智能化鋼卷尺標準裝置改造

鄧愷 況嚴

[摘要]現如今，鋼卷尺檢定裝置是長度計量專業非常重要的檢定裝置之一。某市計量院多年前購置的“鋼卷尺檢定裝置”是當前技術條件下結構最簡陋、操作煩瑣、效率低下的一種。由于設備存在諸多缺陷，我們充分吸收國內外最新的電子、電氣控制、光學、測量等領域的科研技術成果，對設備進行了智能化改造，申報并獲批了原國家質檢總局的科技計劃項目“智能化鋼卷尺標準裝置研究一鋼卷尺標準裝置改造項目”。

[關鍵詞]智能化;鋼卷尺;標準裝置

引言

我國目前的幾何量控制意識已接近歐美國家水平，在20世紀我國就已制定了鋼卷尺檢定規程和相關產品標準，標準規定測量設備必須受控，必須進行計量確認。根據計量確認的定義，計量確認的第一步就是計量校準。為保證工作鋼卷尺的測量精度，必須保證工作鋼卷尺標準裝置的檢測靈敏度、分辨率和可靠性。目前我國將鋼卷尺納入強制檢定計量器具管理目錄，計量檢定機構對鋼卷尺周期檢定、企業質量檢驗部門對產品出廠檢驗。通常鋼卷尺檢定裝置需要人工將兩個鋼卷尺零位對齊，然后手工移動讀數顯微鏡，在每米處對標準鋼卷尺和被檢鋼卷尺進行比較、人工記錄數據，并進行相對比較、檢定鋼卷尺的示值誤差。這種檢定方法不僅勞動強度較大，操作極不方便，檢定效率低下，還容易因人為讀數誤差造成測量準確度不高，更無法進行數據自動存儲，為后續證書、檢驗報告出具也帶來許多不便。鑒于此，我們設計了采用多點式機器視覺系統讀數的方法來代替人眼和增加自動收放鋼卷尺的方法，即基于CCD高清攝像頭、圖像處理技術對線紋間隔進行測量的原理以及自動收放鋼卷尺的機械加工研制了工作鋼卷尺全自動標準裝置。

一、鋼卷尺檢定裝置的發展現狀

根據檢定過程自動化程度劃分，鋼卷尺檢定裝置可以分為手動檢定型、半自動檢定型和全自動檢定型。手動檢定型裝置基本依靠人工放置鋼卷尺、人工調節操作檢定裝置、人工讀數與記錄數據、人工卷繞尺帶、人工施加砝碼張緊尺帶、人工進行示值誤差的日算，對零值誤差的檢定還需使用專門的零值誤差檢定器檢定，整個檢定過程需要兩個人共同操作完成檢定。半自動檢定型裝置在前者的基礎上增加自動識別鋼卷尺線紋的光學測量系統，光測信息源是一幅圖像或圖像序列，其記錄介質為膠片、干板等，分析光測圖像主要是由人工或計算機自動進行處理，通過這種處理方式能夠自動進行數據計算和出具檢定報告，且圖像識別模塊可自動移動定位識別鋼卷尺線紋每米的示值誤差，這種裝置在一定程度上減輕了操作者的勞動強度。但它不能自動加載砝碼進行張緊尺帶，不能自動卷繞尺帶，也不能自動檢定零值誤差。

二、新設計主要增加的機構

一是增加了光柵尺數顯裝置。二是增加了砝碼升降裝置。將砝碼置于托盤之上，工作狀態下，將砝碼托盤下降，砝碼重量加載于標準鋼卷尺和被測鋼卷尺上進行檢定、校準;在非工作狀態，托盤上升，托起砝碼底部，解除張緊力，避免了長期懸掛砝碼重量造成的系統誤差。三是增加了直線導軌和滑線裝置。四是增加了鋼卷尺檢測過程中卷繞轉輪裝置。五是增加了被測鋼卷尺盒固定和砝碼加力裝置。該裝置用于固定被測鋼卷尺盒、砝碼重量的加力和撤銷。六是增加了電控系統。所有的功能都具有自動/手動兩種選擇。即使停電，也可以通過手動操作輕松完成每一道工序。另外還加裝了急停按鈕，防止突發情況發生。

三、裝置的主要技術創新點

該裝置是完全自主創新的產品，其主要技術創新點如下：其一，新型復合型檢定儀，實現全自動各類鋼卷尺線紋示值誤差測量技術屬國內首創。本裝置利用自主創新的機械、電子、圖像處理等先進技術，研制實現了對普通鋼卷尺、鋼直尺、標準鋼卷尺三種量具的復合型檢定的自動化儀器。其中普通鋼卷尺標準裝置測量準確度達到±（0.02+0.02L）mm，測量范圍達到100m;鋼直尺標準裝置的準確度達到±（0.02+0.01L）mm，測量范圍達到1m;標準鋼卷尺標準裝置的準確度達到±（0.01+0.01L）mm，側量范圍達到50m;填補了國內影像式鋼卷尺檢定技術空白，并且項目采用新興技術，主要實現鋼卷尺線紋的高精度、智能化測量，達到國內首創。其二，適應各類鋼卷尺零位安裝夾具和鋼卷尺尺架安裝夾具屬國內首創。縱觀國內鋼卷尺檢定裝置，大多數為半自動型檢定裝置，這種裝置完全依靠人實現收尺和拉尺。在這種情況下，鋼卷尺的零位根本不需要固定，鋼卷尺的尺架和尺盒固定時也非常簡易，無法用于自動化檢定裝置中。根據實現自動化的目的，我們設計研發了新型鋼卷尺零位固定夾具，可以固定任意類型的鋼卷尺尺帶。同時還設計研發了鋼卷尺尺架和尺盒的快速固定夾具，此類夾具基本可以解決任意大量程鋼卷尺的尺架和尺盒的固定。此兩種夾具的設計，為實現自動化檢定提供了重要保障，領先國內研發水平。

結語

經過不懈努力，影像式鋼卷尺/鋼直尺全自動檢定裝置已經研發成功。此裝置主要解決了3個方面的問題：一是，降低了檢定人員的勞動強度;二是，將自動化的測試技術應用到鋼卷尺的檢定計量工作中，提高了工作效率，減少了人工檢定帶來的人為誤差;三是，將CCD高清攝像頭、圖像處理技術自動讀取數據和激光干涉技術應用到自動化的設備中，提高了鋼卷尺檢定的精度。除此之外，該檢定裝置還有效保證了量值傳遞的準確統一，確保貿易結算的量值準確可靠。為地方經濟的發展發揮了積極作用。

參考文獻：

[1]全國幾何量長度計量技術委員會.JJG4-1999鋼卷尺檢定規程[S].北京：中國計量出版社，1999.

[2]茅振華，杜子平，張曉，等.低成本高精度鋼卷尺自動檢定裝置的研制[J].中國計量，2011（2）：88-90.