CN114563942A - 一种钟表三指针平行度测量方法、设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钟表三指针平行度测量方法、设备、存储介质，涉及钟表检测技术领域；所述方法用于钟表三指针平行度测量；所述方法具体包括：三指针标定板标校以及固定待测表盘；建立表盘指针轮廓图像；测量待测表盘上三指针的平行度；本发明采用软硬件结合的方式填补了钟表指针平行度检测的空白；克服传统人工检测效率低、速度慢、受主观影响精度低、信息不易集成、人力成本较高的问题，实现钟表指针平行度的在线自动测量与质量判定；推动和提高行业技术创新制造能力和检测技术含量，攻克产业共性关键技术，突破瓶颈制约，提升核心竞争力，使产品可靠性和稳定性接近国际同类产品水平，对提高国产钟表市场占有率具有重要的社会意义和显著的经济意义。
Description
技术领域
本发明涉及钟表检测技术领域，特别涉及一种钟表三指针平行度测量方法、设备、存储介质。
背景技术
钟表行业是高精密机械与信息技术相结合的先进制造业，其特有的精密制造技术和精确计时产品不仅与人民的生活密切相关，而且长期服务于航天、航空、国防、核电、高铁、电力等各个高精尖领域，为国民经济发展和国家重点工程作出了重要贡献。指针平行度测量目前基本上没有适用测量设备，有能力的一些企业采取人工目视，按一定比例抽检，耗时耗力，测量精度低，且易受人为主观影响，易使检验人员疲劳、误判。因此申请人提出一种钟表三指针平行度测量方法。
发明内容
(一)技术方案
本发明通过如下技术方案实现：一种钟表三指针平行度测量方法，所述方法用于钟表三指针平行度测量；所述方法具体包括：
三指针标定板标校以及固定待测表盘；
建立表盘指针轮廓图像；
测量待测表盘上三指针的平行度。
作为上述方案的进一步说明，所述标定板包括：
玻璃板；
刻画于玻璃板的表盘轮廓；
刻画于表盘轮廓上方的第一指针直线；
刻画于第一指针直线上方的第二指针直线；
刻画于第二指针直线上方的第三指针直线。
作为上述方案的进一步说明，所述玻璃板均匀性等级为4级；
所述玻璃板双折射等级为3级；
所述玻璃板光吸收率等级为4级；
所述玻璃板条纹度等级为1C级；
所述玻璃板气泡度等级为1C级。
作为上述方案的进一步说明，所述玻璃板的尺寸为长宽高 50mm*20mm*1mm；
所述表盘轮廓的尺寸为长宽40mm*8mm；
所述表盘轮廓上端直线镀有黑铬；
所述第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线表面镀有黑铬；
所述第一指针直线长度为13mm；
所述第二指针直线长度为15mm；
所述第三指针直线长度为17mm；
所述表盘轮廓上端直线、第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线之间相邻间隔为0±0.1mm；
所述表盘轮廓上端直线、第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线的直线夹角精度为±1′。
作为上述方案的进一步说明，所述三指针标定板标校具体的包括如下步骤：
检测系统装配调试；
显微镜对标定板精度进行标检；
检测系统对标定板进行测量；
结果比对。
作为上述方案的进一步说明，所述建立表盘指针轮廓图像具体的包括如下步骤：
指针图像采集；
指针图像预处理，指针图像特征提取。
作为上述方案的进一步说明，所述指针图像预处理，指针图像特征识别包括如下步骤：
指针图像降噪；
指针图像对比度增强；
指针图像分割；
指针图像边缘提取；
指针特征信息识别。
作为上述方案的进一步说明，所述指针特征信息识别具体的包括如下步骤：
指针图像边缘去脏点处理；
靶标拟合；
获取轮廓信息。
本发明还提出一种钟表三指针平行度测量设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现所述一种钟表三指针平行度测量方法。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述一种钟表三指针平行度测量方法。
(三)有益效果
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明采用软硬件结合的方式填补了现有技术中钟表指针平行度检测的空白；克服传统人工检测效率低、速度慢、受主观影响精度低、信息不易集成、人力成本较高的问题，实现钟表指针平行度的在线自动测量与质量判定；推动和提高行业技术创新制造能力和检测技术含量，攻克产业共性关键技术，突破瓶颈制约，提升核心竞争力，使产品可靠性和稳定性接近国际同类产品水平，对提高国产钟表市场占有率具有重要的社会意义和显著的经济意义。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为发明方法流程示意图；
图2为实施例中所述的三指针标定板；
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，一种钟表三指针平行度测量方法，所述方法具体包括：
三指针标定板标校以及固定待测表盘；
建立表盘指针轮廓图像；所述建立表盘指针轮廓图像具体的包括如下步骤：
指针图像采集；需要进一步说明的是，为了能够准确、实时地获取当前自准直图像，图像采集模块需要不断地通过GigE接口将图像信息从工业相机读取到计算机内存，为后续的图像处理提供连续、准确的图像数据。图像采集过程是实时进行的，不需要将采集到的图像信息保存在磁盘上，减少了资源的耗费，提高了测量效率。因此图像采集的流程如下：
开始采集；
申请资源；
循环采集图像到内存；
释放资源；
完成；
指针图像预处理，指针图像特征提取；所述指针图像预处理，指针图像特征识别包括如下步骤：
指针图像降噪；需要进一步说明的是，在相机采集图像的过程中，由于外界光照、CCD光电转换产生的噪声、电子随机噪声等因素，CCD所成图像中会引入一定的噪声，这会对图像特征的识别造成影响。滤波的作用是增强图像的待测特征，抑制噪声干扰。总结为两类方法：一类是空间域增强法，另一类为频率域增强法。空间域增强法是在空间域像素灰度值直接进行运算处理，如图像的灰度变换(模板操作)、直方图修正(图像统计特性)等。频率域增强法是图像通过变换(例如傅里叶变换)至变换域进行增强操作，可抑制特定的噪声分量而不影响其它分量，如低通滤波器等。本实施例采用形态学滤波器对图像进行滤波处理，由于形态学滤波是一种非线性滤波，它通过结构元素对图像进行几何形态变换得到输出图像，因此它能够在有效滤除噪声的同时最大程度地保留原始图像的几何特征，以便于进一步分析图像。
指针图像对比度增强；需要进一步说明的是，图像对比度增强的主要作用是针对图像的某些特征，如边缘、轮廓、对比度等进行强调或尖锐化，以便于显示、观察或进一步的分析处理。从图像处理角度来讲，图像增强的目的在于，一是采用一系列技术改善图像的视觉效果提高图像的清晰度；二是将图像转换成一种更适合于机器进行分析处理的形式。
图像对比度增强不是以图像保真度为原则，图像对比度增强不会增加数据信息量，而是增加所选择特征的动态范围，从而使这些特征在检测或识别、或是其它分析处理更加容易进行，所以改善后的图像不一定要去逼近原始图像。也就是说，图像增强有可能对图像特征的动态范围进行压缩或拉伸、对边缘信息进行锐化以及提高图像对比度等处理。
图像增强方法按其处理所进行的空间不同可以分为空间域法和频率域法图像增强两大类。空间域法是在空间域内直接对像素灰度值进行运算的处理，空间域法包括点运算和模板处理两种。点运算是直接对图像作逐点运算；模板运算是在与处理像素点邻域有关的空间域上进行的运算也称为局部运算。频域图像增强是将图像的分析域转化到频域，在频域空间中对图像进行处理，然后再反变换到原来的空域得到增强的图像，这是一种间接处理方法。经常用到的方法有低通滤波、高通滤波、中值滤波、Winner 滤波及同态增晰等。
本实施例拟采用灰度变换进行图像对比度增强，设输入图像为f (x,y)，处理后的图像为g(x,y)，则对比度增强可以表示为 g(x,y)＝T[f(x,y)]，式中的T[f(x,y)]是增强变换函数，增强变换函数 T[f(x,y)]分为线性变换函数和非线性变换函数两大类，它们可以分别实现线性拉伸变换和非线性拉伸变换。变换函数可以根据目标图像的灰度统计特性进行合理选择。
利用灰度变换处理可以有效地增大目标与背景的对比度，从而改变图像灰度的动态范围，使得到的图像更有利于目标信息的分离。
指针图像分割；需要进一步说明的是，为了检测图像特征需要将目标与背景分离，图像分割是必不可少的一步，而分割时阈值的选取是处理时的难点和重点。目前，常用的阈值选取方法有波谷法、双峰法、最大类间方差法和最大熵法等。在本实施例中采用最大类间方差法。
最大类间方差法以类间方差作为阈值判定标准，其基本原理是选择最佳阈值将图像直方图分为两类，使两类的方差达到最大值。设一幅具有L 级灰度的图像，灰度值为i的像素数为Ni，图像总的像素个数为
第i级像素出现的概率为
图像的平均灰度为
设阈值k将所有像素分为两类：C0和C1。C0的平均灰度为
C1的平均灰度为μ1(k)＝μ-μ0(k)。两类产生的概率分别为：
设μ0＝μ0(k)/ω0，μ1＝μ1(k)/ω1，类间方差为σk 2＝ω0(μ0-μ)2+ω1(μ1-μ)2。令k从1～L之间变化，计算不同k所对应的σk 2，使σk 2最大的那个值为所求的分割阈值。该方法简单易行、分割后的目标边缘清晰稳定，可以为进一步的边缘提取提供良好的基础。
指针图像边缘提取；需要进一步说明的是，图像中的边缘是目标与背景之间的灰度变化，即反映的是目标的轮廓信息。目前像素级的边缘提取方法已经相当成熟，常用的有Roberts算子、Sobel算子、Log算子、 Canny算子以及形态学边缘提取等方法。上述算法能将目标边缘定位在像素级精度，为了在不提升硬件成本的基础上获取更高的测量精度，需要进行亚像素边缘提取算法对图像进行处理。
在本实施例中，首先对分割后的图像利用Canny算子提取边缘，再利用基于链码的轮廓跟踪技术得到目标的像素级边缘信息，最后根据目标孔与背景灰度差较大的特点，利用空间矩来得到轮廓的亚像素边缘，通过亚像素边缘定位可使测量精度提高至少一倍。
指针特征信息识别；所述指针特征信息识别具体的包括如下步骤：指针图像边缘去脏点处理；靶标拟合；获取轮廓信息。需要进一步说明的是，图像特征识别是一个从图像到数据的过程：对图像中的特征信息进行检测和测量，获得其客观信息从而建立对图像的描述。本步骤的基本过程是先对检测出的亚像素边缘点进行去脏点处理，对靶标进行拟合，然后通过数值运算计算得到轮廓信息。
测量待测表盘上三指针的平行度。经过标定板校定，完成上述步骤后可以获得三指针的平行度，此处不再赘述。
需要进一步说明的是，完成上述步骤之前还需要对误差进行标定，包括相机镜头畸变校正、放大率的标定以及系统垂直度标定调校等。
在图像测量领域，畸变对测量误差的影响比较大，但是畸变的存在属于系统误差，我们可以通过标定后，用软件对图像进行修正，来消除畸变。畸变的产生主要源于镜头的光学结构和成像特性。畸变可以简单的看作是像面上不同位置的放大倍率不一致引起的，是一种放大率像差。
一般来说，视场角越大，镜头的畸变越大，项目中选取的是视场比较小的远心镜头，可以在镜头的设计中把畸变设计的尽可能小，这样就为后续的图像处理降低了难度，提高了效率。
拍摄系统的光轴如果与被测物体不垂直，而是存在一定的角度偏差，则在拍摄测量的过程中，会引起测得值与理论值的差异。例如，在拍摄测量一个正圆时，如果拍摄系统的光轴与此正圆不完全垂直，则这个正圆会被拍摄成为一个椭圆，各方向上的直径会有所差异。为了能够提高系统的测量精度，需要对能够对设备中相机镜头畸变、光轴与被测物面之间的垂直度关系给出检测与校正。
为了标校测量精度，本实施例设计了一种类似于表针形状的标定板，请参阅图2，所述标定板包括：
玻璃板；
刻画于玻璃板的表盘轮廓；
刻画于表盘轮廓上方的第一指针直线；
刻画于第一指针直线上方的第二指针直线；
刻画于第二指针直线上方的第三指针直线。
所述玻璃板均匀性等级为4级；
所述玻璃板双折射等级为3级；
所述玻璃板光吸收率等级为4级；
所述玻璃板条纹度等级为1C级；
所述玻璃板气泡度等级为1C级。
所述玻璃板的尺寸为长宽高50mm*20mm*1mm；
所述表盘轮廓的尺寸为长宽40mm*8mm；
所述表盘轮廓上端直线镀有黑铬；
所述第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线表面镀有黑铬；
所述第一指针直线长度为13mm；
所述第二指针直线长度为15mm；
所述第三指针直线长度为17mm；
所述表盘轮廓上端直线、第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线之间相邻间隔为0±0.1mm；
所述表盘轮廓上端直线、第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线的直线夹角精度为±1′。
本实施例在系统装调完成后进行精度标检，首先使用高精度万能工具显微镜对标定板精度进行标检，然后通过该测量系统对标定板进行300次测量，测量数据与万能工具显微镜的数据进行对比计算，计算结果如表1 所示：
表1精度标检结果
本发明还提出一种钟表三指针平行度测量设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现所述一种钟表三指针平行度测量方法。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述一种钟表三指针平行度测量方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在一种钟表三指针平行度测量设备中的执行过程。
所述一种钟表三指针平行度测量设备可包括但不仅限于处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是一种钟表三指针平行度测量设备的示例，并不构成对一种钟表三指针平行度测量设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种钟表三指针平行度测量设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor， DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit， ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述一种钟表三指针平行度测量设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种钟表三指针平行度测量设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种钟表三指针平行度测量设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡 (Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述一种钟表三指针平行度测量设备集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，所述方法用于钟表三指针平行度测量；所述方法具体包括：
三指针标定板标校以及固定待测表盘；
建立表盘指针轮廓图像；
测量待测表盘上三指针的平行度。
2.根据权利要求1所述的一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，
所述标定板包括：
玻璃板；
刻画于玻璃板的表盘轮廓；
刻画于表盘轮廓上方的第一指针直线；
刻画于第一指针直线上方的第二指针直线；
刻画于第二指针直线上方的第三指针直线。
3.根据权利要求2所述的一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，
所述玻璃板均匀性等级为4级；
所述玻璃板双折射等级为3级；
所述玻璃板光吸收率等级为4级；
所述玻璃板条纹度等级为1C级；
所述玻璃板气泡度等级为1C级。
4.根据权利要求2所述的一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，
所述玻璃板的尺寸为长宽高50mm*20mm*1mm；
所述表盘轮廓的尺寸为长宽40mm*8mm；
所述表盘轮廓上端直线镀有黑铬；
所述第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线表面镀有黑铬；
所述第一指针直线长度为13mm；
所述第二指针直线长度为15mm；
所述第三指针直线长度为17mm；
所述表盘轮廓上端直线、第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线之间相邻间隔为0±0.1mm；
所述表盘轮廓上端直线、第一指针直线、第二指针直线、第三指针直线的直线夹角精度为±1′。
5.根据权利要求1所述的一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，
所述三指针标定板标校具体的包括如下步骤：
检测系统装配调试；
显微镜对标定板精度进行标检；
检测系统对标定板进行测量；
结果比对。
6.根据权利要求1所述的一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，
所述建立表盘指针轮廓图像具体的包括如下步骤：
指针图像采集；
指针图像预处理，指针图像特征识别。
7.根据权利要求6所述的一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，
所述指针图像预处理，指针图像特征识别包括如下步骤：
指针图像降噪；
指针图像对比度增强；
指针图像分割；
指针图像边缘提取；
指针特征信息识别。
8.根据权利要求7所述的一种钟表三指针平行度测量方法，其特征在于，
所述指针特征信息识别具体的包括如下步骤：
指针图像边缘去脏点处理；
靶标拟合；
获取轮廓信息。
9.一种钟表三指针平行度测量设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现如权利要求1至8任意一项所述一种钟表三指针平行度测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至8任意一项所述一种钟表三指针平行度测量方法。
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