專(zhuān)利名稱(chēng)：百分表千分表自動(dòng)檢定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種計(jì)量?jī)x器的檢測(cè)校準(zhǔn)設(shè)備，具體的說(shuō)是一種用于百分表千分表的計(jì)量檢定裝置。
技術(shù)背景經(jīng)過(guò)調(diào)研和計(jì)算機(jī)檢索查詢(xún)，得知我國(guó)目前計(jì)量技術(shù)部門(mén)使用的手動(dòng)或已研制成功的半自動(dòng)、自動(dòng)百分表千分表檢定裝置，在技術(shù)方面分別存在以下不足1、自動(dòng)化水平不高。手動(dòng)和半自動(dòng)百分表千分表檢定裝置都采用手動(dòng)操作、人眼瞄準(zhǔn)讀數(shù)，手工計(jì)數(shù)，重復(fù)性勞動(dòng)多，工作強(qiáng)度大，檢定效率低。
2、檢定項(xiàng)目不全。凡采用圖象處理技術(shù)的自動(dòng)百分表千分表檢定裝置，只開(kāi)展示值誤差檢定項(xiàng)目。在自動(dòng)檢定的實(shí)現(xiàn)上，無(wú)自適應(yīng)、實(shí)時(shí)控制、刻度瞄準(zhǔn)描述，也無(wú)瞄準(zhǔn)精度、圖象采集處理控制時(shí)間及刻度讀數(shù)的不確定度描述。
3、無(wú)法減小甚至消除瞄準(zhǔn)誤差或估讀誤差。由于檢定過(guò)程中工作人員自身和圖象處理技術(shù)不成熟存在的瞄準(zhǔn)誤差、估讀誤差，致使現(xiàn)使用的百分表千分表檢定裝置的測(cè)量總不確度較大，不能完全滿(mǎn)足誤差理論中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置和被檢儀表不確定度關(guān)系的要求。

發(fā)明內(nèi)容
一種百分表千分表自動(dòng)檢定裝置，其主要由機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、圖像采集分析及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，具體的說(shuō)，其橫向工作臺(tái)(17)裝在機(jī)架上可在橫向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)下在機(jī)架上移動(dòng)，縱向工作臺(tái)(18)以其底部的卡槽裝于橫向工作臺(tái)上在縱向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(4)驅(qū)動(dòng)下可在橫向工作臺(tái)上移位，檢測(cè)表表架(21)位于橫向工作臺(tái)一端，攝像機(jī)構(gòu)(12)和測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)分別位于檢測(cè)表表架(21)兩側(cè)，微進(jìn)機(jī)構(gòu)(16)通過(guò)微進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)的減速箱(19)裝于橫向工作臺(tái)(17)上，測(cè)徑變機(jī)構(gòu)、微進(jìn)機(jī)構(gòu)、減速箱均位于同一軸線上，測(cè)力傳感器(9)裝于測(cè)力機(jī)構(gòu)(6)一端并位于縱向工作臺(tái)(18)中部，在縱向工作臺(tái)另一邊設(shè)有測(cè)量部件放置槽，測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)中采用光柵測(cè)量部件與被檢表測(cè)頭接觸測(cè)量徑變，并在測(cè)徑變步進(jìn)電機(jī)(5)的控制下移位；橫向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(2)、微進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)(3)、縱向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(4)、測(cè)徑變步進(jìn)電機(jī)(5)的一端均和控制電路(1)連接，其中橫向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(2)、微進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)(3)、縱向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(4)的另一端分別接測(cè)力機(jī)構(gòu)(6)和測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)(9)，測(cè)徑變步進(jìn)電機(jī)(5)的另一端接測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)；測(cè)力機(jī)構(gòu)(6)的第一輸出端接入控制電路(1)，第二輸出端依次接測(cè)力傳感器(9)、位移信號(hào)處理電路(13)、圖像分析及處理系統(tǒng)(15)，第三輸出端接入攝像機(jī)(12)；測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)(7)的第一輸出端接入控制電路(1)，第二輸出端依次接測(cè)長(zhǎng)儀(10)、測(cè)力信號(hào)處理電路(14)、圖像分析及處理系統(tǒng)(15)，第三輸出端接攝像機(jī)(12)；測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)的第一輸出端接控制電路(1)，第二輸出端接攝像機(jī)(12)；攝像機(jī)(12)通過(guò)圖像采集卡(11)與圖像分析處理系統(tǒng)(15)相連接并接入控制電路(1)。
本發(fā)明的優(yōu)異效果主要表現(xiàn)在1、測(cè)量精度明顯提高。由于機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)特別選用了光柵測(cè)量部件、應(yīng)變傳感器、步進(jìn)電機(jī)、精密絲杠等部件，并分別用在縱橫向工作臺(tái)、微進(jìn)給步進(jìn)機(jī)構(gòu)和徑向加力機(jī)構(gòu)、縱橫向工作臺(tái)和微進(jìn)給步進(jìn)機(jī)構(gòu)上，并在數(shù)據(jù)瞄準(zhǔn)上采用了圖象處理、計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)控等先進(jìn)技術(shù)，從而使裝置更加穩(wěn)固，機(jī)械位移更加精確，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，測(cè)量精度明顯提高，總體技術(shù)指標(biāo)不僅達(dá)到而且優(yōu)于國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程規(guī)定要求。與計(jì)量單位現(xiàn)使用的百分表千分表檢定裝置相比，長(zhǎng)度測(cè)量不確定度，百分表由3.5μm提高到2μm，千分表由2μm提高到1μm；長(zhǎng)度測(cè)量分度值達(dá)到0.01μm.；測(cè)力分度值由0.1N提高到0.01N；分度值瞄準(zhǔn)誤差，由10％提高到3％?？朔爽F(xiàn)有百分表千分表檢定裝置測(cè)量不確定度大的缺陷。
2、大大減輕了百分表和千分表檢定工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了檢定工作效率。該“裝置”將精密機(jī)械技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、圖象處理技術(shù)有機(jī)地融合于一體。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定性好、自動(dòng)化水平高，工作時(shí)瞄準(zhǔn)、定位等動(dòng)作都由“裝置”本身自動(dòng)完成，檢定人員工作時(shí)比較輕松，能夠保持長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)疲勞，提高了工作效率。解決了現(xiàn)有百分表千分表測(cè)量過(guò)程中重復(fù)性操作多，工作強(qiáng)度大、效率低的問(wèn)題。
3、實(shí)用性好。對(duì)工作環(huán)境條件要求低，可在一般環(huán)境下使用。
4、檢定項(xiàng)目齊全。該“裝置”可對(duì)各種不同型號(hào)的百分表千分表進(jìn)行計(jì)量檢定，既可進(jìn)行長(zhǎng)度校準(zhǔn)，又具有測(cè)力、示值變化、徑向示值變化的功能，較全面的檢定表類(lèi)量具的性能。
5、量傳方便。該“裝置”可方便的溯源于國(guó)家長(zhǎng)度、質(zhì)量基準(zhǔn)器。
6、維修性好，可靠性高。該“裝置”采用的精密機(jī)械技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試等技術(shù)均為成熟技術(shù)，選用的光柵測(cè)量部件、應(yīng)變傳感器、步進(jìn)電機(jī)、精密絲杠等部件都是標(biāo)準(zhǔn)部件，所以該“裝置”具有較好的維修性和較高的可靠性。
7、操作靈活、簡(jiǎn)便，安全。
8、成本低，易于推廣。
9、便于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)。通過(guò)設(shè)計(jì)機(jī)械手在測(cè)量示值變化時(shí)拉動(dòng)測(cè)桿，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)。


圖1為本實(shí)用新型原理結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實(shí)用新型中縱向工作臺(tái)俯視圖。
圖4、圖5為本實(shí)用新型電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
在發(fā)明內(nèi)容部分已有詳細(xì)描述，本部分對(duì)其工作原理詳述如下
1、機(jī)械系統(tǒng)該系統(tǒng)由測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)、測(cè)力機(jī)構(gòu)、測(cè)示變機(jī)構(gòu)、測(cè)徑變機(jī)構(gòu)、攝象機(jī)構(gòu)5部分組成。各機(jī)械機(jī)構(gòu)在與其連接的4個(gè)不同功能步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)的指揮控制，帶動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)分別完成手動(dòng)攝象機(jī)構(gòu)調(diào)整和自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)、測(cè)力、測(cè)示變、測(cè)徑變項(xiàng)目。
A、測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)通過(guò)控制系統(tǒng)控制本機(jī)構(gòu)中步進(jìn)減速機(jī)械機(jī)構(gòu)移動(dòng)工作臺(tái)，使光柵測(cè)量部件的測(cè)頭與被檢表測(cè)頭接觸，在圖像分析及處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控下，再控制微進(jìn)給步進(jìn)機(jī)構(gòu)移動(dòng)螺桿，以推動(dòng)測(cè)量表測(cè)桿，讓被檢表指針瞄準(zhǔn)表盤(pán)面某一刻度，實(shí)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)給量的測(cè)量。
B、測(cè)力機(jī)構(gòu)在控制電路的控制下，通過(guò)測(cè)力測(cè)長(zhǎng)轉(zhuǎn)換步進(jìn)機(jī)構(gòu)，移開(kāi)測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)調(diào)整測(cè)力機(jī)構(gòu)，使測(cè)力傳感器位于測(cè)量表測(cè)桿所在軸線上，然后通過(guò)實(shí)時(shí)控制微進(jìn)給步進(jìn)機(jī)構(gòu)或步進(jìn)機(jī)械機(jī)構(gòu)，完成被檢表測(cè)力的測(cè)量。
C、測(cè)示變機(jī)構(gòu)在控制電路的控制和圖像采集分析處理系統(tǒng)的監(jiān)視下，先用步進(jìn)機(jī)械機(jī)構(gòu)和微進(jìn)給步進(jìn)機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)所要測(cè)量的某一位置，然后用手拉動(dòng)測(cè)量表測(cè)桿實(shí)施測(cè)量，結(jié)果由示值變化圖像采集分析處理系統(tǒng)讀出，完成被檢表示值變化的測(cè)量。
D、測(cè)徑變機(jī)構(gòu)測(cè)徑變機(jī)構(gòu)在控制電路的控制下，移動(dòng)步進(jìn)機(jī)械機(jī)構(gòu)，使光柵測(cè)量部件的測(cè)頭與被檢表測(cè)頭接觸；然后在圖像采集分析處理系統(tǒng)的監(jiān)視和控制電路的控制下，由步進(jìn)機(jī)械機(jī)構(gòu)或微進(jìn)給步進(jìn)機(jī)構(gòu)推動(dòng)表?xiàng)U到所要測(cè)量的位置上，徑變加力機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，給測(cè)量表測(cè)桿加力，最后由圖像采集分析處理系統(tǒng)讀出數(shù)據(jù)。
E、攝像機(jī)構(gòu)攝像機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)是CCD攝像頭拍攝測(cè)量表表盤(pán)圖像，監(jiān)視被檢表指針相對(duì)表盤(pán)零刻度的轉(zhuǎn)動(dòng)位置、瞄準(zhǔn)測(cè)量刻度，完成示值變化測(cè)量。
2、電子系統(tǒng)該系統(tǒng)由位移信號(hào)處理電路、測(cè)力信號(hào)處理電路、控制電路、圖像采集分析處理系統(tǒng)4部分組成。各相關(guān)電路與計(jì)算機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、攝像頭、限位定位開(kāi)關(guān)、測(cè)長(zhǎng)傳感器、測(cè)力傳感器相連，通過(guò)收發(fā)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換、比較，在計(jì)算機(jī)程序控制下，完成測(cè)量項(xiàng)目控制信號(hào)的發(fā)送、圖象處理和數(shù)據(jù)的自動(dòng)判讀生成與輸出打印。
A、位移信號(hào)處理電路選用集光柵傳感器、測(cè)桿、位移信號(hào)處理電路等于一體的位移測(cè)量部件，既保證了測(cè)量精度又避免了重復(fù)設(shè)計(jì)。部件的分辨力為0.1μm，量程為50mm，滿(mǎn)量程最大誤差為±0.5μm。
B、測(cè)力信號(hào)處理電路測(cè)力信號(hào)處理電路是將測(cè)力傳感器的測(cè)力信號(hào)經(jīng)放大、非線性修正、模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行處理，處理后使測(cè)力傳感器的分辨力不大于0.1N，測(cè)力的測(cè)量不確定度不大于0.1N。
C、控制電路控制電路主要是通過(guò)脈沖發(fā)生電路、選通電路、脈沖延時(shí)電路、脈沖分頻電路、脈沖放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等共同作用，在計(jì)算機(jī)的指揮下發(fā)出控制信號(hào)指令，實(shí)時(shí)控制相關(guān)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)有關(guān)機(jī)構(gòu)，完成不同項(xiàng)目的測(cè)量工作。
D、圖像采集分析處理系統(tǒng)圖像采集分析處理系統(tǒng)是利用被檢表中指針與刻度這一非常重要的幾何特征，首先將表盤(pán)面的指針和字符的相對(duì)位置關(guān)系讀入系統(tǒng)，作為基準(zhǔn)圖像；然后采集測(cè)量時(shí)的指針圖像，計(jì)算出指針相對(duì)基準(zhǔn)圖像中刻度的角度，仿照人的視覺(jué)判斷出指針當(dāng)前位置，并對(duì)讀數(shù)進(jìn)行判讀，完成控制和實(shí)時(shí)測(cè)量工作。
權(quán)利要求1.一種百分表千分表自動(dòng)檢定裝置，其特征是橫向工作臺(tái)(17)裝在機(jī)架上可在橫向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)下在機(jī)架上移動(dòng)，縱向工作臺(tái)(18)以其底部的卡槽裝于橫向工作臺(tái)上在縱向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(4)驅(qū)動(dòng)下可在橫向工作臺(tái)上移位，檢測(cè)表表架(21)位于橫向工作臺(tái)一端，攝像機(jī)構(gòu)(12)和測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)分別位于檢測(cè)表表架(21)兩側(cè)，微進(jìn)機(jī)構(gòu)(16)通過(guò)微進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)的減速箱(19)裝于橫向工作臺(tái)(17)上，測(cè)徑變機(jī)構(gòu)、微進(jìn)機(jī)構(gòu)、減速箱均位于同一軸線上，測(cè)力傳感器(9)裝于測(cè)力機(jī)構(gòu)(6)一端并位于縱向工作臺(tái)(18)中部，在縱向工作臺(tái)另一邊設(shè)有測(cè)量部件放置槽，測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)中采用光柵測(cè)量部件與被檢表測(cè)頭接觸測(cè)量徑變，并在測(cè)徑變步進(jìn)電機(jī)(5)的控制下移位；橫向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(2)、微進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)(3)、縱向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(4)、測(cè)徑變步進(jìn)電機(jī)(5)的一端均和控制電路(1)連接，其中橫向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(2)、微進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)(3)、縱向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(4)的另一端分別接測(cè)力機(jī)構(gòu)(6)和測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)(9)，測(cè)徑變步進(jìn)電機(jī)(5)的另一端接測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)；測(cè)力機(jī)構(gòu)(6)的第一輸出端接入控制電路(1)，第二輸出端依次接測(cè)力傳感器(9)、位移信號(hào)處理電路(13)、圖像分析及處理系統(tǒng)(15)，第三輸出端接入攝像機(jī)(12)；測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)(7)的第一輸出端接入控制電路(1)，第二輸出端依次接測(cè)長(zhǎng)儀(10)、測(cè)力信號(hào)處理電路(14)、圖像分析及處理系統(tǒng)(15)，第三輸出端接攝像機(jī)(12)；測(cè)徑變機(jī)構(gòu)(8)的第一輸出端接控制電路(1)，第二輸出端接攝像機(jī)(12)；攝像機(jī)(12)通過(guò)圖像采集卡(11)與圖像分析處理系統(tǒng)(15)相連接并接入控制電路(1)。
專(zhuān)利摘要一種百分表千分表自動(dòng)檢定裝置，由機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、圖像采集分析及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，由控制電路控制的橫向工作部進(jìn)電機(jī)、微進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)、縱向工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和測(cè)徑變步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)測(cè)力機(jī)構(gòu)、測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)、測(cè)徑變機(jī)構(gòu)工作采集數(shù)據(jù)輸入圖像分析及處理系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)輸出測(cè)量項(xiàng)目。該“裝置”將精密機(jī)械技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、圖象處理技術(shù)有機(jī)地融合于一體。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定性好、自動(dòng)化水平高，工作時(shí)瞄準(zhǔn)、定位等動(dòng)作都由“裝置”本身自動(dòng)完成，檢定人員工作時(shí)比較輕松，能夠保持長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)疲勞，提高了工作效率。解決了現(xiàn)有百分表千分表測(cè)量過(guò)程中重復(fù)性操作多，工作強(qiáng)度大、效率低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01B21/06GK2553338SQ0226202
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2002年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月3日
發(fā)明者王廣賢, 劉繼賢 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍96401部隊(duì)裝備部