指針式儀表的自動檢定系統(tǒng)研究

1、    指針式儀表的自動檢定系統(tǒng)研究    趙準(zhǔn)摘要:本文在數(shù)字圖像處理技術(shù)、精密光柵測量技術(shù)以及步進電機控制技術(shù)的基礎(chǔ)上對指針式儀表的自動檢定進行了研究,并設(shè)計了一種指針式儀表的自動檢定系統(tǒng)。實踐表明,本系統(tǒng)具有高精度、高分辨率、高自動化程度等優(yōu)點。關(guān)鍵詞:指針式儀表 數(shù)字圖像處理 步進電機控制1. 引言指針式儀表是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用非常普遍的測量儀表之一。國內(nèi)對指針式儀表的檢測工作主要是采用人工觀測讀數(shù)的方法,來判斷產(chǎn)品的合格與否,這種判別方法受人的主觀因素如人的觀測角度、觀測距離等影響,不穩(wěn)定、可靠性不高。而且數(shù)據(jù)處理工作量大,檢定效率低。因此,針對目

2、前我國所普遍采用的指針式儀表檢定方法所存在的缺點,研究一種快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的指針式儀表自動檢定系統(tǒng),將非常有助于我國的儀表生產(chǎn)和檢定。本文的研究是在采用光柵測量技術(shù)、步進電機伺服控制技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上,為指針式儀表提供一種自動化程度更高、速度更快、更準(zhǔn)確、更可靠的檢定方法。本系統(tǒng)能自動完成儀表的示值誤差的檢定,且準(zhǔn)確度高、分辨能力強、回程誤差小、操作簡便、檢定效率高,而且可以用于檢定各種類型的百分表、千分表等,有較高的通用性。2. 系統(tǒng)工作原理本文是對指針式儀表的自動檢定技術(shù)進行研究,完成對儀表的各種精度的檢定。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中,要著重的注意以下幾點:(1)系統(tǒng)的自動化程度,這直

3、接決定系統(tǒng)的檢定工作效率。(2)盡量減少系統(tǒng)誤差,因為百分表、千分表等指針式儀表本身為精密測量儀器,要使系統(tǒng)能夠檢定儀表的精度,那么系統(tǒng)應(yīng)該有更高的精度?？紤]到這兩點,本系統(tǒng)先是采用步進電機伺服控制技術(shù)來驅(qū)動儀表指針轉(zhuǎn)動,然后利用ccd攝像機對指針進行“觀察”和“讀數(shù)”,實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化;同時采用光柵傳感器作為精密測量設(shè)備來降低系統(tǒng)誤差。結(jié)合上面的原理,根據(jù)本系統(tǒng)的功能我們設(shè)計整個系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)工作原理圖計算機的主要任務(wù)包括:表盤圖像和光柵信號的采集、表盤圖像的處理、步進電機的控制。表盤圖像的采集是通過控制ccd攝像機實現(xiàn)的;光柵信號的采集是通過與光柵測量系統(tǒng)的通信實

4、現(xiàn)的;步進電機的控制是通過步進電機控制卡發(fā)送脈沖給步進電動機驅(qū)動器來實現(xiàn)的。步進電動機帶動光柵傳感器的手輪,從而驅(qū)動光柵傳感器的推桿,最終推動儀表的測桿使得儀表指針轉(zhuǎn)動。儀表的準(zhǔn)確位移量由光柵測量系統(tǒng)測得,最終由串口傳送到計算機。攝取的表盤圖像通過圖像采集卡傳輸?shù)接嬎銠C。在指針式儀表檢定之前,需要將光柵傳感器的推桿與儀表的測桿相接觸,并將指針對零。系統(tǒng)工作時,首先根據(jù)被檢表的類型和量程確定受檢點的個數(shù)和相鄰受檢點之間的分度間隔。然后由步進電動機帶動動儀表指針轉(zhuǎn)動。在儀表指針轉(zhuǎn)動時,計算機實時采集光柵測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù),當(dāng)該數(shù)據(jù)與相鄰受檢點的間隔距離相等時,計算機啟動ccd攝像機采集表盤圖像,對

5、采集到的表盤圖像進行處理,從而確定儀表指針的位置參數(shù),并將該位置參數(shù)與光柵測量系統(tǒng)采集到的基準(zhǔn)量相比較,從而求出該受檢點的示值誤差。按照這種方法依次檢測正反行程內(nèi)各受檢點的示值誤差。在測量完正反行程各受檢點的示值誤差之后,根據(jù)國家指示表類檢定規(guī)程jjg34.96所規(guī)定的檢定算法,并依據(jù)所有受檢點的示值誤差,可以計算儀表的其它各項精度指標(biāo)如工作行程誤差、回程誤差等。3. 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)按照圖1來設(shè)計。系統(tǒng)采用步進電機為動力源,步進電機通過彈性連軸結(jié)與光柵傳感器的轉(zhuǎn)動輪相連,轉(zhuǎn)動輪將電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動,并推動光柵傳感器的推桿與被檢表的測桿相對,當(dāng)推桿與測桿相接觸后,步進電機

6、便可以直接驅(qū)動測桿移動。光柵測量系統(tǒng)是利用光柵測長原理實時地對光柵傳感器的輸出信號進行處理,并通過計算機串口把標(biāo)準(zhǔn)位移值送到計算機。本系統(tǒng)采用的光柵傳感器每lmm有100個刻線,光柵測量系統(tǒng)對光柵傳感器的信號進行了20細分,光柵傳感器的測桿每移動0.51ma,光柵測量系統(tǒng)的輸出位移值就改變1。步進電機的轉(zhuǎn)動由計算機通過步進電機控制卡進行控制。當(dāng)光柵傳感器的推桿未與被檢表測桿相接觸時,計算機控制步進電機快速運動。當(dāng)推桿與測桿接觸后,計算機控制電機做低速勻速轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)被檢表的指針勻速轉(zhuǎn)動,保證示值測量精度。當(dāng)被檢表指針達到最大行程后,計算機控制電機反向運轉(zhuǎn),實現(xiàn)反行程檢定。在光柵傳感器的推桿推動下

7、產(chǎn)生的被檢表指針指示值變化量,由高精度ccd攝像機進行攝取,通過圖像采集卡的傳輸和計算機圖像處理和計算,最終得到指針示值。整個檢定過程完全是在計算機的控制下完成的,因此本系統(tǒng)具有較高的自動化和智能化程度。4. 本系統(tǒng)的優(yōu)點本文研究的指針式儀表的自動檢定方法是基于數(shù)字圖像處理技術(shù)、精密光柵測量技術(shù)以及步進電機控制技術(shù)的,將數(shù)字圖像處理技術(shù)用于指針式儀表的檢定,具有精度高、效率高、易于實現(xiàn)自動測量等優(yōu)點;另外,將精密光柵測量技術(shù)用來測微位移,有利于提高系統(tǒng)的分辨率;還有,通過步進電機控制卡來實現(xiàn)在計算機上對多步進電機的控制,提高了系統(tǒng)的自動化程度。參考文獻:1徐慧,visual c+數(shù)字圖像實用工程案例精選.北京:人民郵電出版社,20042數(shù)