图像式水平尺自动校准系统的评定.pdf

1、精密制造与自动化2 0 1 7 年第3 期o o。9-。o e o e o oVu9 设计与开发9VVo e-o。o o o E S o e-o 9-。毛 o图像式水平尺自动校准系统的评定木贾晓杰1 王晓伟1 郭桢灏2 朱记全1(1 河南省计量科学研究院郑州4 5 0 0 0 0；(2 平顶山市质量技术监督检验测试中心河南平顶山4 6 7 0 0 0)摘要图像式水平尺自动校准系统采用精密双圆柱导轨及运动控制技术、光栅测量技术和数字图像处理技术，实现水平尺的快速自动化校准，主要由线纹尺示值误差校准部分和分度值误差校准部分等组成。介绍了该校准系统的结构及组成，分析了线纹尺示值误差校准部分和分度值误

2、差校准部分的误差来源，并针对这两部分进行了测量不确定度评定。关键词图像式水平尺自动校准系统不确定度评定水平尺是利用液面水平的原理，以水准泡直接显示角位移，测量被测表面相对水平位置、垂直位置、倾斜位置偏离程度的一种计量器具，它被广泛应用于土木建筑和普通机器的安装。目前水平尺各参数的校准主要是靠手动操作、人眼瞄准估读进行判断，在校准过程中存在测量误差大、测量数据不稳定、易受外界环境因素影响、校准效率较低等缺点。而开发的图像式水平尺自动校准系统，实现了水平尺的快速、自动化、高精度校准，大大提高水平尺的校准效率。1图像式水平尺自动校准系统结构图像式水平尺自动校准系统采用精密双圆柱导轨及运动控制技术、光

3、栅测量技术和数字图像处理技术，实现水平尺的快速自动化校准，主要由线纹尺示值误差校准部分和分度值误差校准部分等组成，其结构如图1 所示。线纹尺示值误差校准部分安装于专用校准台的上面，主要由精密双圆柱导轨滑台、光栅尺闭环运动控制系统、伺服电机及驱动器和工业相机等组成。在进行线纹尺示值误差校准时，利用驱动伺服电机运转进而带动光栅读数头和工业相机沿精密导轨移动，使工业相机移动到水平尺各个设定位置进行瞄河南省科技厅质量技术监督研究专项项目编号：1 1 2 1 0 9 0 0 0 0 0 22 6准，工业相机自动获取各校准点水平尺刻度线的高质量图像并输给图像处理系统，然后手动或自动计算出线纹尺示值误差。分

4、度值误差校准部分安装于专用校准台的侧面，主要由支撑平尺、步进电机及精密丝杆滑台、固定铰链和工业相机等组成。分度值误差校准时，按设定点自动运行步进电机并带动支撑平尺右侧缓缓抬起，当支撑平尺右侧上升到设定角度时，电机停止运行，工业相机将把实时拍摄到的水准泡图像及气泡偏移初始位置的距离实时显示出来，综合各校准点数据计算出分度值误差。二维移动支架维移动支架工业相机2l t垫脚专用校准台精密双圆柱导轨滑台精密丝杆滑芒4。，。I”伺服电机固定妊支撑平尺工业相机魁业相机2 精密丝杆滑台图1图像式水平尺自动校准系统结构图万方数据贾晓杰等图像式水平尺自动校准系统的评定2 图像式水平尺自动校准系统的测量不确定度评

5、定2 1线纹尺示值误差校准部分的示值误差测量不确定度评定1)测量方法水平尺水平放置在校准系统支撑平尺上通过光栅位移读数头和工业相机1 直接读取线纹尺的实际长度值作为测得值标称值与测得值之差作为测量结果。2)测量模型L=L 尺一2 测=L c+L c 倪c A t c 一(L s+L s 倪s A t s)上式中：L 为线纹尺示值误差(m m)；L 尺为线纹尺的标称值(r a m)为线纹尺的实测值(m m)；L c 为线纹尺标称值(2 0)，i i l r n；L s 为线纹尺实测值(2 0)，I I I I T I；、口。为水平尺(铝合金)、光栅尺线膨胀系数，(。1)：亡c、k 为水平尺(铝合

6、金)、光栅尺偏离2 0 时的数值，。令&=口s 一口c，6=A t s A t c 则口s=&+口c，A t c=A t s 一瓯，取上，L c L s，A t A r c A t s得A L=L c L s L 以一L 口c 6 t。3)方差和灵敏系数依据u；(y)=旧 o 刈f zu 2(规)，有u；(L)=4(L。)u 2(k)+c；。(6 口)u 2()+孝。(6 c)u 2(瓯)式中c 1=卷=一1，瓴=卷=小A t，0 c 占c2 百i2 一L。口c。4)不确定度来源(1)由线纹校准部分的测量重复性引入的不确定度分量u，；(2)由分辨力引入的不确定度分量u 2；(3)由线纹校准部分的示值误差引入的不确定度分量u 3；(4)由估读误差引入的不确定度分量u 4；(5)由光栅尺和水平尺温度差引入的不确定度分量U 5；(6)由光栅尺和水平尺线膨胀系数差引入的不确定度分量u 6；u】u 6，不确定度记录见表1。表I 不确定度记录表标准不确定度分量不确定度来源标准不确定度值C t=礴|融川u(x，)“(t)u(x i)“l测量重复性引入的不确定度分量0 0 2 2 m m10 0 2