专利名称：一种影像式电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量仪的制作方法
技术领域：
本发明为一种采用光学影像方式进行电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动 测量的仪器，能对电缆绝缘层和护套材料的切片进行快速、高效的自动检测，得到厚度尺寸 及外形尺寸，并判断该电缆是否合格。
背景技术：
我国对电缆绝缘层厚度和护套厚度等参数有明确的标准，给出了最低限和最高 限，生产厂家必须严格按照标准来指导电缆的生产。因此，计量和检定部门要对厂家生产电 缆绝缘层和护套的厚度和外径尺寸进行测量，来检验电缆是否符合标准。随着我国经济的高速发展，电线电缆的产量不断攀升，计量和检定部门在这方面 的工作压力越来越大，传统基于光学投影仪的人工测量方法已无法满足要求。按照标准规 定，一般在电缆上沿电缆轴线的垂直方向切取切片，以切片为测量目标。光学投影仪的测量 时，需手工移动切片图像至视场中央，人工通过肉眼大致判断出最小厚度位置，再以此位置 为起点，每隔60°切片内外两个点，记录每个位置切片的读数，得到6个数据，由此计算出 最小值和算术平均值，分别作为切片的最小厚度和平均厚度。这种方式操作繁琐、读数不方 便、准确性差，且后期数据处理无法实现自动化，极大的增加了计量和检定部门的工作量。本发明在自动影像测量仪的平台基础上，提供了一种电缆绝缘层和护套切片厚度 和外形尺寸的自动测量模块，通过该模块，可快速准确的对电缆绝缘层和护套进行全自动 测量及合格性判定。

发明内容
影像式电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量仪的结构包括.XTL三轴移 动工作台[1]、显微镜[2]、CCD、照明系统[3]、电气控制卡[4]和个人计算机[5]；个人计算 机[5]配备图像采集卡，接收由显微镜[2]和CCD所构成光学成像系统的图像数据；个人计 算机[5]包括切片厚度及外形尺寸自动测量模块，测量模块通过个人计算机[5]向电气控 制卡发送命令来移动CTZ三轴移动工作台[1]，控制MZ三轴移动工作台[1]上切边[6]的 内边缘或外边缘到显微镜的视野中心，提取出内外边缘轮廓点集，由此计算绝缘层或护套 的厚度及外形尺寸，并根据内部保存的标准数据进行合格性判定；照明系统[3]采用透射 光照明方式，使得切片的轮廓成像黑白分明，保证光学成像系统获取到高质量的图像数据。 图1给出了本发明的整体结构示意图。本发明的一个目的是提供一种高精度、可程序控制的三轴移动工作平台。通过个 人计算机[5]中的切片测量模块控制平台移动，将切片待测区域逐个移动到显微镜视野 内，顺序完成切片内外边缘的轮廓扫描。三轴移动工作平台包括MZ三个可独立运动的运 动轴，运动轴的台板和基座以花岗岩制作，每个轴由导轨承载，用滚珠丝杠进行传动。以直 流伺服电机为驱动，通过编码器反馈电机转速，光栅尺反馈平台位置，由此构成全闭环系统。采用高精度的直线导轨，以及高分辨率的光栅尺，在依靠精细的调校，可确保整个三轴 移动工作平台达到很高的精度和重复性。本发明的另一个目的是在个人计算机中提供了一种切片自动测量模块，该模块只 需操作者首先选择待检测电缆的国标型号，再启动测量，即可全自动的完成对电缆绝缘层 和护套的厚度及外形尺寸的测量，并判定是否合格。电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸 自动测量模块中包括边缘轮廓自动提取模块、参数计算模块和合格性判定模块。边缘轮廓自动提取模块自动的搜索出切片的内外边缘轮廓点集。对于可在一个视 野内完整成像的较小切片，可直接搜索内外轮廓边缘，获取内外轮廓边缘点集。对于在一 个视野内无法完整成像的较大切片，边缘轮廓自动提取模块首先提取当前视野内的内边缘 或外边缘，然后以此边缘点的走向为指导，驱动三轴工作台移动到切片的下一个区域，继续 提取边缘点集，直到完成一个封闭边缘轮廓点集的提取。之后，模块根据边缘图像的黑白方 向，判定提取的是内边缘还是外边缘，由此驱动工作台去搜索另一侧边缘。参数计算模块以提取的内外轮廓点集为基础，搜索出电缆护套的最小厚度位置， 并以此位置为起始，按照每60度的间距，计算另外5个厚度。以此6个厚度数据的算数平 均值作为切片的平均厚度。再通过求解外轮廓点集的最小包围矩形，可得到切片的外形长 轴直径、外形短轴直径等外形尺寸数据。合格性判定模块按照国家标准和行业标准分类保存着各个型号电缆的绝缘层厚 度、护套厚度、外形尺寸，以及允许偏差范围。合格性判定模块将计算得到的最小厚度、平 均厚度、外形长轴直径、外形短轴直径等数据与标准中的允许范围进行比对，以判定是否合 格，给出判定结果。本发明优点在于检测效率高，极大的降低了电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸 检测的工作量。同时，本发明检测数据的客观性和一致性好，受人为因素影响非常小。


图1是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的边缘轮廓自动提取模块工作效果图。图3是本发明的最小厚度搜索原理图。图中主要结构为三轴移动工作台、2-显微镜、3-照明系统、4-电气控制卡、 5-个人计算机、6-被检绝缘层或护套、7-最小厚度。
具体实施例方式三轴移动工作平台包括CTZ三个可独立运动的运动轴，运动轴的台板和基座以花 岗岩制作，每个轴由导轨承载，用滚珠丝杠进行传动。以直流伺服电机为驱动，通过编码器 反馈电机转速，光栅尺反馈平台位置，由此构成全闭环系统。采用高精度的直线导轨，以及 高分辨率的光栅尺，在依靠精细的调校，可确保整个三轴移动工作平台达到很高的精度和
重复性。个人计算机通过运动控制器和驱动器控制XY轴移动，可将电缆绝缘层或护套的 切片移动到显微镜视野内，顺序完成切片内外边缘轮廓的扫描。如有必要，还可控制Z轴运 动，对切片进行自动聚焦，以保证获得清晰的图像，提高检测准确度。
个人计算机中提供了一个电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量模块，该 模块又包括边缘轮廓自动提取模块、参数计算模块和合格性判定模块。边缘轮廓自动提取模块自动的获取图像中的边缘点集，以下为其提取步骤(1)首先使用高斯滤波器对采集的图像数据进行滤波，高斯滤波公式为
权利要求
1.一种影像式电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量仪，由三轴移动工作台 [1]、显微镜[2]、CCD、照明系统W]、电气控制卡[5]、个人计算机[6]组成，可对电缆的绝 缘层和护套进行测量，测量其厚度及外形尺寸等数据，并给出合格性判断，其特征在于所 述的个人计算机配备电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量模块，该模块包括边缘 轮廓自动提取模块、参数计算模块和合格性判定模块。
2.如权利要求1所述的影像式电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量仪，其特 征在于所述边缘轮廓自动提取模块对于在一个视野内完整成像的较小切片，可直接搜索 内外边缘轮廓，获取内外边缘轮廓点集；对于在一个视野内无法完整成像的较大切片，可自 动驱动三轴工作台分别沿着切片的内外轮廓运动，同步逐步扫描边缘轮廓，分别获取内外 边缘的所有轮廓点集。
3.如权利要求1所述的影像式电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量仪，其特 征在于所述参数计算模块包括以坐标均值方式计算切片内部边缘轮廓点集质心的模块； 以格雷厄姆法求解内部边缘轮廓点集的凸壳，并以旋转方式计算最小外接矩形，从而得到 切片长轴直径和短轴直径的模块；在正负30度张角范围内搜索最小厚度的模块；以间隔60 度角测量厚度并计算平均厚度的模块。
4.如权利要求1所述的影像式电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量仪，其特 征在于所述合格性判定模块包括保存国家标准和行业标准各型号电缆的绝缘层厚度、护 套厚度、外形尺寸，以及允许偏差范围等数据的模块；将测量最小厚度、平均厚度、外形长轴 直径、外形短轴直径等测量数据进行比较，判断是否超出允许范围，以此给出切片合格与否 的模块。
全文摘要
本发明介绍了一种影像式喷丝板自动检测仪，它以三轴CNC移动工作台为主体，配备显微镜、CCD、照明系统、电气控制卡和个人计算机。三轴工作台可在计算机的控制下，由电气控制卡驱动，实现程序控制。个人计算机配备图像采集卡，接收由显微镜和CCD所构成光学成像系统捕获的工件图像。个人计算机中配备了一种切片自动测量模块，该模块只需操作者首先选择待检测电缆的国标型号，再启动测量，即可全自动的完成对电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸的测量，并判定是否合格。电缆绝缘层和护套的厚度及外形尺寸自动测量模块中包括边缘轮廓自动提取模块、参数计算模块和合格性判定模块。
文档编号G01B11/00GK102141381SQ201010601108
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者徐一华, 杨聪 申请人:苏州天准精密技术有限公司