一种玻璃量器的测量系统和测量方法与流程

本发明涉及计量技术领域，具体涉及一种玻璃量器的测量系统和测量方法。

背景技术：

传统玻璃量器的生产过程中包括容积位置计量、丝网印刷和或酸蚀等步骤，对于计量过程中的水线标注和印刷过程中的匹配水线位置的丝卷版适配都需要大量依靠操作者的技能水平。但由于人工效率低下不能形成高精度玻璃量器的批量生产。传统现有技术工艺对技术工人的素质十分依赖，工艺中已存在的对计量过程的标准化操作规程和标准化部件，可以有效减小一些操作步骤中的误差，例如计量温差、液体定量滴注等误差，但是对形成可靠的容积位置测量并适应批量生产，保持产品的一致性方面还缺乏有效的控制结构和控制方法。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种玻璃量器的测量系统和测量方法，解决现有容积位置计量过程精度和效率有限的技术问题。

本发明实施例的玻璃量器的测量系统，包括：

注水装置，用于向竖直固定的玻璃量器中注入定量液体，形成水位液面；

共轴向步进装置，用于在固定距离上带动图像采集装置沿所述玻璃量器的轴线方向作移动，保持所述图像采集装置的采集焦平面与水位液面的垂直；

图像采集装置，用于采集所述玻璃量器中所述水位液面与所述图像采集装置的镜头主轴重合时的玻璃量器图像，记录所述水位液面在所述玻璃量器中的像素位置。

本发明一实施例中，还包括调平底座，所述调平底座用于形成水平基准，所述调平底座顶部包括若干个竖直夹持机构，所述竖直夹持机构分别固定所述注水装置、所述共轴向步进装置和所述玻璃量器。

本发明一实施例中，所述注水装置包括储水罐和计量泵，所述储水罐的出水口与所述计量泵的进水口通过吸液管路密封连接，所述计量泵的注水口连接注水管路，所述注水管路的出水口位于所述玻璃量器的开口上方或下方。

本发明一实施例中，所述共轴向步进装置包括步进电机、精密丝杠和固定框架，所述精密丝杠的轴向与所述玻璃量器的轴向平行，所述精密丝杠的两端转动固定在所述固定框架上，所述精密丝杠的顶端与所述步进电机的输出轴共轴线固定连接；所述精密丝杠的丝杠副上固定导向板，所述导向板的两端容纳于所述固定框架上位于所述精密丝杠对称两侧的导向凹槽中，所述导向凹槽的轴线与所述精密丝杠的轴线平行；所述导向板朝向所述玻璃量器的一面设置水平夹持机构。

本发明一实施例中，所述图像采集装置包括摄像头，所述摄像头通过所述水平夹持机构固定在所述导向板上，所述摄像头的所述采集焦平面朝向所述玻璃量器的轴线。

本发明一实施例中，还包括漫反射光源，所述漫反射光源通过所述竖直夹持机构固定，所述漫反射光源与所述图像采集装置位于所述玻璃量器的两侧，所述漫反射光源采用漫反射发光板，所述漫反射光源朝向所述图像采集装置。

本发明实施例的玻璃量器的测量方法，利用上述的玻璃量器的测量系统，包括：

步骤100：形成测量初始环境，调整所述图像采集装置形成基准图像记录所述玻璃量器的底部玻璃表面像素位置；

步骤200：注入标量液体，调整所述图像采集装置移动到水位液面，形成水位图像记录水位液面像素位置；

步骤300：根据所述底部玻璃表面像素位置和所述水位液面像素位置形成所述玻璃量器的注水基准线图像和注水分度线图像。

本发明一实施例中，所述步骤100包括：

步骤110：所述共轴向步进装置移动所述图像采集装置采集图像，判断图像中底部玻璃表面所占像素厚度；

步骤120：当像素厚度大于10个像素时，通过所述共轴向步进装置移动所述图像采集装置使采集图像中所述底部玻璃表面形成的线性图形的像素厚度主要部分为1像素且局部像素厚度小于5像素；

步骤130：同时记录此时的采集图像为所述基准图像。

本发明一实施例中，所述步骤200包括：

步骤210：所述共轴向步进装置移动所述图像采集装置采集图像，判断图像中水位液面所占像素厚度；

步骤220：当像素厚度大于5个像素时，通过所述共轴向步进装置移动所述图像采集装置使采集图像中的线性图形像素厚度为1像素；

步骤230：同时记录此时的采集图像为所述水位图像。

本发明一实施例中，所述步骤300包括：步骤310：根据基准图像和水位图像的成像距离形成所述基准图像和水位图像间的像素位置映射，在所述基准图像和水位图像间形成像素与物理距离间的映射。

本发明实施例的玻璃量器的测量系统和测量方法利用注水装置和共轴向步进装置形成待测玻璃量器与图像采集装置的固定位置关系，在固定位置关系基础上形成对水位液面的图像采集，根据玻璃量器图像中的水位液面像素确定水位液面准确位置。通过本发明实施例可以批量对生产出的玻璃量器逐一测定标量注水后的水位液面位置并以图像像素位置量化，可以最大限度排除批量生产的玻璃量器的容积误差。

附图说明

图1所示为本发明一实施例玻璃量器的测量系统的组成示意图。

图2所示为本发明一实施例玻璃量器的测量系统的结构示意图。

图3所示为本发明一实施例玻璃量器的测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例的玻璃量器的测量系统如图1所示。在图1中，本发明实施例包括：

注水装置10，用于向竖直固定的(待测量)玻璃量器中注入定量液体，形成水位液面。

玻璃量器包括但不限于酸滴管、分度吸管、量筒、单标线吸管和容量瓶。本领域技术人员可以理解，在固定位置稳定的基础上，注入单一定量液体可以形成确定的对应水位液面，注入连续定量液体可以形成确定的间隔水位液面。

共轴向步进装置20，用于在固定距离上带动图像采集装置沿玻璃量器的轴线方向作竖直移动，保持图像采集装置的采集焦平面与水位液面的垂直。

本领域技术人员可以理解，共轴向步进装置02形成的移动轨迹保持稳定，与玻璃量器的轴线保持固定平行间距。共轴向步进装置02包括的的载体在移动轨迹上受控移动。

图像采集装置30，用于采集玻璃量器中水位液面与图像采集装置的镜头主轴重合时的玻璃量器图像，记录水位液面在玻璃量器中的像素位置。

本领域记住人员可以理解，图像采集装置03包括图像采集传感器如摄像头。摄像头的视觉传感器成二维阵列分布形成焦平面，摄像头的镜头主轴通常垂直于焦平面中心，摄像头的焦平面保持与玻璃量器的轴线平行，水位液面与镜头主轴重合时水位液面在玻璃量器图像中具有最小水位液面厚度，可以表现为玻璃量器图像中的空气与液面接触界面的一条线性像素线段，像素线段在玻璃量器图像中具有确定像素位置。

本发明实施例的玻璃量器的测量系统利用注水装置01和共轴向步进装置02形成待测玻璃量器与图像采集装置03的固定位置关系，在固定位置关系基础上形成对水位液面的图像采集，根据玻璃量器图像中的水位液面像素确定水位液面准确位置。通过本发明实施例可以批量对生产出的玻璃量器逐一测定标量注水后的水位液面位置并以图像像素位置量化，可以最大限度排除批量生产的玻璃量器的容积误差。

本发明一实施例玻璃量器的测量系统的结构如图2所示。在图2中，包括注水装置10、共轴向步进装置20、图像采集装置30和调平底座04，调平底座04，用于形成水平基准，顶部包括若干个竖直夹持机构41，竖直夹持机构41分别固定注水装置10、共轴向步进装置20、待测玻璃量器和其他辅助装置。

本实施例中注水装置01包括储水罐11和计量泵12，储水罐11的出水口与计量泵12的进水口通过吸液管路13密封连接，计量泵12的注水口连接注水管路14，注水管路的出水口15位于待测玻璃量器的开口上方或下方(与具体待测玻璃量器的类型相对应)。

本实施例中共轴向步进装置20包括步进电机21、精密丝杠22和固定框架23，精密丝杠22的轴向与待测玻璃量器的轴向平行，精密丝杠22的两端转动固定在固定框架23上，精密丝杠22的顶端与步进电机21的输出轴共轴线固定连接；精密丝杠22的丝杠副24上固定导向板25，导向板25的两端容纳于固定框架23上位于精密丝杠22对称两侧的导向凹槽26中，导向凹槽26的轴线与精密丝杠22的轴线平行；导向板25朝向待测玻璃量器的一面设置水平夹持机构27。

本实施例中图像采集装置30包括摄像头31，摄像头31通过水平夹持机构27固定在导向板25上，摄像头31传感器的采集焦平面朝向待测玻璃量器的轴线。

如图2所示，本发明一实施例中，还包括漫反射光源50，漫反射光源50通过竖直夹持机构41固定，漫反射光源50与摄像头31位于待测玻璃量器的两侧，漫反射光源50采用漫反射发光板，漫反射光源50朝向摄像头31。

本实施例中注水装置01还包括温控模块，用于保持稳定的环境温度，避免注水过程中产生容积偏差。

本发明实施例玻璃量器的测量系统利用机电结构形成了确定相对位置的图像采集装置03和共轴向步进装置02，形成待测玻璃量器的位置基准和水位液面的测量基准，通过机电结构实现了水位液面的图像信息采集可以随水位变化进行，可以有效采集各注水状态下的水位液面图像，有效保证了水位液面的量化像素数据，为实现灵活的测量方法提供了结构基础。

本发明一实施例玻璃量器的测量方法如图3所示。在图3中，本发明实施例利用上述实施例玻璃量器的测量系统，包括：

步骤100：形成测量初始环境，调整图像采集装置03形成基准图像记录待测玻璃量器的底部玻璃表面像素位置。在本发明一实施例中，可以采用基准图像中量器底部原点到量器底部玻璃表面测量点所占像素厚度判断底部玻璃表面像素位置。

测量初始环境包括但不限于：受控装置(如摄像头、步进电机、漫反射光源)加电、补偿液体环境温度、校准竖直夹持机构和水平夹持机构等。

调整图像采集装置03的高度使得采集焦平面与待测玻璃量器的底部玻璃表面(即待测玻璃量器内的底部表面)对准，获得底部玻璃表面在整个待测玻璃量器中的位置，通过摄像头获取的待测玻璃量器图像上的底部玻璃表面的像素位置确定量化数据。

步骤200：注入标量液体，调整图像采集装置03移动到水位液面，形成水位图像记录水位液面像素位置。

注入标量液体待液体稳定。

调整图像采集装置03的高度使得采集焦平面与待测玻璃量器的水位液面平齐，获得水位液面在整个待测玻璃量器中的位置，通过摄像头获取的待测玻璃量器图像上的水位液面的像素位置确定量化数据。

步骤300：根据底部玻璃表面像素位置和水位液面像素位置形成待测玻璃量器的注水基准线图像和注水分度线图像。

本领域技术人员可以理解，图像采集装置03随共轴向步进装置02移动可以实现朝向待测玻璃量器的不同位置的正投影图像。在正投影图像中可以通过比较像素位置在整个图像中的位置获得在待测玻璃量器上的量化定位。在正投影图像中也可以通过比较像素位置与待测玻璃量器顶部或顶部的间距获得在待测玻璃量器上的量化定位。

本发明实施例的玻璃量器的测量方法利用共轴向步进装置02带动图像采集装置03在等距上对待测玻璃量器的局部作正视图像采集，获得关注表面的像素位置。通过关注表面像素在图像中的位置获得水位液面的量化位置数据，为后续的印刷过程提供一对一的注水基准线和注水分度线数据，较好地排除了玻璃量器生产误差带来的刻度线标注误差。

如图3所示，在本发明一实施例中，步骤100包括：

步骤110：共轴向步进装置02移动图像采集装置03采集图像，判断图像中底部玻璃表面所占像素厚度；在本发明一实施例中，可以采用基准图像中量器底部原点到量器底部玻璃表面测量点所占像素厚度判断底部玻璃表面像素位置。

步骤120：当像素厚度大于10个像素时(说明图像采集装置03的采集焦平面轴线与底部玻璃表面平行)，通过共轴向步进装置02(例如反向)移动图像采集装置03使采集图像中底部玻璃表面形成的线性图形的像素厚度主要部分为1像素(这是因为受制造工艺局限底部玻璃表面可能存在缺陷)且局部像素厚度小于5像素(局部像素厚度的不一致表明存在产品缺陷，产品缺陷过大即淘汰)；

步骤130：同时记录此时的采集图像为基准图像。

本发明实施例的玻璃量器的测量方法考虑到底部玻璃表面的制造瑕疵，利用像素厚度提高底部玻璃表面的均匀性容忍度。

如图3所示，在本发明一实施例中，步骤200包括：

步骤210：共轴向步进装置02移动图像采集装置03采集图像，判断图像中水位液面所占像素厚度；

步骤220：当像素厚度大于5个像素时(说明图像采集装置03的采集焦平面轴线与水位液面平行)，通过共轴向步进装置02(例如反向)移动图像采集装置03使采集图像中的线性图形像素厚度为1像素；

步骤230：同时记录此时的采集图像为水位图像。

本发明实施例的玻璃量器的测量方法考虑到水位液面的中央平整性，利用1像素厚度提高水位液面的正视投影准确度。

如图3所示，在本发明一实施例中，步骤300包括：

步骤310：根据基准图像和水位图像的(竖直方向上的)成像距离形成基准图像和水位图像间的像素位置映射，在基准图像和水位图像间形成像素与物理距离间的映射。

不同图像的物理成像距离通过共轴向步进装置02的步进数据获得，基准图像和水位图像的正投影距离通过图像采集装置03与待测玻璃量器的设置间距获得。本领域技术人员可以理解，通过空间坐标系的坐标变换可以获得基准图像中注水分度线的像素位置数据，可以获得水位图像中注水基准线的像素位置数据。

本发明实施例的玻璃量器的测量方法形成像素位置数据互相包含的两个图像，可以实现后续印刷过程中的分度线校验。

本领域技术人员可以理解，注水装置01、共轴向步进装置02和图像采集装置03可以受控运行，利用成熟的处理器技术可以将玻璃量器的测量方法程序化并利用存储器存储对应的程序代码。处理器可以采用dsp(digitalsignalprocessing)数字信号处理器、fpga(field-programmablegatearray)现场可编程门阵列、mcu(microcontrollerunit)系统板、soc(systemonachip)系统板或包括i/o的plc(programmablelogiccontroller)最小系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。