[发明专利]基于CCD视觉光栅式三等金属线纹尺标准测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及长度计量领域，具体地说是一种基于CCD视觉光栅式三等金属线纹尺标准测量装置。

背景技术

线纹计量是长度计量的一个主要内容，是利用线纹尺进行的计量。线纹尺(钢直尺)是几何量计量的一种主要的实物标准，它以两刻线间的距离来复现长度量值。线纹计量在现代社会中广泛应用，线纹量值是否准确统一对国民经济将产生重大影响。

目前，对钢直尺的测量方法和原理还是停留在传统的、机械式的比较测量。将三等标准金属线纹尺与被检尺分别放在钢直尺检定台上，使被检尺的刻线面与标准尺的尺边同在同一平面上。调整被检尺，使其线纹轴线与标准尺的尺边平行，使标准尺的首段或末端线纹与被检尺的端边对齐，用标准尺所附的两个7倍放大镜在标准尺上读出被检尺的误差。

在测量工作过程中，分辨率引入的不准确度、三等标准金属线纹尺的示值误差引起的不确定度、违背阿贝原则引起的标准不确定度，为影响最大的不确定来源。如直尺和三等标准线纹尺之间的平行度稍微有所变化，就会使这次的测量不确定度超出评价要求，导致钢直尺示值误差符合性评定不合格。因此测量工作过程繁琐，人工数据处理相对复杂，检定过程非常缓慢，耗时耗力，工作效率低，而且容易使检定合格与否误判。

发明内容

为克服现有三等标准金属线纹尺装置的不足，本发明提供了一种基于CCD视觉光栅式三等金属线纹尺标准测量装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括钢直尺、0级平板底座、CCD视觉系统、读数头、光栅尺、丝杠和HMI人机界面显示屏；钢直尺通过夹具装置水平固定安装在0级平板底座上，钢直尺上的刻线面朝上，在X轴、Y轴、Z轴、XY向、YZ向、ZX向不出现移动或偏摆的变化，轴向运动控制系统包括丝杠、套在丝杠上的丝杆螺母以及电机，电机的输出轴与丝杆同轴连接，丝杆水平安装在钢直尺上方并与钢直尺平行；光栅式测量系统包括读数头和光栅尺，光栅尺安装在导轨后侧平面上并与丝杠轴向平行，光栅尺刻线垂直方向朝上；读数头与CCD视觉系统均通过专用连接块固定安装在轴向运动控制系统的丝杆螺母上，读数头基面垂直方向朝下，读数头和光栅尺的平行度保证在0.1mm之内，读数头和光栅尺的间隙控制在0.8±0.08mm之内；CCD视觉系统连接HMI人机界面显示屏。

还包括PLC工控系统，PLC工控系统分别与轴向运动控制系统的电机、光栅式测量系统的读数头和HMI人机界面显示屏连接。

所述的CCD视觉系统为显微镜头，显微镜头竖直向下朝向钢直尺的刻线。

所述的夹具装置包括基座、弹簧及推压板，推压板一侧面经弹簧弹性连接基座，推压板另一侧面推压钢直尺将其固定，推压板上设有用于推动的空心把手。推压板的空心把手可以将压板推向基座这一端；在松开推压板的空心把手后，推压板借助弹簧的弹性力可将钢直尺压稳固定，保证了的工作稳定性，操作十分方便，减少了工作量。

所述的轴向运动控制系统还包括用于连接电机控制旋转的电子手轮。当电子手轮工作时，电子手轮内置编码器产生相对应的信号，驱动指挥电机转动。丝杆与电机的输出轴同轴连接，将旋转运动变换为直线运动，带动丝杆螺母及安装在专用连接块上的读数头与CCD视觉系统轴向运动。

发明是集光、机、电、计算机图像技术于一体的高精度、高科技的测量装置。由光学显微镜对待测位置尺寸进行高倍率光学放大成像，经过CCD摄像机系统放大后的影像送入人机界面。

CCD视觉系统采集图像，双刻线发生器在屏幕上产生的视频双刻线为基准，对被位置进行瞄准测量，并通过工作台带动光栅读数头在轴向上移动，工作台位移量的数据由PLC工控系统进行数据处理，从而对钢直尺的检定测量工作。

本发明同现有的三等标准金属线纹尺装置相比，其有益效果是：

本发明采用CCD视觉系统，利用线性激光将光线投射到工件表面，由线阵CCD摄像机获取工件表面的图像并进行处理。采用光栅测量系统，通过读数头集成的内置细分电路，输出分辨率从0.1μm的数字信号，示值精度可达2μm/1000mm。

本发明采用PLC工控系统，集成高位计数脉冲端口以及RS232、RS485通讯协议端口，实现中央处理器的功能。

本发明采用HMI人机界面，实现动态的CCD视图，实现测量数据的监控，实现对测量参数进行设置、储存等功能，操作方便、安全直观。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图。

图2为本发明各个部件连接示意图。

图3为本发明CCD视觉系统采集的影像图。