2.鹤壁市质量技术监督检验测试中心
3.濮阳市质量技术监督检验测试中心
[摘要] 本文研制的分布式图像钢卷尺测量系统很好的解决了目前钢卷尺检定中所存在的需人眼仔细瞄准与估读、手写记录数据、工作量较大、人眼容易疲劳、校准效率较低等的问题，实现了钢卷尺的快速、自动化检定，大大提高钢卷尺的检定效率，降低了钢卷尺检定工作强度，适应了计量技术发展的要求。本本文实施是在原检定台的基础上进行的升级，本文所需费用较少，而且目前很多技术机构配备的钢卷尺检定台均为手工读取计数，开展此项研究可以获得较好的社会经济效益，并填补了国内该领域空白。
[关键词] 钢卷尺；检定校准；计算机视觉技术；人工智能
1 概述
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。钢卷尺是一种应用非常广泛的长度计量器具，它的准确度会直接影响测量的精度，并且用于贸易结算的钢卷尺属强制检定计量器具，因此钢卷尺在使用期间必须进行检定。目前计量检定机构采用钢卷尺检定装置依据JJG4-2015钢卷尺检定规程对钢卷尺进行检定，钢卷尺检定装置由钢卷尺检定台（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，采用钢卷尺检定装置需手工操作完成对钢卷尺的检测，在钢卷尺长检定台上用显微镜对比被测钢卷尺和标准钢卷尺的误差。在检定过程中每次都需人眼仔细瞄准与估读，手写记录数据，工作量较大，人眼容易疲劳及出现计算错误，在大批量检测过程中，不仅示值不准确还浪费时间，劳动强度高。为此，针对目前钢卷尺检定装置中所存在问题并结合我中心工作实际，我们研制了一套分布式图像钢卷尺测量系统，实现钢卷尺的快速检定。
2 传统钢卷尺检定校准装置存在的问题
目前，国内大部分计量检定机构目前仍采用传统的检定装置基本上人工操作，检测工作量大，人为估读误差较大，影响测量结果的不确定度因素较多。近年来国内外同行设计出了一些钢卷尺自动检定装置，如现有一种光栅式钢卷尺检定装置是利用5m长导轨上配置5m光栅及一台工业相机，在导轨上自动按每米移动工业相机瞄准钢卷尺刻线，但该装置价格昂贵达数十万元。
3 基于计算机视觉技术的经济实用型钢卷尺人工智能检定校准装置研究
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。本钢卷尺人工智能检定校准装置在原有传统钢卷尺检定台基础上如果采取加装工业相机、图像处理系统等措施，不仅实现了检定自动化，降低检定人员的劳动强度，提供检定结果的准确度，而且能节约很大成本，具有良好的经济社会效益。
本文研制的分布式图像钢卷尺测量系统采用计算机视觉技术和图像处理技术，在我中心现有钢卷尺检定台上加装设计制作5个四维机械调整机构用于安装工业相机，依据钢卷尺刻线成像放大要求选择相应光学镜头及工业相机，安装工业相机后分别调整安装支架使钢卷尺刻线成像清晰。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然后由工业相机将采集的标准钢卷尺和被检钢卷尺的各整米处的图像传输到上位机，由上位机中的图像处理软件对各图片进行处理，并对相机采集到的钢卷尺刻线的图像进行实时图像分析获取刻线位置，同时该软件能够自动计算偏差及输出数据报告，实现了钢卷尺整米线纹的同时快速检定。
4 钢卷尺人工智能检定校准装置进一步分析
（1）该系统的使用比较方便，成本相对于市面上的其他类似产品低很多，且精度比较高，稳定性好，可以提高钢卷尺的检定速度，降低检定成本，使计量单位获得比较可观利润。瞄准准确度由0.1mm提升到（0.03-0.05）mm；实现钢卷尺刻线偏差自动读取计算，避免人眼瞄准估读及手工计算误差；测量数据可自动存储并生成检定记录文件。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
5 结语
本钢卷尺人工智能检定校准装置在原钢卷尺检定台的支架上设计制作5个工业相机安装支架，依据刻线成像放大要求选择相应光学镜头及工业相机，安装工业相机后分别调整支架使钢卷尺刻线成像清晰。然后由工业相机将采集的钢卷尺各整米处的图像传输到上位机，由上位机中的图像处理软件对各图片进行处理，并对相机采集到的刻线的图像进行实时图像分析获取刻线位置，同时该软件能够自动计算偏差及输出数据报告。
本文研制的分布式图像钢卷尺测量系统很好的解决了目前钢卷尺检定中所存在的需人眼仔细瞄准与估读、手写记录数据、工作量较大、人眼容易疲劳、校准效率较低等的问题，实现了钢卷尺的快速、自动化检定，大大提高钢卷尺的检定效率，降低了钢卷尺检定工作强度，适应了计量技术发展的要求。本本文实施是在原检定台的基础上进行的升级，本文所需费用较少，而且目前很多技术机构配备的钢卷尺检定台均为手工读取计数，开展此项研究可以获得较好的社会经济效益，并填补了国内该领域空白。
6 参考文献
[1] 崔丽霞、唐元宁. 智能化钢卷尺标准装置改造研究[J]. 中国计量，2018.
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[3] 于铖灵、臧云歌. 新型钢卷尺检定装置的研究[J]. 中国计量，2012.
[4] 茅振华、杜子平、张晓、周振高、许照乾. 低成本高精度钢卷尺自动检定装置的研究[J]. 中国计量，2011.
论文作者:罗锋1, 王曹宇2,,霍磊3, 罗春菊1,,郑淞
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第06期
论文发表时间:2019/7/31
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