一种游标卡尺校零与自动检定装置及方法

1.本发明涉及游标卡尺检定技术领域，特别涉及一种游标卡尺校零与自动检定装置及方法。


背景技术：

2.游标卡尺是一种测量长度、内外径、深度的量具，主要由主尺、可滑动的游标和两副量爪组成，现在主要分为机械游标卡尺和数显游标卡尺两类。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。游标卡尺的检测精度直接影响各行业领域中产品的合格率，对企业经济效益、加工制造精度、安装精度及科研水平产生重要影响。对游标卡尺校零与检定可以确保游标卡尺稳定且精确地进行测量，确保各行业领域中的测量工作顺利开展，在测量上严格地保证产品及科研的水平，同时实现自动化检定可以提高检定工作的效率、精度，节省大量时间、人力、物力等成本。
3.因此，一个好的游标卡尺校零与自动检定装置及方法在实际应用中十分重要，为了设计一个好的游标卡尺校零与自动检定装置及方法，实现游标卡尺校零与检定的精准控制、智能识别是一项艰难而且很重要的研究设计，为了更好地实现游标卡尺的校零与自动检定，人们一直致力于游标卡尺校零与自动检定装置及方法的研究与设计。
4.目前已有的游标卡尺的校零与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，存在精度低、效率低、结构复杂及难操作等缺点。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供一种精度高、结构简单、易操作、智能化等优点，而且能够自动检定操作，提高校零、检定效率的游标卡尺校零与自动检定装置及方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种游标卡尺校零与自动检定装置，包括底板，所述底板上设置有夹持件，所述夹持件用于固定游标卡尺；所述底板上还设置有导轨，所述导轨通过滑块与自动校零机构连接，所述自动校零机构包括固定板，所述固定板上设置有第一步进电机，所述第一步进电机通过的输出轴连接有齿轮，所示齿轮与固定在底板上的齿条啮合；所述固定板上设置有图像采集模块，所述图像采集模块与图像处理模块通信连接；所述固定板上还设置有步进电机支座，所述步进电机支座上安装有第二步进电机，所述第二步进电机的输出轴连接有凸轮。
7.作为优选的一种技术方案，所述夹持件包括第一蝴蝶夹和第二蝴蝶夹，所述第一蝴蝶夹和第二蝴蝶夹沿着所述导轨的延伸方向分别固定在所述底板上。
8.作为优选的一种技术方案，所述齿条沿着所述导轨的延伸方向设置。
9.作为优选的一种技术方案，所述固定板上固定有第三蝴蝶夹。
10.作为优选的一种技术方案，所述固定板上还安装有补光灯，所述补光灯靠近所述图像采集模块设置。
11.作为优选的一种技术方案，所述图像采集模块包括摄像头，下位机软硬件控制所
述摄像头进行图像采集，采集图像数据存储于sd卡。
12.作为优选的一种技术方案，所述图像处理模块与所述上位机通过无线传输模块或串口模块通信连接。
13.作为优选的一种技术方案，所述图像处理模块的处理过程如下：通过图像采集模块获取游标卡尺的图像；对图像进行预处理后进行刻度数型识别；如果是数显型游标卡尺，则进行最大信息熵图像分割处，然后图像取反，在根据建立的数字数据库对数字进行识别，输出游标卡尺数值；如果是刻度型游标卡尺，则进行小波卷积处理、图像分割、图像取反，然后进行刻度值对齐最优识别算法处理，识别刻度度数再输出游标卡尺数值。
14.作为优选的一种技术方案，所述导轨的两端设置有限位开关。
15.另一方面，本发明还提供一种游标卡尺校零与自动检定方法，包括：
16.步骤一、将所需测试的游标卡尺放置在上述任意一项所述的游标卡尺校零与自动检定装置上，并固定在所述夹持件上；
17.步骤二、装置上电启动，第一步进电机转动从而带动自动校零机构在滑轨上滑动；
18.步骤三、当游标卡尺的两卡抓紧密合并时，图像采集模块把拍摄的游标卡尺游标图像传输给图像处理模块，图像处理模块对图像进行处理从而读取游标卡尺的数值d1，并判断d1是否为零？如果d1是零，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？如果是数显数值，该游标卡尺为数显型游标卡尺，则控制第二步进电机转动从而带动凸轮转动，凸轮转动进而按动游标卡尺的校零按键，然后控制凸轮复位，提醒操作员输入检定测量尺寸l；如果不是数显数值，该游标卡尺为刻度型游标卡尺，提醒操作员手动校零，待游标卡尺手动校零后进入系统复位程序；
19.步骤四、操作员输入检定测量尺寸l后，第一步进电机继续转动使得游尺滑动l位移，图像采集模块拍摄游标卡尺游标的图像传输给图像处理模块，图像处理模块对图像进行处理从而读取游标卡尺的数值d2，然后判断l与d2是否相等？如果相等则检定合格；如果不相等这检定不合格；再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，则输出检定结果，最后进入系统待机，游标卡尺校零与自动检定结束。
20.本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明通过夹具机构固定实现对游标卡尺的固定，再通过图像采集模块实现对机械游标卡尺的数值图像采集；图像处理及智能算法对数显型和刻度型游标卡尺进行识别与读数，对于数显游标卡尺可自动控制校零机构进行校零，本发明具有精度高、结构简单、易操作、智能化等优点，在实际应用中大大节省了人力，实现自动检定操作，提高校零、检定效率。
附图说明
21.图1是本发明的使用状态图；
22.图2是本发明的整体结构图；
23.图3是本发明中自动校零机构的结构图；
24.图4是本发明中控制系统硬件电路框图；
25.图5是本发明中图像处理的流程图；
26.图6是本发明中下位机软件控制流程图。
具体实施方式
27.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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.参照图1-3，本实施例提供一种游标卡尺校零与自动检定装置，包括底板11，底板11上还设置有导轨110，导轨110通过滑块112与自动校零机构3连接；另外，底板11上设置有夹持件，夹持件用于固定游标卡尺2；在本实施中，夹持件包括第一蝴蝶夹12和第二蝴蝶夹16，第一蝴蝶夹12和第二蝴蝶夹16沿着导轨110的延伸方向分别通过蝴蝶夹支座18和蝴蝶夹支座19固定在底板11上。第一蝴蝶夹12和第二蝴蝶夹16分别用来夹住游标卡尺2的两端。
29.进一步的，自动校零机构3包括固定板113，固定板113上设置有第一步进电机15，第一步进电机15通过的输出轴连接有齿轮35，齿轮35与齿条17啮合，齿条17通过齿条支架111固定在底板11上。在本实施例中，齿条17沿着导轨110的延伸方向设置。
30.另外，固定板113上设置有支架14，支架14上固定有图像采集模块13，图像采集模块13与上位机通过无线传输模块或串口模块通信连接；在固定板113上还设置有步进电机支座32，步进电机支座上32安装有第二步进电机34，第二步进电机34的输出轴连接有凸轮33。
31.进一步的，固定板113上固定有第三蝴蝶夹114。第三蝴蝶夹114用来夹持游标卡尺2的游标。
32.另外，在固定板113上还安装有补光灯31，补光灯31靠近图像采集模块13设置。
33.在本实施例中，导轨110的两端设置有限位开关18。
34.参照图4，在本实施例中，图像处理模块包括mcu处理器主控模块、无线模块、串口模块、相机模块、sd卡存储模块、限位行程开关模块、步进电机驱动器模块、步进电机、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，在此需要说明的是，上述电路模块在本领域中均属于现有技术，故在此不再赘述这些电路模块的具体电路结构及相关工作原理。蜂鸣器用来提醒用户操作、装置运行工况提示，lcd屏幕也会实时现实装置的运行工况；红外遥控可以实时控制装置的运行、开始、暂停、继续、停止等操作；mcu与上位机pc上位有无线和串口两种通信模式，用户可以根据需求进行选择，相机拍摄的卡尺刻度图像照片可以存到sd卡中，再无线或串口通信模式发至pc进行数据处理，也可以通过数据线直接上传至pc进行数据处理。图像处理流程图如图5所示，pc端图像数据处理对先获取的图像进行透视变换，然后经过灰度化、去噪、滤波等图像预处理后进行刻度数型识别；如果是数显型游标卡尺2，则进行最大信息熵图像分割处，然后图像取反，在根据建立的数字数据库对数字进行识别，输出游标卡尺2数值；如果是刻度型游标卡尺2，则进行小波卷积处理、图像分割、图像取反，然后进行刻度值对齐最优识别算法处理，识别刻度度数再输出游标卡尺2数值。
35.参照图6，本实施例中游标卡尺校零与自动检定装置的使用方法如下：
36.步骤一、：将所需测试的游标卡尺2放置在上述实施例记载的游标卡尺2校零与自动检定装置上，第一蝴蝶夹13固定游标卡尺2的主尺量爪一端，第二蝴蝶夹16固定夹住游标卡尺2的另一端，第三蝴蝶夹114夹住游标卡尺2的游尺，游尺随动力及运动机构的运动而滑
动测量，左侧的限位开关防止动力及运动结构滑出左端预设安全位置，右侧的限位开关18防止动力及运动结构滑出右端预设安全位置。
37.步骤二、装置上电启动，系统进行初始化后进行系统复位，操作员通过控制按键、红外遥控、pc电脑端软件输入校准指令，然后下位机mcu处理器通过步进电机驱动器一控制第一步进电机15转动，与第一步进电机15轴配合连接的齿轮35与齿条17啮合传动，从而带动自动校零结构和动力及运动结构通过滑块112在滑轨110上滑动。
38.步骤三、当运动使游标卡尺2的两卡抓紧密合并时，图像采集模块13把拍摄的游标卡尺2游标的数值d1转存到sd卡中，根据操作员选择使用的无线或串口通信模式发送至pc端，在pc端图像处理中进行图像处理读取游标卡尺2数值d1,并判断d1是否为零？如果d1是零，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？如果是数显数值，该游标卡尺2为数显型游标卡尺2，则下位机mcu处理器通过步进电机驱动器二控制第二步进电机34转动，使凸轮33转动按动游标卡尺2的校零按键，然后控制凸轮33复位，提醒操作员输入检定测量尺寸l；如果不是数显数值，该游标卡尺2为刻度型游标卡尺2，提醒操作员手动校零，待游标卡尺2手动校零后进入系统复位程序。
39.步骤四、操作员输入检定测量尺寸l后，mcu处理器通过步进电机驱动器一控制第一步进电机15继续转动，动力及运动结构使游尺滑动l位移，图像采集模块13拍摄游标卡尺2游标的数值d2,转存到sd卡中,根据操作员选择使用的无线或串口通信模式发送至pc端，在pc端图像处理中进行图像处理读取游标卡尺2数值d2；然后判断l与d2是否相等？如果相等则检定合格；如果不相等这检定不合格；再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，游标卡尺2校零与自动检定结束。
40.本发明通过夹具机构固定实现对游标卡尺的固定，再通过图像采集模块实现对机械游标卡尺的数值图像采集；图像处理及智能算法对数显型和刻度型游标卡尺进行识别与读数，对于数显游标卡尺可自动控制校零机构进行校零，本发明具有精度高、结构简单、易操作、智能化等优点，在实际应用中大大节省了人力，实现自动检定操作，提高校零、检定效率。
41.以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。