新型钢卷尺自动检定装置的研究

摘要

线纹尺是一种主要用于长度测量和长度量值传递的标准器。钢卷尺作为线纹尺的一种，在生活与生产中占据着广泛重要的应用地位。其标称值是否准确关系着产品的加工精度和质量，因此，需要对其周期检定。传统的检定方式自动化程度低，精度与稳定性差，因此急需开发自动化高精度的检定仪器。
　　随着自动控制技术的发展，视觉检测在非接触几何量测量方面应用日益广泛，本项目组在原有钢卷尺检定台的基础之上，以视觉测量的方式进行刻线偏差的检定，配合以机电自动控制系统和执行机构，为实现钢卷尺检定过程的自动化，主要完成了以下工作:
　　1.为推广应用范围，本文以市面上流通较广的钢卷尺检定台为基础，设计了低成本的普适易量产的检测和控制装置——一款可以采集图像、自动巡回行走的测量小车。以飞思卡尔MC9S08JM60为控制核心，在上位机的串口通讯指令下，控制步进电机驱动载有工业相机的测量小车运动。检定台侧面的若干金属滑块会触发接近开关来对检测点定位，同时触发上位机控制相机采集图像并处理。本文通过实验对运动方式进行了验证和评估。
　　2.由于检定台存在平面度误差、行走机构存在制造误差，为解决钢卷尺检定时物距变化引起像素当量变化、从而引入测量误差的问题，本文提出了一种自动化实时标定方法——浮动当量法。该方法是二维图像测量系统中常用的标准件标定法的延伸，利用标准件与被测件始终同时存在于视场中的特性，在每次测量前均在线标定一次，可以很好地减小各种条件参数变化对测量精度的影响，提高了仪器在各检定点的精度保持性。
　　3.为提升和丰富测量小车的功能，实现无线化，得以将该检定装置拓展用于手持式激光测距仪的检定，本文尝试了以DM6437为核心的图像处理系统。简要介绍了DM6437图像处理系统的结构及图像数据传输和处理的流程，详细设计了基于DM6437的可用于检定黑尺和标准尺的图像处理算法，并实验分析了算法的性能。
　　目前，本项目组研制成功的钢卷尺自动检定装置已在天津计量院长度室无故障运行三个月。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 现有检定方案

1．2．1 人工手动检定装置

1．2．2 基于图像处理的检定装置

1．2．3 应用激光干涉仪的检定装置

1．3 课题研究背景和意义

1．4 主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 钢卷尺检定系统总体方案设计

2．1 硬件系统设计

2．1．1 相机与镜头选型

2．1．2 光源选型

2．1．3 步进电机及驱动器选型

2．1．4 电磁离合器选型

2．2 检定流程

2．2．1 自动检定模式

2．2．2 手动检定模式

2．3 本章小结

第三章 自动控制系统设计

3．1 JM60控制电路

3．2 串口通信

3．3 步进电机速度曲线设计

3．4 测量小车的运动时间与定位精度实验

3．5 本章小结

第四章 浮动像素当量标定法的研究

4．1 浮动当量法的提出背景

4．2 现有标准件法分析

4．3 浮动当量法原理与应用

4．4 浮动当量与固定当量对比实验

4．5 本章小结

第五章 基于DSP的钢卷尺检定技术研究

5．1 常用的数字图像采集处理方式

5．2 手持激光测距仪自动检定系统简介

5．3 DM6437图像处理系统

5．3．1 DM6437简介

5．3．2 DM6437片上视频处理子系统

5．4 钢卷尺图像处理算法

5．4．1 图像阈值分割

5．4．2 水平投影定位两尺边沿

5．4．3 形态学滤波与刻线修复

5．4．4 垂直投影定位刻线中心线

5．5 实验数据与分析

5．5．1 算法用时统计

5．5．2 单一检定点重复测量实验

5．5．3 两种方案对比实验

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢