JJG4-1999鋼卷尺概述

鋼卷尺可分為，自卷式卷尺、制動(dòng)式卷尺、搖卷式卷尺。鋼卷尺的其他名稱有：鋼皮卷尺、鋼盒尺。

其次是纖維卷尺，就是大家常?？吹降钠こ?，很多人說(shuō)是布尺，腰圍尺、裁縫尺（量衣尺）都屬于此類。在我國(guó)的南方和香港地區(qū)經(jīng)常稱之為軟尺或者拉尺。其材質(zhì)是PVC塑料和玻璃纖維，玻璃纖維能防止在卷尺的使用過(guò)程中被拉長(zhǎng)。禮品尺用于廣告促銷之用途，分為鋼卷尺（鋼帶）和皮卷尺（PVC塑料纖維尺帶），通常是造型可愛(ài)比較小巧。

鋼卷尺的準(zhǔn)確度會(huì)直接影響測(cè)量精度，因此鋼卷尺在使用期間必須進(jìn)行質(zhì)量檢定。大多數(shù)計(jì)量所仍在采用手工操作完成對(duì)鋼卷尺的檢測(cè)，在鋼卷尺長(zhǎng)檢臺(tái)上用顯微鏡對(duì)比被測(cè)鋼卷尺和標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺的誤差，這種方式自動(dòng)化、數(shù)字化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此檢定機(jī)構(gòu)迫切需求一種既能滿足鋼卷尺的檢驗(yàn)精度，又能提高檢驗(yàn)效率的鋼卷尺誤差自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。針對(duì)鋼卷尺的檢定要求，研制了基于CCD圖像的鋼卷尺自動(dòng)檢定系統(tǒng)，并利用Visual Basic6開(kāi)發(fā)了圖像處理軟件，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)圖像采集處理，檢測(cè)結(jié)果報(bào)表輸出，重復(fù)精度小于12μm，操作簡(jiǎn)便，對(duì)大于10m的鋼卷尺可進(jìn)行分段檢測(cè)。

圖像采集系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖像采集系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、10m長(zhǎng)檢臺(tái)、工業(yè)相機(jī)和傳感器等組成。通過(guò)計(jì)算機(jī)中的軟件界面輸入控制命令，由計(jì)算機(jī)和單片機(jī)共同控制，完成檢測(cè)車的運(yùn)行，圖像采集，圖像識(shí)別處理、檢測(cè)結(jié)果報(bào)表打印等工作。

檢定時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺固定放在長(zhǎng)檢臺(tái)上，鋼卷尺的零位由零位調(diào)整器定位并夾緊，另一端加載檢定規(guī)程中所規(guī)定質(zhì)量的砝碼，再將被檢鋼卷尺平行鋪在并列位置，固定在工作臺(tái)上，另一端加砝碼，調(diào)整對(duì)零螺桿，對(duì)準(zhǔn)零位。在計(jì)算機(jī)中的軟件系統(tǒng)輸入檢測(cè)信息和控制命令，通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行通信口輸出控制命令和相關(guān)參數(shù)給控制器中的單片機(jī)，單片機(jī)將接收的字符串進(jìn)行解析，提取出控制命令，根據(jù)命令輸出具有給定頻率的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)檢測(cè)小車運(yùn)行，計(jì)算機(jī)通過(guò)單片機(jī)控制滑臺(tái)移動(dòng)到每個(gè)檢定位置后，CCD攝像頭通過(guò)計(jì)算機(jī)控制攝取標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺和被測(cè)鋼卷尺的線紋圖像，經(jīng)高速實(shí)時(shí)圖形采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字圖像處理。利用VB編寫(xiě)的軟件系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理、二值化處理、邊緣提取處理和直線查找等，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺和被測(cè)鋼卷尺的檢測(cè)刻線坐標(biāo)值進(jìn)行比較，求得差值和長(zhǎng)度與像素的對(duì)應(yīng)值后再進(jìn)行相應(yīng)的處理，結(jié)果輸出為檢定原始記錄，并自動(dòng)建檔備案。對(duì)大于10m的鋼卷尺，則利用首尾相接的分段法進(jìn)行檢定。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心，通過(guò)上位PC機(jī)與下位單片機(jī)的串行通信控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。工業(yè)攝像機(jī)安裝在檢測(cè)小車上，檢測(cè)小車由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，單片機(jī)根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的控制命令實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)距離、方向以及速度控制。整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作通過(guò)單片機(jī)和PC機(jī)的串行通信由PC機(jī)來(lái)控制，如圖2所示。

圖3給出基于STC89C52單片機(jī)的串行通信及步進(jìn)電機(jī)控制電路。PC機(jī)與單片機(jī)機(jī)之間采用串行通訊方式。由于PC機(jī)串口電平邏輯是RS－232C電平，而STC89C52RC串口電平邏輯是TTL電平，因此二者不能直接相連接，故需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)中，選用了MAX232作為電平轉(zhuǎn)換的器件，STC89C52RC單片機(jī)與PC機(jī)的串行通訊接口電路如圖3。通過(guò)MAX232轉(zhuǎn)換出來(lái)的RS－232C串行信號(hào)再連至DB9插座與外部PC連接，便可建立RS－232C的通訊接口。利用單片機(jī)的P2口的3個(gè)引腳P2.0，P2.1，P2.2分別輸出脈沖、轉(zhuǎn)向和使能信號(hào)，送入到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

圖像處理技術(shù)與系統(tǒng)

圖像采集系統(tǒng)將采集的鋼卷尺各整米處的圖像傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由上位機(jī)中的軟件對(duì)各圖片進(jìn)行處理，由于鋼卷尺型號(hào)較多，顏色各異，線紋結(jié)構(gòu)差異較大，裝置在圖像處理方面需要解決的問(wèn)題是:采用正確的方法檢測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)鋼卷尺的米刻線中心位置，使系統(tǒng)的測(cè)量精度得到保證。

（1）圖像灰度化處理

采集的圖像并不能直接用識(shí)別程序進(jìn)行識(shí)別，首先需要進(jìn)行灰度化預(yù)處理。灰度圖像是R、G、B3個(gè)分量相同的一種特殊的彩色圖像，其1個(gè)像素點(diǎn)的變化范圍為255種，所以在數(shù)字圖像處理中，為使后續(xù)圖像的計(jì)算量變得少一些，一般先將各種格式的圖像轉(zhuǎn)變成灰度圖像。灰度圖像的描述與彩色圖像一樣仍然反映了整幅圖像的整體和局部的色度和亮度等級(jí)的分布和特征。圖像的灰度化處理可用2種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）圖像分區(qū)式二值化處理

圖像的二值化處理就是將圖像上的點(diǎn)的灰度置為0或255，也就是將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。即將256個(gè)亮度等級(jí)的灰度圖像通過(guò)適當(dāng)?shù)拈y值選取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要的地位，特別是在實(shí)用的圖像處理中，以二值圖像處理實(shí)現(xiàn)而構(gòu)成的系統(tǒng)是很多的，要進(jìn)行二值圖像的處理與分析，首先要把灰度圖像二值化，得到二值化圖像，這樣有利于再對(duì)圖像做進(jìn)一步處理時(shí)，圖像的集合性質(zhì)只與像素值為0或255的點(diǎn)的位置有關(guān)，不再涉及像素的多級(jí)值，使處理變得簡(jiǎn)單，而且數(shù)據(jù)的處理和壓縮量小。研究中被測(cè)鋼卷尺的刻度線及背景顏色是多樣的，標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺的顏色是固定的，這就需要對(duì)包含在同一幅圖像中的標(biāo)準(zhǔn)尺區(qū)和被測(cè)尺區(qū)選取不同的閥值進(jìn)行二值化處理。分區(qū)式二值化處理后的圖像如圖4所示。

測(cè)量較長(zhǎng)物體的尺寸或距離。

鋼卷尺部件組成

卷尺主要由由外殼、尺條、制動(dòng)、尺鉤、提帶、尺簧、防摔保護(hù)套和貼標(biāo)八個(gè)部件構(gòu)成，具體功能如下：

1、外殼：ABS新塑料，外表有光澤質(zhì)感；抗摔、耐磨、不易變形。

2、尺條：采用厚度為10絲（0.10mm）的50#一級(jí)帶鋼；尺面為最先進(jìn)的環(huán)保油漆：無(wú)味、光滑耐磨、色彩鮮艷,刻度清晰明亮

3、制動(dòng)：具有上、側(cè)、底三維制動(dòng)，手控感覺(jué)更強(qiáng)。

4、尺鉤：鉚釘尺鉤結(jié)構(gòu)，不易變形、確保測(cè)量更加精準(zhǔn)。

5、提帶：橡膠、尼龍兩種；高檔優(yōu)質(zhì)；結(jié)實(shí)耐用、手感好。

6、尺簧：一般采用50#碳鋼、65#錳材質(zhì)：韌性強(qiáng)、精確度高。

7、防摔保護(hù)套：優(yōu)質(zhì)塑料，防止摔壞和碰撞破損，增強(qiáng)耐用性。

8、貼標(biāo)：可根據(jù)客戶要求貼標(biāo)生產(chǎn)。

距離測(cè)量

常用的距離測(cè)量方法有卷尺量距和光電測(cè)距等。卷尺量距是使用可以卷起來(lái)的帶狀尺沿地面測(cè)量，屬于直接量距。光電測(cè)距是用儀器在兩點(diǎn)間發(fā)射和接收調(diào)制光波，按其傳播速度和時(shí)間測(cè)定距離，屬于電子物理測(cè)距。光電測(cè)距屬于間接測(cè)距。

卷尺量距

卷尺的種類和量距工具

卷尺有鋼卷尺和皮尺兩種，長(zhǎng)度有3m、5m、20m、30m、50m數(shù)種。

距離丈量

一般先量出n整尺段，在地面用測(cè)釬或劃線標(biāo)明，最后量余長(zhǎng)，總的長(zhǎng)度為：

nX尺段長(zhǎng) 余長(zhǎng)為了防止丈量中的錯(cuò)誤和提高丈量精度，需要往返丈量。往測(cè)長(zhǎng)度和返測(cè)長(zhǎng)度之差，除以長(zhǎng)度的概值，化為分子為1的分式，稱為相對(duì)誤差，或稱相對(duì)精度。鋼尺量距的相對(duì)精度一般不應(yīng)低于1/3000。

比尺場(chǎng)的兩個(gè)端點(diǎn)之間為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度L，用被鑒定的鋼尺去量，經(jīng)溫度改正得到L’, (L-L’)/L為每米改正數(shù)。乘以名義長(zhǎng)度，即得改正值 （四）鋼卷尺量距的長(zhǎng)度改正 （1）尺長(zhǎng)改正值大于尺長(zhǎng)的1/10000時(shí)，應(yīng)加尺長(zhǎng)改正； （2）量距時(shí)溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度相差正負(fù)10度時(shí)，應(yīng)加溫度改正；（3）沿地面丈量的地面坡度大于1.5%時(shí)，應(yīng)加高差改正。