CN114877774A - 千分尺自动检定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种千分尺自动检定方法，对千分尺进行稳定的固定，控制系统控制装置机构的运行，摄像头模块、图像处理软件同时对千分尺刻度图像采集上、识别与读数，先对千分尺类型的进行判断和校零，如果为数显型千分尺则自动化校零后再进行自动检定，如果为机械千分尺则人工校零后再进行自动检定。本发明具有精度高、结构简单、易操作、智能化等优点，在实际应用中节省大量人力，实现自动检定操作，提高校零、检定效率。

Description

千分尺自动检定方法

技术领域

本发明涉及千分尺技术领域，具体是一种千分尺自动检定方法。

背景技术

千分尺又称螺旋测微器，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度精度可以准确到0.01mm。千分尺的结构由固定的尺架、测砧、测微螺杆、固定套管、微分筒、测力装置、锁紧装置等组成，现在主要分为机械千分尺与数显（电子）千分尺两类。被广泛应用加工制造业，金工、木工、水电等设备的安装，测量机构和科研院所等各行业领域中。千分尺的精度对于机械生产加工、科研制造尤为重要，而工业生产及应用中检定千分尺时，传统标块人工检定法会存在产生视觉读数误差、测试效率低、操作复杂等问题。

因此，一个精度高、智能自动化的千分尺检定装置及方法在实际应用中十分重要，为了设计一个好的千分尺自动检定装置及方法，实现微调和粗调的高精准自动化控制、校零和自动检定是一项艰难而且很重要的研究设计，为了更好地实现千分尺的自动检定，人们一直致力于千分尺检定装置及方法的研究与设计。

目前已有的千分尺检定装置及方法主要有标量块人工检测法、半自动检定装置及方法等。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种千分尺自动检定方法，具有精度高、结构简单、易操作、智能化等优点，在实际应用中节省大量人力，实现自动检定操作，提高校零、检定效率。

本发明提供了一种千分尺自动检定装置，包括装置底板以及在装置底板上沿轴线依次安装的蝴蝶夹固定机构、自动校零机构、粗调机构和微调机构。

所述蝴蝶夹固定机构包括连接固定块，连接固定块上设置有两个用于固定千分尺U型部位的蝴蝶夹，所述连接固定块通过轴向和竖直方向两自由度位移装置与装置底板连接。

所述自动校零机构包括固定在装置底板上的旋转支柱固定柱筒以及与旋转支柱固定柱筒连接的旋转支柱，旋转支柱上安装有摄像头模块固定杆和校零舵机固定台；所述校零舵机固定台上安装有校零舵机，校零舵机上安装有凸轮，校零舵机控制凸轮往复90°摆动，按动数显型千分尺校零按钮校零。

所述粗调机构包括固定在装置底板上的粗调步进电机和齿轮组，所述齿轮组包括啮合传动的小齿轮和大齿轮，其中小齿轮与粗调步进电机电机轴配合连接，大齿轮内侧与千分尺的粗调旋钮固定连接。

所述微调机构包括固定在装置底板上的微调步进电机和微调固定连接笼，微调固定连接笼一端与微调步进电机电机轴通过螺栓固定连接，另一端与千分尺的微调旋钮固定连接。

进一步改进，所述轴向和竖直方向两自由度位移装置包括滑块、滑轨和螺杆，其中滑轨通过螺栓固定在装置底板上，滑块安装在在滑轨上沿轴向滑动，螺杆固定在滑块上方；所述连接固定块开有竖直方向上的通孔，螺杆穿过通孔并通过螺母固定，通过调节螺母控制连接固定块在竖直方向上位移。

进一步改进，所述的摄像头模块固定杆上安装有摄像机和补光灯。

进一步改进，所述的校零舵机安装在校零舵机支座上，校零舵机支座通过螺栓固定在校零舵机固定台上。

进一步改进，所述的粗调步进电机通过粗调步进电机支座固定在装置底板上，所述的小齿轮通过轴承同轴心配合连接在小齿轮支架上，小齿轮支架固定在装置底板上。

进一步改进，所述的大齿轮内侧与千分尺粗调旋钮连接处安装有橡胶固定圈，微调固定连接笼与千分尺微调旋钮连接处安装有橡胶固定圈。

进一步改进，所述的微调步进电机通过微调步进电机支座和微调步进电机支座高度台与装置底板固定连接。

本发明还提供了一种千分尺自动检定方法，包括以下步骤：

1）设置权利要求1所述的检定装置，并将检定装置复位；

2）将千分尺粗调、微调旋钮部位放入大齿轮和微调固定连接笼进行固定；调节蝴蝶夹的位置高度，与千分尺U型部位相平，然后沿轴向调节连接固定块的位置，使千分尺U型部位放入蝴蝶夹夹具中，再微调蝴蝶夹的位置高度，用两个蝴蝶夹固定住千分尺U型部位；

3）调节旋转支柱的高度和旋转角度，调节摄像头模块固定杆伸出长度使摄像头在千分尺刻度盘或数显屏的正上方，调节校零舵机固定台高度和旋转角度使凸轮在数显型千分尺校零按键的上方，凸轮旋转按动数显型千分尺校零按键；

4）启动千分尺自动检定程序，待系统初始化，输入校准指令，控制系统控制微调步进电机、粗调步进电机使微调旋钮和粗调旋钮转动，千分尺测砧与测微螺杆合并后停止转动；

5）摄像头模块对千分尺刻度值进行图像采集，根据用户选择的通信模式、数据上传方式，向PC端上位机图像处理软件发送图像采集数据；

6）在图像处理软件中进行图像处理读取游标卡尺数值D1,并判断D1是否为零；如果D1为零，则提醒操作员输入检定测量尺寸L；如果D1不为零，则判断D1是否为数显数值；如果D1是数显数值，该游标卡尺为数显型游标卡尺，则下位机控制系统控制校零舵机使凸轮转动按千分尺的校零按键，然后控制凸轮复位，提醒操作员输入检定测量尺寸L；如果D1不是数显数值，该千分尺为机械型千分尺，提醒操作员手动校零，待千分尺手动校零后进入系统复位程序；

7）操作员输入检定测量尺寸L后，控制系统通过控制微调步进电机、粗调步进电机使微调旋钮和粗调旋钮转动，使测微螺杆移动L位移，同时摄像头模块对千分尺刻度值进行图像采集，向PC端上位机图像处理软件发送图像采集数据，在图像处理软件中进行图像处理读取游标卡尺数值D2，判断L与D2是否相等；如果相等则千分尺检定合格；如果不相等则千分尺检定不合格；

8）向操作员确定是否再次检定；如果需要再次检定，则返回系统复位程序；如果不需要再次检定，则在LCD显示模块、PC端输出检定结果，最后进入系统待机，千分尺校零与自动检定结束。

所述的千分尺自动检定程序硬件部分包括MCU处理器主控模块以及与MCU处理器主控模块连接的无线模块、串口模块、摄像头模块、SD卡存储模块、粗调步进电机驱动器模块、微调步进电机驱动器模块、粗调步进电机、微调步进电机、微调舵机、LCD显示模块、控制按键模块、蜂鸣器模块、红外遥控模块及系统电源模块。蜂鸣器用来提醒用户操作、装置运行工况提示，LCD显示屏幕会实时显示装置的运行工况；用户可通过红外遥控、控制按键及LCD触屏按钮和PC端软件控制装置的运行、开始、暂停、继续、停止等操作。MCU与上位机PC端上位有无线和串口通信模式，供用户根据需求进行选择，用户还可选择图像数据上传至上位机软件的方式，对摄像头模块拍摄的千分尺刻度值图像照片进行上传，方式一：先存储到SD卡中，再通过无线或串口通信模式发送至PC上位机软件进行图像和数据处理；方式二：通过数据线直接上传至PC上位机软件进行图像和数据处理。

进一步改进，步骤6）所述的图像处理过程中，PC上位机图像处理软件对获取的图像进行透视变换、灰度化、去噪、滤波图像预处理后进行刻度数型识别；如果是数显型千分尺，则先进行最大信息熵图像分割处理、图像取反，再根据建立的数字数据库对数字进行识别，输出千分尺数值；如果是刻度型千分尺，则先进行小波卷积处理、图像分割、图像取反，再进行刻度值对齐识别算法处理，识别出刻度值读数后输出千分尺数值。

本发明有益效果在于：通过装置对千分尺进行稳定的固定，控制系统控制装置机构的运行，摄像头模块、图像处理软件同时对千分尺刻度图像采集上、识别与读数，先对千分尺类型的进行判断和校零，如果为数显型千分尺则自动化校零后再进行自动检定，如果为机械千分尺则人工校零后再进行自动检定。本发明具有精度高、结构简单、易操作、智能化等优点，在实际应用中节省大量人力，实现自动检定操作，提高校零、检定效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为摄像头及自动校零机构示意图。

图3为本发明工作状态示意图。

图4为下位机控制部分硬件框图。

图5为下位机软件控制流程图。

图6为图像处理部分流程图。

1螺杆，2螺母，3连接固定块，4蝴蝶夹，5自动校零机构，6大齿轮，7微调固定连接笼，8微调步进电机，9微调步进电机支座，10装置底板，11微调步进电机支座高度台，12粗调步进电机支座，13粗调步进电机，14小齿轮，15小齿轮支架，16滑块，17滑轨，18摄像头模块固定杆，19旋转支柱，20校零舵机固定台，21校零舵机，22凸轮，23校零舵机支座，24旋转支柱固定柱筒，25摄像头，26补光灯，27固定螺栓。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的千分尺自动检定装置结构如图1所示，包括装置底板10以及在装置底板上沿轴线依次安装的蝴蝶夹固定机构、自动校零机构5、粗调机构和微调机构。

所述蝴蝶夹固定机构包括连接固定块3，连接固定块上设置有两个用于固定千分尺U型部位的蝴蝶夹4，所述连接固定块3通过轴向和竖直方向两自由度位移装置与装置底板连接。所述轴向和竖直方向两自由度位移装置包括滑块16、滑轨17和螺杆1，其中滑轨通过螺栓固定在装置底板上，滑块安装在在滑轨上沿轴向滑动，螺杆固定在滑块上方；所述连接固定块开有竖直方向上的通孔，螺杆1穿过通孔并通过螺母2固定，通过调节螺母控制连接固定块在竖直方向上位移。

所述自动校零机构5包括固定在装置底板上的旋转支柱固定柱筒24以及通过固定螺栓27与旋转支柱固定柱筒连接的旋转支柱19，旋转支柱19上安装有摄像头模块固定杆18和校零舵机固定台20，校零舵机固定台20通过固定螺栓27与旋转支柱19连接；所述校零舵机固定台20上通过校零舵机支座23安装有校零舵机21，校零舵机21上安装有凸轮22，校零舵机控制凸轮往复90°摆动，按动数显型千分尺校零按钮校零。所述的摄像头模块固定杆18上安装有摄像机25和补光灯26。

所述粗调机构包括固定在装置底板上的粗调步进电机13和齿轮组，所述的粗调步进电机通过粗调步进电机支座12固定在装置底板10上。所述齿轮组包括啮合传动的小齿轮14和大齿轮6，其中，小齿轮14通过轴承同轴心配合连接在小齿轮支架15上，小齿轮支架固定在装置底板上。小齿轮14与粗调步进电机13电机轴配合连接，大齿轮6内侧安装有橡胶固定圈，通过橡胶固定圈与千分尺的粗调旋钮固定连接。

所述微调机构包括微调步进电机和微调固定连接笼，所述的微调步进电机通过微调步进电机支座9和微调步进电机支座高度台11与装置底板10固定连接。微调固定连接笼一端与微调步进电机电机轴通过螺栓固定连接，另一端通过橡胶固定圈与千分尺的微调旋钮固定连接。

本发明还提供了一种千分尺自动检定方法，包括以下步骤：

1）设置权利要求1所述的检定装置，并将检定装置复位；

2）将千分尺粗调、微调旋钮部位放入大齿轮和微调固定连接笼进行固定；调节蝴蝶夹的位置高度，与千分尺U型部位相平，然后沿轴向调节连接固定块的位置，使千分尺U型部位放入蝴蝶夹夹具中，再微调蝴蝶夹的位置高度，用两个蝴蝶夹固定住千分尺U型部位；

3）调节旋转支柱的高度和旋转角度，调节摄像头模块固定杆伸出长度使摄像头在千分尺刻度盘或数显屏的正上方，调节校零舵机固定台高度和旋转角度使凸轮在数显型千分尺校零按键的上方，凸轮旋转按动数显型千分尺校零按键；

4）启动千分尺自动检定程序，待系统初始化，输入校准指令，控制系统控制微调步进电机、粗调步进电机使微调旋钮和粗调旋钮转动，千分尺测砧与测微螺杆合并后停止转动；

5）摄像头模块对千分尺刻度值进行图像采集，根据用户选择的通信模式、数据上传方式，向PC端上位机图像处理软件发送图像采集数据；

6）在图像处理软件中进行图像处理读取游标卡尺数值D1,并判断D1是否为零；如果D1为零，则提醒操作员输入检定测量尺寸L；如果D1不为零，则判断D1是否为数显数值；如果D1是数显数值，该游标卡尺为数显型游标卡尺，则下位机控制系统控制校零舵机使凸轮转动按千分尺的校零按键，然后控制凸轮复位，提醒操作员输入检定测量尺寸L；如果D1不是数显数值，该千分尺为机械型千分尺，提醒操作员手动校零，待千分尺手动校零后进入系统复位程序；

7）操作员输入检定测量尺寸L后，控制系统通过控制微调步进电机、粗调步进电机使微调旋钮和粗调旋钮转动，使测微螺杆移动L位移，同时摄像头模块对千分尺刻度值进行图像采集，向PC端上位机图像处理软件发送图像采集数据，在图像处理软件中进行图像处理读取游标卡尺数值D2，判断L与D2是否相等；如果相等则千分尺检定合格；如果不相等则千分尺检定不合格；

8）向操作员确定是否再次检定；如果需要再次检定，则返回系统复位程序；如果不需要再次检定，则在LCD显示模块、PC端输出检定结果，最后进入系统待机，千分尺校零与自动检定结束。

硬件框图如图4所示，主要有MCU处理器主控模块、无线模块、串口模块、摄像头模块、SD卡存储模块、粗调步进电机驱动器模块、微调步进电机驱动器模块、粗调步进电机、微调步进电机、微调舵机、LCD显示模块、控制按键模块、蜂鸣器模块、红外遥控模块及系统电源模块等。蜂鸣器用来提醒用户操作、装置运行工况提示，LCD显示屏幕会实时显示装置的运行工况；用户可通过红外遥控、控制按键及LCD触屏按钮和PC端软件控制装置的运行、开始、暂停、继续、停止等操作。MCU与上位机PC端上位有无线和串口通信模式，供用户根据需求进行选择，用户还可选择图像数据上传至上位机软件的方式，对摄像头模块拍摄的千分尺刻度值图像照片进行上传，方式一：先存储到SD卡中，再通过无线或串口通信模式发送至PC上位机软件进行图像和数据处理；方式二：通过数据线直接上传至PC上位机软件进行图像和数据处理。下位机软件控制流程如图5所示。图像处理部分：

图像处理流程图如图6所示，PC上位机图像处理软件对获取的图像进行透视变换、灰度化、去噪、滤波等图像预处理后进行刻度数型识别。如果是数显型千分尺，则先进行最大信息熵图像分割处理、图像取反，再根据建立的数字数据库对数字进行识别，输出千分尺数值；如果是刻度型千分尺，则先进行小波卷积处理、图像分割、图像取反，再进行刻度值对齐识别算法处理，识别出刻度值读数后输出千分尺数值。最后结束此次千分尺数值的图像处理流程。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种千分尺自动检定方法，其特征在于包括以下步骤：

1）设置千分尺自动检定装置，并将检定装置复位；

2）将千分尺粗调、微调旋钮部位放入大齿轮和微调固定连接笼进行固定；调节蝴蝶夹的位置高度，与千分尺U型部位相平，然后沿轴向调节连接固定块的位置，使千分尺U型部位放入蝴蝶夹夹具中，再微调蝴蝶夹的位置高度，用两个蝴蝶夹固定住千分尺U型部位；

3）调节旋转支柱的高度和旋转角度，调节摄像头模块固定杆伸出长度使摄像头在千分尺刻度盘或数显屏的正上方，调节校零舵机固定台高度和旋转角度使凸轮在数显型千分尺校零按键的上方，凸轮旋转按动数显型千分尺校零按键；

4）启动千分尺自动检定程序，待系统初始化，输入校准指令，控制系统控制微调步进电机、粗调步进电机使微调旋钮和粗调旋钮转动，千分尺测砧与测微螺杆合并后停止转动；

5）摄像头模块对千分尺刻度值进行图像采集，根据用户选择的通信模式、数据上传方式，向PC端上位机图像处理软件发送图像采集数据；

6）在图像处理软件中进行图像处理读取游标卡尺数值D1,并判断D1是否为零；如果D1为零，则提醒操作员输入检定测量尺寸L；如果D1不为零，则判断D1是否为数显数值；如果D1是数显数值，该游标卡尺为数显型游标卡尺，则下位机控制系统控制校零舵机使凸轮转动按千分尺的校零按键，然后控制凸轮复位，提醒操作员输入检定测量尺寸L；如果D1不是数显数值，该千分尺为机械型千分尺，提醒操作员手动校零，待千分尺手动校零后进入系统复位程序；

7）操作员输入检定测量尺寸L后，控制系统通过控制微调步进电机、粗调步进电机使微调旋钮和粗调旋钮转动，使测微螺杆移动L位移，同时摄像头模块对千分尺刻度值进行图像采集，向PC端上位机图像处理软件发送图像采集数据，在图像处理软件中进行图像处理读取游标卡尺数值D2，判断L与D2是否相等；如果相等则千分尺检定合格；如果不相等则千分尺检定不合格；

8）向操作员确定是否再次检定；如果需要再次检定，则返回系统复位程序；如果不需要再次检定，则在LCD显示模块、PC端输出检定结果，最后进入系统待机，千分尺校零与自动检定结束。

2.根据权利要求1所述的千分尺自动检定方法，其特征在于：所述的千分尺自动检定程序硬件部分包括MCU处理器主控模块以及与MCU处理器主控模块连接的无线模块、串口模块、摄像头模块、SD卡存储模块、粗调步进电机驱动器模块、微调步进电机驱动器模块、粗调步进电机、微调步进电机、微调舵机、LCD显示模块、控制按键模块、蜂鸣器模块、红外遥控模块及系统电源模块。

3.根据权利要求1所述的千分尺自动检定方法，其特征在于：步骤6）所述的图像处理过程中，PC上位机图像处理软件对获取的图像进行透视变换、灰度化、去噪、滤波图像预处理后进行刻度数型识别；如果是数显型千分尺，则先进行最大信息熵图像分割处理、图像取反，再根据建立的数字数据库对数字进行识别，输出千分尺数值；如果是刻度型千分尺，则先进行小波卷积处理、图像分割、图像取反，再进行刻度值对齐识别算法处理，识别出刻度值读数后输出千分尺数值。

4.根据权利要求1所述的千分尺自动检定方法，其特征在于：步骤1）所述的千分尺自动检定装置，包括装置底板以及在装置底板上沿轴线依次安装的蝴蝶夹固定机构、自动校零机构、粗调机构和微调机构；

所述蝴蝶夹固定机构包括连接固定块，连接固定块上设置有两个用于固定千分尺U型部位的蝴蝶夹，所述连接固定块通过轴向和竖直方向两自由度位移装置与装置底板连接；

所述自动校零机构包括固定在装置底板上的旋转支柱固定柱筒以及与旋转支柱固定柱筒连接的旋转支柱，旋转支柱上安装有摄像头模块固定杆和校零舵机固定台；所述校零舵机固定台上安装有校零舵机，校零舵机上安装有凸轮，校零舵机控制凸轮往复90°摆动，按动数显型千分尺校零按钮校零；

所述粗调机构包括固定在装置底板上的粗调步进电机和齿轮组，所述齿轮组包括啮合传动的小齿轮和大齿轮，其中小齿轮与粗调步进电机电机轴配合连接，大齿轮内侧与千分尺的粗调旋钮固定连接；

所述微调机构包括固定在装置底板上的微调步进电机和微调固定连接笼，微调固定连接笼一端与微调步进电机电机轴通过螺栓固定连接，另一端与千分尺的微调旋钮固定连接。

Images