图像，并将待检图像传输至信息处理模块中，同时，利用光栅尺实时输出脉冲数据信息，并实时输出的脉冲数据信息传输至信息处理模块中；

S2、信息处理模块从待检图像中获得检测区域图像；

S3、通过先验知识区分检测区域图像的刻度线区域图像和文字区域图像；

S4、对刻度线区域图像采用投影极值检测方法获得刻度线区域图像的检测结果，对文字区域图像采用模板匹配方法获得文字区域图像的字符识别结果；

S5、融合刻度线区域图像的检测结果和文字区域图像的字符识别结果，并结合光栅尺实时输出的脉冲数据信息，计算并输出刻度线检定结果。

作为进一步的改进，所述S4步骤中，投影极值检测方法具体是：

S411、以刻度线区域图像为输入；

S412、对刻度线区域图像进行竖直方向灰度投影均值曲线；

S413、对灰度投影均值曲线进行均值滤波处理，得到均值滤波信号；

S414、对均值滤波信号进行多项式拟合处理去除基波信号，得到拟合曲线；

S415、计算均值滤波信号与拟合曲线差值作为检测曲线，获取检测曲线波谷位置作为最终检测结果；

S416、刻度线区域图像与最终检测结果对应并输出刻度线区域图像的检测结果。

作为进一步的改进，所述S3步骤中，模板匹配方法包括获取字符模板和将文字区域图像与字符模板进行匹配识别两个过程。

作为进一步的改进，所述获取字符模板包括如下步骤：

S421、获取信息处理模块中储存的多张钢直尺标准图像；

S422、根据先验知识对多张钢直尺标准图像的字符高度和宽度识别区分出钢直尺标准图像的标准字符图像，并对多张标准字符图像进行字符粗定位；

S423、分别对进行字符粗定位后的多张标准字符图像进行精准定位；

S424、分别对多张精确定位后的标准字符图像进行二值分割和连通域分析，得到多张字符分割后的标准字符图像，并分别将其缩放到统一标准的尺寸；

S425、对多张标准字符图像上的同一字符，分别分析得出该字符的区域像素均值作为字符模板。

作为进一步的改进，所述将文字区域图像与字符模板进行匹配识别，包括如下步骤：

S431、以检测区域图像为输入；

S432、对文字区域图像的每个字符进行字符粗定位；

S433、对字符粗定位后的文字区域图像进行字符精准定位；

S434、对精准定位后的文字区域图像进行二值分割和连通域分析以得到字符分割后的文字区域图像；

S435、对字符分割后的文字区域图像进行尺度标准化处理；

S436、标准化处理后的文字区域图像与字符模板进行匹配识别，并输出识别结果。

作为进一步的改进，所述S1步骤中，所述相机采集待检钢直尺上的多处待检图像时，所述控制器控制所述电机驱动相机移动架在滚珠丝杆上移动，直至待检钢直尺上每一处被检测时，相机位于其的正上方。

本发明提供的一种钢直尺自动检定方法，由于采用了上述技术内容，其应当具有一种钢直尺自动检定装置相同或相应的技术效果，因此不再进行赘述。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明一种钢直尺自动检定装置的结构示意图。

图2为本发明一种钢直尺自动检定方法的流程示意图。

图3为本发明一种钢直尺自动检定方法的投影极值检测方法的效果图。

图4为本发明一种钢直尺自动检定方法的模板匹配方法的效果图。

图5为本发明一种钢直尺自动检定方法的检测底板上多采集点的示意图。

图中：1，检测底板；2，控制器；3，电机；4，检测支架；5，滚珠丝杆；6，相机移动架；7，光栅尺；8，霍尔传感器；10，定位磁体；61，相机；62，光源；91，零点定位块；92，边界定位块；93，边界定位滑块。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1所示，本发明实施例提供一种钢直尺自动检定装置，包括检测底板1、控制器2、可正反转动的电机3和信息处理模块，检测底板1用于放置待检钢直尺，检测底板1可结合实际操作需求设置在检测台上，本实施例中，检测底板1上的至少一端纵向设置有零点定位块91，至少一侧横向设置有边界定位块92，且边界定位块92上设有可在边界定位块92上纵向移动的边界定位滑块93，零点定位块91用于定位待检钢直尺的纵边，边界定位块92和边界定位滑块93用于定位待检钢直尺的横边，使检测底板1上可以适应不同宽度的待检定钢直尺，根据测量的待检定钢直尺的宽窄，纵向移动边界定位滑块93在边界定位块92上的位置，来定位待检钢直尺的横边，保证了待检定钢直尺的平整度。优选的，在检测底板1上设有定位磁体10，检测底板1上的定位磁体10可根据情况间隔设置多块，定位磁体10与待检定钢直尺相吸，防止在检定过程中，待检钢直尺在检测底板1上的移动，而导致多次检定结果产生误差，同时保证待检定钢直尺水平放置。

检测底板1上方沿其长度方向设有检测支架4，检测支架4上设有光栅尺7和与电机3连接的滚珠丝杆5，滚珠丝杆5上设有相机移动架6。光栅尺7又称光栅尺位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点，测量输出的信号为数字脉冲。检测支架4的长度比光栅尺7的长度要略长，相机移动架6上设有相机61和光源62，相机61用于拍摄待检钢直尺的图像，光源62发出的光照射于待检钢直尺上，光栅尺7和相机61均与信息处理模块连接，控制器2与电机3连接控制电机3的转动速度和转动方向，电机3驱动滚珠丝杆5旋转带动相机移动架6水平往返移动。本实施例中，电机3的输出轴与驱动滚珠丝杆5的一端固定连接，通过电机3的传动使滚珠丝杆5将回转运动转化为直线运动，电机3正方向或反方向转动时，驱动滚珠丝杆5旋转，使设于驱动滚珠丝杆5上的相机移动架6可在滚珠丝杆5上水平往返移动，光栅尺7测量相机移动架6的位移并实时输出对应的脉冲数据信息，相机61采集待检钢直尺的待检图像，然后通过信息处理模块获取相机61采集的图像信息和光栅尺7的实时脉冲数据信息进行钢直尺的检定并输出检定结果。

需要说明的是，检测支架4的上方还可设有护罩，护罩可以减少护罩外的自然光和环境光对相机采集检测底板1上待检定钢直尺的图像时造成的干扰。同时护罩内还可设有条形光源，条形光源安装在被测钢直尺的上方，使检测底板上的光照效果更佳。

作为进一步优选的实施方式，光栅尺7的左右两端分别设有霍尔传感器8，霍尔传感器8与控制器2连接，本实施例中，霍尔传感器8是霍尔开关传感器传感器，相机移动架6为导体，当相机移动架6移动到接近霍尔传感器8时，相机移动架6与霍尔传感器8产生霍尔效应，霍尔传感器8被触发，控制器2控制电机3停止转动或控制电机3驱动相机移动架6改变在滚珠丝杆5上的移动轨迹，避免异常操作时，相机移动架移动到滚珠丝杆5两端的极限位置，起到限位保护的作用。

结合图2所示，本发明实施例还提供一种如上述一种钢直尺自动检定装置进行的钢直尺自动检定方法，检定方法包括如下步骤：

S1、将待检钢直尺置于检测底板1上，通过相机61采集待检钢直尺的待检图像，并将待检图像传输至信息处理模块中，同时，利用光栅尺7实时输出脉冲数据信息，并实时输出的脉冲数据信息传输至信息处理模块中。

S2、信息处理模块从待检图像中获得检测区域图像；

S3、通过先验知识区分检测区域图像的刻度线区域图像和文字区域图像。

S4、对刻度线区域图像采用投影极值检测方法获得刻度线区域图像的检测结果，削弱了刻度线区域图像在相机61采集时因光照不均对待检钢直尺定位造成的不利影响，提高刻度线检测的准确性，结合图3所示，投影极值检测方法具体是：

S411、以刻度线区域图像为输入；

S412、对刻度线区域图像进行竖直方向灰度投影均值曲线；

S413、对灰度投影均值曲线进行均值滤波处理，得到均值滤波信号，主要是对灰度投影均值曲线采用中值滤波并选择适当滤波模板尺度抑制噪声干扰，保证了获取的极值唯一且尽量位于刻度线中间，其中的中值滤波模板尺度为获取的以图3中1-3倍毫米像素宽度时，滤波效果较优；

S414、对均值滤波信号进行多项式拟合处理去除基波信号，得到拟合曲线，此步骤主要是为避免光照不均影响刻度线检测的准确性，其中采用一元五次多项式拟合效果为优。

S415、计算均值滤波信号与拟合曲线差值作为检测曲线，获取检测曲线波谷位置作为最终检测结果；

S416、刻度线区域图像与最终检测结果对应并输出刻度线区域图像的检测结果。

结合图4所示，本步骤再对文字区域图像采用模板匹配方法获得文字区域图像的字符识别结果，模板匹配方法包括获取字符模板和将文字区域图像与字符模板进行匹配识别两个过程。获取字符模板包括如下步骤：

S421、获取信息处理模块中储存的多张钢直尺标准图像；

S422、根据先验知识对多张钢直尺标准图像的字符高度和宽度识别区分出钢直尺标准图像的标准字符图像，并对多张标准字符图像进行字符粗定位；

S423、分别对进行字符粗定位后的多张标准字符图像进行精准定位，以缩小各标准字符图像的字符区域；

S424、分别对多张精准定位后的标准字符图像进行二值分割和连通域分析，对标准字符图像进行二值分割是将标准字符图像上像素点的灰度值设置为0或255，使标准字符图像呈现出明显的黑白效果，减少标准字符图像中的数据量，凸显出字符的轮廓。连通区域分析将标准字符图像经过二值分割后具有相同像素值且位置相邻的前景像素点组成的各个图像区域找出并标记，得到多张字符分割后的标准字符图像，并分别将其缩放到统一标准的尺寸；

S425、对多张标准字符图像上的同一字符，分别分析得出该字符的区域像素均值作为字符模板。

本步骤中，将文字区域图像与字符模板进行匹配识别，包括如下步骤：

S431、以检测区域图像为输入；

S432、对文字区域图像的每个字符进行字符粗定位；

S433、对字符粗定位后的文字区域图像进行字符精准定位；

S434、对精准定位后的文字区域图像进行二值分割和连通域分析以得到字符分割后的文字区域图像；

S435、对字符分割后的文字区域图像进行尺度标准化处理；

S436、标准化处理后的文字区域图像与字符模板进行匹配识别，并输出识别结果。

S5、融合刻度线区域图像的检测结果和文字区域图像的字符识别结果，并结合光栅尺实时输出的脉冲数据信息，计算并输出刻度线检定结果，具体的，先利用刻度线区域图像的检测结果和文字区域图像的字符识别结果区分检测区域图像的厘米刻度位置；再根据厘米刻度位置、刻度线区域图像的检测结果和光栅尺的实时脉冲数据信息获得实际测量的待检定钢直尺刻度线位置，然后，根据刻度线位置计算实际测量的待检定钢直尺刻度线和先验知识的标准钢直尺刻度线之间的误差并输出刻度线检定结果。

作为进一步优选的实施方式，S1步骤中，为保证检定的准确性，相机移动架6上的相机61采集待检钢直尺上的多处待检图像时，所述控制器2控制所述电机3驱动相机移动架6在滚珠丝杆5上移动，直至待检钢直尺上每一处被检测时，相机61位于其的正上方。避免相机61在检测底板1上多处采集待检钢直尺的待检图像时，相机移动架6在检测支架4上朝同一个方向移动，存在运动惯性，而使多处采集的待检图像存在累计误差较大影响检定结果准确性的问题，可以进一步提高检定方法的检定精准度。

本实施例中，结合图5所示，相机61从钢直尺检测位上分别采集了四个地方的待检定钢直尺的待检图像，四个采集点依钢直尺检测位长度方向分别为A、B、C、D，相机61采集四个采集点的顺序和轨迹是：

1）相机首先获得第一个采集点A的待检图像；

2）控制器2控制电机3驱动相机移动架6在检测支架4上往右移动到采集点B的上方，使相机获得采集点B的待检图像；

3）控制器2控制电机3驱动相机移动架6在检测支架4上往右移动到采集点C的上方，使相机获得采集点C的待检图像；

4）控制器2控制电机3驱动相机移动架6在检测支架4上往右移动到采集点D的上方，使相机获得采集点D的待检图像；

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种钢直尺自动检定方法，其特征在于，所述钢直尺自动检定方法所采用的检定装置包括检测底板（1）、控制器（2）、可正反转动的电机（3）和信息处理模块，所述检测底板（1）用于放置待检钢直尺，所述检测底板（1）上方沿其长度方向设有检测支架（4），所述检测支架（4）上设有光栅尺（7）和与电机（3）连接的滚珠丝杆（5），所述滚珠丝杆（5）上设有相机移动架（6），所述相机移动架（6）上设有相机（61）和光源（62），所述相机（61）用于拍摄待检钢直尺的图像，所述光源（62）发出的光照射于待检钢直尺上，所述光栅尺（7）和相机（61）均与信息处理模块连接，所述控制器（2）与电机（3）连接控制所述电机（3）的转动方向和转动速度，所述电机（3）驱动滚珠丝杆（5）旋转带动相机移动架（6）在滚珠丝杆（5）上水平往返移动，所述信息处理模块获取相机（61）采集的图像信息和光栅尺（7）的实时脉冲数据信息进行钢直尺的检定并输出检定结果，所述检测底板（1）上的至少一端纵向设置有零点定位块（91），至少一侧横向设置有边界定位块（92），且所述边界定位块（92）上设有可在边界定位块（92）上纵向移动的边界定位滑块（93），所述零点定位块（91）用于定位待检钢直尺的纵边，所述边界定位块（92）和边界定位滑块（93）用于定位待检钢直尺的横边，所述检测底板（1）上设有定位磁体（10），检测支架（4）上方设有护罩，光源（62）为环形光源，且在被测钢直尺正上方还安装有条形光源，环形光源和条形光源均设于护罩内部，所述检定方法具体包括如下步骤：

S1、将待检钢直尺置于检测底板（1）上，通过相机（61）采集待检钢直尺的待检图像，并将待检图像传输至信息处理模块中，同时，利用光栅尺（7）实时输出脉冲数据信息，并实时输出的脉冲数据信息传输至信息处理模块中，所述相机（61）采集待检钢直尺上的多处待检图像时，所述控制器（2）控制所述电机（3）驱动相机移动架（6）在滚珠丝杆（5）上移动，直至待检钢直尺上每一处被检测时，相机（61）位于其的正上方；

S2、信息处理模块从待检图像中获取检测区域图像；

S3、通过先验知识区分检测区域图像的刻度线区域图像和文字区域图像；

S4、对刻度线区域图像采用投影极值检测方法获得刻度线区域图像的检测结果，对文字区域图像采用模板匹配方法获得文字区域图像的字符识别结果，其中投影极值检测方法具体是：

S411、以刻度线区域图像为输入；

S412、对刻度线区域图像进行竖直方向灰度投影均值曲线；

S413、对灰度投影均值曲线进行均值滤波处理，得到均值滤波信号；

S414、对均值滤波信号进行多项式拟合处理去除基波信号，得到拟合曲线；

S415、计算均值滤波信号与拟合曲线的差值，将所述差值作为检测曲线，获取检测曲线波谷位置作为最终检测结果；

S416、刻度线区域图像与最终检测结果对应，并输出刻度线区域图像的最终检测结果；

S5、融合刻度线区域图像的检测结果和文字区域图像的字符识别结果，并结合光栅尺实时输出的脉冲数据信息，计算并输出刻度线检定结果。

2.如权利要求1所述的一种钢直尺自动检定方法，其特征在于，所述光栅尺（7）的左右两端分别设有霍尔传感器（8），所述霍尔传感器（8）与控制器（2）连接，当霍尔传感器（8）被触发时，所述控制器（2）控制所述电机（3）停止转动或控制所述电机（3）驱动相机移动架（6）改变在滚珠丝杆（5）上的移动轨迹。

3.如权利要求2所述的一种钢直尺自动检定方法，其特征在于，所述S4步骤中，模板匹配方法包括获取字符模板和将文字区域图像与字符模板进行匹配识别两个过程。

4.如权利要求3所述的一种钢直尺自动检定方法，其特征在于，所述获取字符模板包括如下步骤：

S421、获取信息处理模块中储存的多张钢直尺标准图像；

S422、根据先验知识对多张钢直尺标准图像的字符高度和宽度识别区分出钢直尺标准图像的标准字符图像，并对多张标准字符图像进行字符粗定位；

S423、分别对进行字符粗定位后的多张标准字符图像进行精准定位；

S424、分别对多张精确定位后的标准字符图像进行二值分割和连通域分析，得到多张字符分割后的标准字符图像，并分别将其缩放到统一标准的尺寸；

S425、对多张标准字符图像上的同一字符，分别分析得出该字符的区域像素均值作为字符模板。

5.如权利要求4所述的一种钢直尺自动检定方法，其特征在于，所述将文字区域图像与字符模板进行匹配识别，包括如下步骤：

S431、以文字区域图像为输入；

S432、对文字区域图像的每个字符进行字符粗定位；

S433、对字符粗定位后的文字区域图像进行字符精准定位；

S434、对精准定位后的文字区域图像进行二值分割和连通域分析以得到字符分割后的文字区域图像；

S435、对字符分割后的文字区域图像进行尺度标准化处理；

S436、标准化处理后的文字区域图像与字符模板进行匹配识别，并输出识别结果。

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