大尺寸钢卷尺目标线纹检定与实现方法研究

段丽颖

（葫芦岛市检验检测中心 辽宁葫芦岛 125000）

1 钢卷尺与相关检定简析

1.1 钢卷尺的工作原理和分类

钢卷尺属于日常生活中最为常用的计量器具之一。钢卷尺是卷尺的分支，其主要利用钢材制造，具有良好的硬度与柔韧性表现，可以在各种任务场景中得到广泛应用。钢卷尺在过去被称为丈量步车，可以采用钢材与纤维材料进行生产。当前，应用较为广泛的钢卷尺普遍利用碳素钢制造，并加入部分塑料与玻璃纤维，使其能够维持理想状态，避免在应用过程中出现延展过长等问题。通常情况下，钢卷尺与其他材料的卷尺在应用效果与原理方面具有一致性，因此，无需进行特别区分。

按照实际应用功能进行分类，钢卷尺可以分为3个基础类别，即测长、测深、测周长直径［1］。测长钢卷尺最为常见，其能够针对物体的实际长度进行测量。测深钢卷尺则经过特定处理，可以在容器中对液体深度进行测量。测周长直径的钢卷尺顾名思义，可以针对物体的相关参数进行测量。

1.2 钢卷尺的检定现状

按照结构本身存在的差异，钢卷尺能够分为架式摇卷尺、盒式摇卷尺等。标准化钢卷尺的直线度应当保持在0.5mm/m的级别内，同时，尺带宽度需要维持在12～15mm 的范围内。钢卷尺宽度差应当小于0.2mm，并使尺带厚度高于0.3mm，厚度差需要小于0.02mm。除此之外，标准化钢卷尺的线纹宽度处于0.08～0.12mm范围内，宽度差应当小于0.02mm［2］。根据当前的《钢卷尺检定规程》（JJG 4-2015），其基础误差范围需要通过激光干涉装置与分度计装置进行检查，确保小于0.001mm。检定阶段，还需要针对环境条件进行科学管控，包括温度、湿度等，确保检定结果能够得到充分保障，降低出现不良影响的可能性。

2 大尺寸钢卷尺目标线纹检定研究必要性分析

目前，大部分计量检定单位在针对大尺寸钢卷尺进行目标线纹检定时，仍然倾向于采用人工目视方法进行检查。此类措施虽然能够节约基础成本，但由于过度依靠人眼，因此可能会导致错漏问题出现，频繁进行目视对比也会导致视疲劳问题产生，可能会进一步加大错误概率，不利于大尺寸钢卷尺目标线纹检定精确性的提升［2］。为解决此类缺陷引发的一系列问题，需要针对检定方式进行深入研究，以确保大尺寸钢卷尺能够得到正确的检定，最大限度降低实际错漏概率。因此，可通过基于光栅技术与移动CCD 技术构建线纹识别自动化应用平台，能够有效取代传统人工检定方式，不仅可以降低错漏概率，还可以缩减人力投入成本，因此该研究具有重要实际意义。为确保相关方案能够得到科学应用，需要针对其进行深入技术研究，确保部署效果能够达到理想标准，为后续进一步展开大尺寸钢卷尺目标线纹检定工作夯实基础条件。

3 大尺寸钢卷尺目标线纹检定实现方法研究

3.1 设备规划

为确保能够针对大尺寸钢卷尺展开精确、自动化目标线纹检定工作，应当首先针对应用平台的设备规划进行深入研究。我国当前所采用的检定标准细节主要依据常用测量工具体系进行修订，其可以在钢卷尺首次检定与后续应用检查阶段应用，以确保基础结构符合《钢卷尺检定规程》（JJG 4-2015）要求。在检定过程中，需要将检定规程作为基础条件，通过规程测量应用措施与实际精度，确保自动化检定平台能够实现自身功能，达到理想检定效果。在首次检定流程中，应当保证实际温度标准符合需求，即处于20℃左右，上下浮动极限不超过5℃［3］。I级钢卷尺在检定过程中符合此标准即可，II 级钢卷尺检定温度浮动极限可提升至8℃。在检定过程中，需要保证标准化工具与待检定钢卷尺处于规定环境内，避免温度超过极限导致检定结果精确性下降。若温度存在偏差问题，则需要通过延长放置时间的方式，使温度能够逐渐趋于环境温度，此流程需要大于4h，避免放置时间不足导致温度存在差异。若钢卷尺属于摇卷式类型，在检定过程中，需要根据应用平台长度存在的差异，施加不同的张紧力级别，以确保测量结果达到标准。在检定平台长度超过20m的状态下，需要施加至少98N张紧力，上下浮动极限不超过0.5N。若钢卷尺属于测量液体深度的类型，则需要根据尺砣基础质量级别，判断需要施加的实际张紧力。通常情况下，相关张紧力应当维持在15.7N左右，上下浮动极限不超过0.3N。在搭建检定平台的过程中，平台主体支撑结构与基础台面可以采用大理石材料进行制作。与其他材料存在差异，大理石硬度符合应用需求，产生形变的可能性较低，因此，可以大幅降低后续维护成本，提高测量经济性。同时，大理石加工应用工艺成熟度高，可以保证表面直线度符合后续光栅测量需求。因此，需要合理应用大理石材料进行平台制作，确保其能够达到理想测量应用设备级别。

通过在大理石材料检定台面部署不锈钢材质的导轨，可以为后续检定自动化平台应用提供重要基础条件。不锈钢导轨应当保持高直线度达到5m，同时应用配套滑块结构，使其能够在导轨表面进行滑动。摩擦力相对于阻力较低，因此，能够避免移动过程中出现的误差问题。在滑块移动阶段，其表面需要安装相机设备，针对台面被检定钢卷尺图像进行信息收集与对比。通过将相关数据内容传输至计算机平台，即可完成整理流程，获得目标线纹与检定中心存在的偏离数据。除此之外，滑块表面还需要安装光栅读数头，并使其能够与检定平台光栅尺处于紧密贴合的状态，为收集滑块实际移动长度提供重要条件。通过将移动长度与目标线纹偏离中心相结合，便可以计算钢卷尺刻线数据，最终获得实际数据与标定数据之间存在的偏差，完成检定流程［4］。

3.2 硬件构成

在针对自动化检定平台进行构建的过程中，应当重视其硬件组成规划，以确保实际应用效果能够达到理想标准。自动化检定平台所应用的相机设备需要调整为移动CCD 类型，CCD 主要代指电荷耦合元件，其能够对电荷量进行分析，将其级别与信号级别进行比对处理。信号的常见传输方式即为耦合方式，其可以有效发挥探测作用，属于较为关键的元件之一。从功能角度进行分类能够明确，CCD可以分为线阵、面阵两种［5］。线阵CCD 的基础相数与内部结构存在关联，其可以根据使用需求的不同，进行灵活调整处理。而面阵CCD结构相对较为复杂，其需要在相机设备获取图像信息后，将这些数据通过USB 连接线传送至计算机内，随后，计算机可以根据面阵CCD处理方案，对线纹状态进行识别，最终达到理想应用目标。常规情况下，采用此类硬件架构方式可以通过一键处理，完成所有检定流程。除此之外，其还允许进行手动刻线处理，能够有效应对较为复杂的工作状态。例如，等待检定的大尺寸钢卷尺存在磨损、辨识难度较高导致无法进一步处理等，通过将检定平台的AD采集卡与数据流程相整合，能够最大限度提高信息收集效果，有效解决磨损识别困难问题。数据采集需要针对电量或非电量信号进行分析，并将其传送至上位机装置区域。因此，需要在部署硬件的过程中，针对采集卡进行科学筛选，确保其能够满足应用需求，实现理想硬件运行目标，检定装置结构如图1所示。

图1 大尺寸钢卷尺目标线纹检定装置结构图

在硬件设计过程中，通过对AD采集卡型号进行科学筛选，使其采集速度能够维持在中等级别，能够最大限度地提高大尺寸钢卷尺线纹检定精确性，同时也可以节约实际检定时间。采集卡可以利用PCI总线进行连接与数据传输，同时还具有即插即用的特性，能够随时针对信息进行收集［6］。在连接过程中，应当注重管脚的类型选择。通过将模拟输入、接地管脚与系统相连接，能够科学完成采集卡部署流程，实现理想应用目标。除此之外，硬件设计还需要注重步进电机与驱动装置的设计。常规条件下，步进电机实际转动距离与脉冲数存在密切联系，同时，转动速度与脉冲频率存在联系。因此，通过向步进电机发送脉冲信号，可以使其完成一个步距角的转动流程。在正常的单位时间内发送数个脉冲，能够保证其转动速度达到最佳标准。为避免步进电机荷载超出极限，应当针对相关脉冲进行科学设计，防止电机出现失步或工作异常等问题。常规条件下，步进电机本身不存在累积性误差，因此，针对大尺寸钢卷尺进行线纹测量的过程中，应当结合实际情况条件进行控制，使脉冲信号个数能够正确对应步进电机的步距角需求，科学、有效地控制步进电机实际转动状态，使线纹检定流程能够正常进行。除此之外，还需要针对步进电机的型号进行科学选择，通过对市场应用趋势与步进电机实际性能数据进行分析，能够明确需要部署的电机型号，有利于解决大尺寸钢卷尺检定阶段存在的局限性问题，为后续开展高精确度、高效率检定工作提供重要支持。

3.3 软件构成

软件属于大尺寸钢卷尺线纹检定自动化解决方案的重要组成部分之一，因此，需要重视相关设计工作，确保设计效果能够达到理想需求，降低出现不良问题的可能性，提高检定精确度与工作效率。在开发软件平台的过程中，应当结合实际条件选择需要应用的编程语言类型，包括VC、C++等［7］。通过针对检定平台操作界面进行科学规划，可以有效提高检定工作的可操作性，有利于降低错误处理问题出现概率，实现理想检定目标。除操作界面以外，移动相机设备所收集的应用图像数据也需要进行科学编写，同时，还应针对检定流程算法进行规划，以确保其能够符合平台应用需求。在完成相关开发流程后，需要生成可用的执行文件，使系统能够快速调用相关软件平台，最大限度地降低出现问题的概率。VC 编程主要面向对象处理，同时，其可视化程度与集成程度较高，因此，能够有效解决大尺寸钢卷尺检定流程中存在的软件需求。在开发阶段，需要设置检定操作界面的主要内容，如检查视窗、关键信息展示等。在录入并完成检定流程后，通过点击操作按钮发送指令，即可开展后续处理流程。

相对于人工观察方式，自动化软件平台能够显著提高基础检定效率。程序需要完成4 个基础环节，以达到有效检定目标：第一环节，需要针对相机设备传送的数据信息进行处理。第二环节，需要针对完成采集的光栅信号进行处理。第三环节，需要向步进电机驱动装置发送应用信号，使其能够达到正常运行目标。第四环节，需要结合检定用算法，对相关信息进行整合与应用，确保钢卷尺检定流程能够正常完成。

通过依照相关规定流程，设计大尺寸钢卷尺线纹检定软件平台，能够有效提高检定效果，降低人为操作出现问题的可能性。通过科学部署软件平台，还能够为硬件设备的充分应用夯实基础条件，具有重要影响意义，因此，需要科学展开设计工作，确保软件编程能够达到需求，提高应用质量与效率。

4 未来检定发展趋势探索

大尺寸钢卷尺在开展线纹检定的过程中，对于相关标准的要求较为严格，因此，需要采取有效的技术实现措施，确保其能够得到高精度检定，最大限度地降低出现问题的概率。通过分析钢卷尺类型，结合实际检定要求设置相关技术条件，能够有效解决检定问题，避免人工处理方式存在的缺陷。通过搭建基于移动化CCD 及光栅设备的大尺寸钢卷尺自动检定平台，能够有效明确其应用需求，并为未来检定发展提供具有参考价值的信息。大尺寸钢卷尺与常规钢卷尺检定存在一定程度的差异，其线纹检定可能与视窗中心出现偏差较大的问题，容易导致辨识错误出现，甚至引发无法分析的现象。

5 结语

针对大尺寸钢卷尺进行目标线纹检定的过程中，应当重视相关技术的实现方式，确保其能够得到正确部署，有效提高检定的基础精确性，并降低对人力资源的需求，实现理想检定目标。除此之外，还需要明确未来技术发展方向，确保技术革新能够得到充分重视，从根源层面提高大尺寸钢卷尺的检定可靠性。