大尺寸鋼卷尺目標(biāo)線紋檢定與實(shí)現(xiàn)方法研究

段麗穎

（葫蘆島市檢驗(yàn)檢測中心 遼寧葫蘆島 125000）

1 鋼卷尺與相關(guān)檢定簡析

1.1 鋼卷尺的工作原理和分類

鋼卷尺屬于日常生活中最為常用的計(jì)量器具之一。鋼卷尺是卷尺的分支，其主要利用鋼材制造，具有良好的硬度與柔韌性表現(xiàn)，可以在各種任務(wù)場景中得到廣泛應(yīng)用。鋼卷尺在過去被稱為丈量步車，可以采用鋼材與纖維材料進(jìn)行生產(chǎn)。當(dāng)前，應(yīng)用較為廣泛的鋼卷尺普遍利用碳素鋼制造，并加入部分塑料與玻璃纖維，使其能夠維持理想狀態(tài)，避免在應(yīng)用過程中出現(xiàn)延展過長等問題。通常情況下，鋼卷尺與其他材料的卷尺在應(yīng)用效果與原理方面具有一致性，因此，無需進(jìn)行特別區(qū)分。

按照實(shí)際應(yīng)用功能進(jìn)行分類，鋼卷尺可以分為3個(gè)基礎(chǔ)類別，即測長、測深、測周長直徑［1］。測長鋼卷尺最為常見，其能夠針對物體的實(shí)際長度進(jìn)行測量。測深鋼卷尺則經(jīng)過特定處理，可以在容器中對液體深度進(jìn)行測量。測周長直徑的鋼卷尺顧名思義，可以針對物體的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量。

1.2 鋼卷尺的檢定現(xiàn)狀

按照結(jié)構(gòu)本身存在的差異，鋼卷尺能夠分為架式搖卷尺、盒式搖卷尺等。標(biāo)準(zhǔn)化鋼卷尺的直線度應(yīng)當(dāng)保持在0.5mm/m的級別內(nèi)，同時(shí)，尺帶寬度需要維持在12～15mm 的范圍內(nèi)。鋼卷尺寬度差應(yīng)當(dāng)小于0.2mm，并使尺帶厚度高于0.3mm，厚度差需要小于0.02mm。除此之外，標(biāo)準(zhǔn)化鋼卷尺的線紋寬度處于0.08～0.12mm范圍內(nèi)，寬度差應(yīng)當(dāng)小于0.02mm［2］。根據(jù)當(dāng)前的《鋼卷尺檢定規(guī)程》（JJG 4-2015），其基礎(chǔ)誤差范圍需要通過激光干涉裝置與分度計(jì)裝置進(jìn)行檢查，確保小于0.001mm。檢定階段，還需要針對環(huán)境條件進(jìn)行科學(xué)管控，包括溫度、濕度等，確保檢定結(jié)果能夠得到充分保障，降低出現(xiàn)不良影響的可能性。

2 大尺寸鋼卷尺目標(biāo)線紋檢定研究必要性分析

目前，大部分計(jì)量檢定單位在針對大尺寸鋼卷尺進(jìn)行目標(biāo)線紋檢定時(shí)，仍然傾向于采用人工目視方法進(jìn)行檢查。此類措施雖然能夠節(jié)約基礎(chǔ)成本，但由于過度依靠人眼，因此可能會導(dǎo)致錯漏問題出現(xiàn)，頻繁進(jìn)行目視對比也會導(dǎo)致視疲勞問題產(chǎn)生，可能會進(jìn)一步加大錯誤概率，不利于大尺寸鋼卷尺目標(biāo)線紋檢定精確性的提升［2］。為解決此類缺陷引發(fā)的一系列問題，需要針對檢定方式進(jìn)行深入研究，以確保大尺寸鋼卷尺能夠得到正確的檢定，最大限度降低實(shí)際錯漏概率。因此，可通過基于光柵技術(shù)與移動CCD 技術(shù)構(gòu)建線紋識別自動化應(yīng)用平臺，能夠有效取代傳統(tǒng)人工檢定方式，不僅可以降低錯漏概率，還可以縮減人力投入成本，因此該研究具有重要實(shí)際意義。為確保相關(guān)方案能夠得到科學(xué)應(yīng)用，需要針對其進(jìn)行深入技術(shù)研究，確保部署效果能夠達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)進(jìn)一步展開大尺寸鋼卷尺目標(biāo)線紋檢定工作夯實(shí)基礎(chǔ)條件。

3 大尺寸鋼卷尺目標(biāo)線紋檢定實(shí)現(xiàn)方法研究

3.1 設(shè)備規(guī)劃

為確保能夠針對大尺寸鋼卷尺展開精確、自動化目標(biāo)線紋檢定工作，應(yīng)當(dāng)首先針對應(yīng)用平臺的設(shè)備規(guī)劃進(jìn)行深入研究。我國當(dāng)前所采用的檢定標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)主要依據(jù)常用測量工具體系進(jìn)行修訂，其可以在鋼卷尺首次檢定與后續(xù)應(yīng)用檢查階段應(yīng)用，以確保基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)符合《鋼卷尺檢定規(guī)程》（JJG 4-2015）要求。在檢定過程中，需要將檢定規(guī)程作為基礎(chǔ)條件，通過規(guī)程測量應(yīng)用措施與實(shí)際精度，確保自動化檢定平臺能夠?qū)崿F(xiàn)自身功能，達(dá)到理想檢定效果。在首次檢定流程中，應(yīng)當(dāng)保證實(shí)際溫度標(biāo)準(zhǔn)符合需求，即處于20℃左右，上下浮動極限不超過5℃［3］。I級鋼卷尺在檢定過程中符合此標(biāo)準(zhǔn)即可，II 級鋼卷尺檢定溫度浮動極限可提升至8℃。在檢定過程中，需要保證標(biāo)準(zhǔn)化工具與待檢定鋼卷尺處于規(guī)定環(huán)境內(nèi)，避免溫度超過極限導(dǎo)致檢定結(jié)果精確性下降。若溫度存在偏差問題，則需要通過延長放置時(shí)間的方式，使溫度能夠逐漸趨于環(huán)境溫度，此流程需要大于4h，避免放置時(shí)間不足導(dǎo)致溫度存在差異。若鋼卷尺屬于搖卷式類型，在檢定過程中，需要根據(jù)應(yīng)用平臺長度存在的差異，施加不同的張緊力級別，以確保測量結(jié)果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在檢定平臺長度超過20m的狀態(tài)下，需要施加至少98N張緊力，上下浮動極限不超過0.5N。若鋼卷尺屬于測量液體深度的類型，則需要根據(jù)尺砣基礎(chǔ)質(zhì)量級別，判斷需要施加的實(shí)際張緊力。通常情況下，相關(guān)張緊力應(yīng)當(dāng)維持在15.7N左右，上下浮動極限不超過0.3N。在搭建檢定平臺的過程中，平臺主體支撐結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)臺面可以采用大理石材料進(jìn)行制作。與其他材料存在差異，大理石硬度符合應(yīng)用需求，產(chǎn)生形變的可能性較低，因此，可以大幅降低后續(xù)維護(hù)成本，提高測量經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，大理石加工應(yīng)用工藝成熟度高，可以保證表面直線度符合后續(xù)光柵測量需求。因此，需要合理應(yīng)用大理石材料進(jìn)行平臺制作，確保其能夠達(dá)到理想測量應(yīng)用設(shè)備級別。

通過在大理石材料檢定臺面部署不銹鋼材質(zhì)的導(dǎo)軌，可以為后續(xù)檢定自動化平臺應(yīng)用提供重要基礎(chǔ)條件。不銹鋼導(dǎo)軌應(yīng)當(dāng)保持高直線度達(dá)到5m，同時(shí)應(yīng)用配套滑塊結(jié)構(gòu)，使其能夠在導(dǎo)軌表面進(jìn)行滑動。摩擦力相對于阻力較低，因此，能夠避免移動過程中出現(xiàn)的誤差問題。在滑塊移動階段，其表面需要安裝相機(jī)設(shè)備，針對臺面被檢定鋼卷尺圖像進(jìn)行信息收集與對比。通過將相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸至計(jì)算機(jī)平臺，即可完成整理流程，獲得目標(biāo)線紋與檢定中心存在的偏離數(shù)據(jù)。除此之外，滑塊表面還需要安裝光柵讀數(shù)頭，并使其能夠與檢定平臺光柵尺處于緊密貼合的狀態(tài)，為收集滑塊實(shí)際移動長度提供重要條件。通過將移動長度與目標(biāo)線紋偏離中心相結(jié)合，便可以計(jì)算鋼卷尺刻線數(shù)據(jù)，最終獲得實(shí)際數(shù)據(jù)與標(biāo)定數(shù)據(jù)之間存在的偏差，完成檢定流程［4］。

3.2 硬件構(gòu)成

在針對自動化檢定平臺進(jìn)行構(gòu)建的過程中，應(yīng)當(dāng)重視其硬件組成規(guī)劃，以確保實(shí)際應(yīng)用效果能夠達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)。自動化檢定平臺所應(yīng)用的相機(jī)設(shè)備需要調(diào)整為移動CCD 類型，CCD 主要代指電荷耦合元件，其能夠?qū)﹄姾闪窟M(jìn)行分析，將其級別與信號級別進(jìn)行比對處理。信號的常見傳輸方式即為耦合方式，其可以有效發(fā)揮探測作用，屬于較為關(guān)鍵的元件之一。從功能角度進(jìn)行分類能夠明確，CCD可以分為線陣、面陣兩種［5］。線陣CCD 的基礎(chǔ)相數(shù)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在關(guān)聯(lián)，其可以根據(jù)使用需求的不同，進(jìn)行靈活調(diào)整處理。而面陣CCD結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，其需要在相機(jī)設(shè)備獲取圖像信息后，將這些數(shù)據(jù)通過USB 連接線傳送至計(jì)算機(jī)內(nèi)，隨后，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)面陣CCD處理方案，對線紋狀態(tài)進(jìn)行識別，最終達(dá)到理想應(yīng)用目標(biāo)。常規(guī)情況下，采用此類硬件架構(gòu)方式可以通過一鍵處理，完成所有檢定流程。除此之外，其還允許進(jìn)行手動刻線處理，能夠有效應(yīng)對較為復(fù)雜的工作狀態(tài)。例如，等待檢定的大尺寸鋼卷尺存在磨損、辨識難度較高導(dǎo)致無法進(jìn)一步處理等，通過將檢定平臺的AD采集卡與數(shù)據(jù)流程相整合，能夠最大限度提高信息收集效果，有效解決磨損識別困難問題。數(shù)據(jù)采集需要針對電量或非電量信號進(jìn)行分析，并將其傳送至上位機(jī)裝置區(qū)域。因此，需要在部署硬件的過程中，針對采集卡進(jìn)行科學(xué)篩選，確保其能夠滿足應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)理想硬件運(yùn)行目標(biāo)，檢定裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大尺寸鋼卷尺目標(biāo)線紋檢定裝置結(jié)構(gòu)圖

在硬件設(shè)計(jì)過程中，通過對AD采集卡型號進(jìn)行科學(xué)篩選，使其采集速度能夠維持在中等級別，能夠最大限度地提高大尺寸鋼卷尺線紋檢定精確性，同時(shí)也可以節(jié)約實(shí)際檢定時(shí)間。采集卡可以利用PCI總線進(jìn)行連接與數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)還具有即插即用的特性，能夠隨時(shí)針對信息進(jìn)行收集［6］。在連接過程中，應(yīng)當(dāng)注重管腳的類型選擇。通過將模擬輸入、接地管腳與系統(tǒng)相連接，能夠科學(xué)完成采集卡部署流程，實(shí)現(xiàn)理想應(yīng)用目標(biāo)。除此之外，硬件設(shè)計(jì)還需要注重步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動裝置的設(shè)計(jì)。常規(guī)條件下，步進(jìn)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動距離與脈沖數(shù)存在密切聯(lián)系，同時(shí)，轉(zhuǎn)動速度與脈沖頻率存在聯(lián)系。因此，通過向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖信號，可以使其完成一個(gè)步距角的轉(zhuǎn)動流程。在正常的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)個(gè)脈沖，能夠保證其轉(zhuǎn)動速度達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)。為避免步進(jìn)電機(jī)荷載超出極限，應(yīng)當(dāng)針對相關(guān)脈沖進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，防止電機(jī)出現(xiàn)失步或工作異常等問題。常規(guī)條件下，步進(jìn)電機(jī)本身不存在累積性誤差，因此，針對大尺寸鋼卷尺進(jìn)行線紋測量的過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況條件進(jìn)行控制，使脈沖信號個(gè)數(shù)能夠正確對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的步距角需求，科學(xué)、有效地控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動狀態(tài)，使線紋檢定流程能夠正常進(jìn)行。除此之外，還需要針對步進(jìn)電機(jī)的型號進(jìn)行科學(xué)選擇，通過對市場應(yīng)用趨勢與步進(jìn)電機(jī)實(shí)際性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠明確需要部署的電機(jī)型號，有利于解決大尺寸鋼卷尺檢定階段存在的局限性問題，為后續(xù)開展高精確度、高效率檢定工作提供重要支持。

3.3 軟件構(gòu)成

軟件屬于大尺寸鋼卷尺線紋檢定自動化解決方案的重要組成部分之一，因此，需要重視相關(guān)設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)效果能夠達(dá)到理想需求，降低出現(xiàn)不良問題的可能性，提高檢定精確度與工作效率。在開發(fā)軟件平臺的過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際條件選擇需要應(yīng)用的編程語言類型，包括VC、C++等［7］。通過針對檢定平臺操作界面進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，可以有效提高檢定工作的可操作性，有利于降低錯誤處理問題出現(xiàn)概率，實(shí)現(xiàn)理想檢定目標(biāo)。除操作界面以外，移動相機(jī)設(shè)備所收集的應(yīng)用圖像數(shù)據(jù)也需要進(jìn)行科學(xué)編寫，同時(shí)，還應(yīng)針對檢定流程算法進(jìn)行規(guī)劃，以確保其能夠符合平臺應(yīng)用需求。在完成相關(guān)開發(fā)流程后，需要生成可用的執(zhí)行文件，使系統(tǒng)能夠快速調(diào)用相關(guān)軟件平臺，最大限度地降低出現(xiàn)問題的概率。VC 編程主要面向?qū)ο筇幚恚瑫r(shí)，其可視化程度與集成程度較高，因此，能夠有效解決大尺寸鋼卷尺檢定流程中存在的軟件需求。在開發(fā)階段，需要設(shè)置檢定操作界面的主要內(nèi)容，如檢查視窗、關(guān)鍵信息展示等。在錄入并完成檢定流程后，通過點(diǎn)擊操作按鈕發(fā)送指令，即可開展后續(xù)處理流程。

相對于人工觀察方式，自動化軟件平臺能夠顯著提高基礎(chǔ)檢定效率。程序需要完成4 個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，以達(dá)到有效檢定目標(biāo)：第一環(huán)節(jié)，需要針對相機(jī)設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。第二環(huán)節(jié)，需要針對完成采集的光柵信號進(jìn)行處理。第三環(huán)節(jié)，需要向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置發(fā)送應(yīng)用信號，使其能夠達(dá)到正常運(yùn)行目標(biāo)。第四環(huán)節(jié)，需要結(jié)合檢定用算法，對相關(guān)信息進(jìn)行整合與應(yīng)用，確保鋼卷尺檢定流程能夠正常完成。

通過依照相關(guān)規(guī)定流程，設(shè)計(jì)大尺寸鋼卷尺線紋檢定軟件平臺，能夠有效提高檢定效果，降低人為操作出現(xiàn)問題的可能性。通過科學(xué)部署軟件平臺，還能夠?yàn)橛布O(shè)備的充分應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)條件，具有重要影響意義，因此，需要科學(xué)展開設(shè)計(jì)工作，確保軟件編程能夠達(dá)到需求，提高應(yīng)用質(zhì)量與效率。

4 未來檢定發(fā)展趨勢探索

大尺寸鋼卷尺在開展線紋檢定的過程中，對于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求較為嚴(yán)格，因此，需要采取有效的技術(shù)實(shí)現(xiàn)措施，確保其能夠得到高精度檢定，最大限度地降低出現(xiàn)問題的概率。通過分析鋼卷尺類型，結(jié)合實(shí)際檢定要求設(shè)置相關(guān)技術(shù)條件，能夠有效解決檢定問題，避免人工處理方式存在的缺陷。通過搭建基于移動化CCD 及光柵設(shè)備的大尺寸鋼卷尺自動檢定平臺，能夠有效明確其應(yīng)用需求，并為未來檢定發(fā)展提供具有參考價(jià)值的信息。大尺寸鋼卷尺與常規(guī)鋼卷尺檢定存在一定程度的差異，其線紋檢定可能與視窗中心出現(xiàn)偏差較大的問題，容易導(dǎo)致辨識錯誤出現(xiàn)，甚至引發(fā)無法分析的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

針對大尺寸鋼卷尺進(jìn)行目標(biāo)線紋檢定的過程中，應(yīng)當(dāng)重視相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，確保其能夠得到正確部署，有效提高檢定的基礎(chǔ)精確性，并降低對人力資源的需求，實(shí)現(xiàn)理想檢定目標(biāo)。除此之外，還需要明確未來技術(shù)發(fā)展方向，確保技術(shù)革新能夠得到充分重視，從根源層面提高大尺寸鋼卷尺的檢定可靠性。