低成本高精度钢卷尺自动检定装置的研究

　　一、前言

　　目前，计量检定机构对钢卷尺周期检定、企业质量检验部门对产品出厂检验按照JJG4-1999《钢卷尺》检定规程和相关产品标准，通常采用的钢卷尺检定装置由长检台(一般长为5m)、分度值为0.01mm的读数显微镜与标准钢卷尺组成。 在长检台的一边放置标准钢卷尺，另一边放置被检钢卷尺，两个钢卷尺零位对齐，然后手工移动读数显微镜，在每米处对标准钢卷尺和被检钢卷尺进行比较测量，并人工记录数据，计算示值误差，进行相对比较检定钢卷尺的示值误差。 劳动强度相当大、操作极不方便、检定效率低下、容易因人为读数误差造成测量准确度不高，更无法进行数据的自动存储，对后续证书、检验报告出具也带来许多不便。

　　为此，笔者设计了基于机器视觉技术结合气动压轮高速送尺带机构的钢卷尺自动检定装置，在低制作成本前提下，实现了钢卷尺的全自动检定。 检定装置示值误差≤0.025mm，示值重复性≤0.015mm，5m钢卷尺检定时间小于5s，大于5m钢卷尺自动进行分段检定。

　　二、钢卷尺自动检定装置工作原理

　　钢卷尺自动检定装置的机械结构如图1所示。 在被检线纹处布置CCD摄像头，用标准线纹尺或标准钢卷尺对各个CCD进行定位，确定标准线纹在相应CCD中的位置坐标，以此为基准对钢卷尺进行比较测量，确定钢卷尺被检线纹的示值误差与相邻米刻线的示值误差。被检钢卷尺由零位调整机构定零位并压紧，长检台上的视觉测量系统各小平台将钢卷尺正确定位，自动加载机构给钢卷尺加载。 CCD摄取受检点被检钢卷尺线纹图像，线纹图像经高速实时图像采集卡将其转换成数字图像，并输入计算机进行数字图像处理，通过图像识别寻找边界点，计算标准线纹和被检线纹中心坐标，进而比较确定被检线纹的示值误差，并进一步计算任意米刻线的示值误差。 计算机控制高速视频切换HUB，有序切换CCD图像，计算机按序进行图像处理，确定所有被检线纹的示值误差。 被检钢卷尺长度大于工作台长度时，可通过自动卷带机构卷带后，并使所检线纹(一般为末端线纹)准确自动定位于零位CCD视场中心附近，利用首尾相接的分段法检定。

　　三、钢卷尺自动检定装置的系统设计

　　钢卷尺自动检定装置主要由机械平台、自动加载机构、气动压轮高速送尺带机构、机器视觉系统、机电伺服系统及计算机数据处理系统软件等组成。 关键技术主要依靠机械系统、机电传动与控制系统、机器视觉系统及计算机数据处理系统等几方面技术的结合。

　　1.机械系统设计

　　机械系统设计主要涉及机械平台、自动加载机构、气动压轮高速送尺带机构。 机械平台由一条V形导轨、一条T形导轨及角钢支架等构成，主要用于安装自动加载机构和气动压轮高速送尺带机构和机器视觉系统等，结构简单实用，如图2所示。自动加载机构由尺盒固定装置、 加载拖板及砝码组成。 根据JJG4-1999的要求，钢卷尺检定时需加一定的载荷力， 为了实现既能送尺带，又能加载的要求，尺盒固定装置前设计一加载拖板， 分别由两只气缸控制压尺带和加载，载荷力大小由砝码决定。