雙路CCD高精度線(xiàn)紋位置實(shí)時(shí)監控系統

摘 要： 討論了用電荷耦合器件對線(xiàn)紋進(jìn)行非接觸測量定位的理論與方法介紹了一種以MCS-51單片機為核心、利用雙端口RAM技術(shù)和高速A/D實(shí)現CCD信號高速數據同步采集的系統及其應用。

關(guān)鍵詞： 線(xiàn)陣CCD 高速A/D 實(shí)時(shí)監控

在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗中，常常會(huì )遇到尺寸在一毫米以?xún)鹊莫M縫或細絲直徑的測量或定位問(wèn)題。傳統的測量方法是使用精密的量具進(jìn)行測量，這些測量或定位方法速度慢、誤差大，應用范圍受到限制。采用CCD成像方法定位或測量細絲直徑具有測量精度高、速度快、使用方便、易與計算機相連從而實(shí)現自動(dòng)化監控等優(yōu)點(diǎn)。

雙路CCD高精度線(xiàn)紋位置實(shí)時(shí)監控系統是西安應用光學(xué)研究所六室研制的非接觸線(xiàn)紋在線(xiàn)定位測量?jì)x器，能夠完成大迭紙鈔裁切之前的精確定位，配置一定的裁切工具，可實(shí)現紙鈔的自動(dòng)切割。儀器可安裝在裁切機處，在下刀之前對大張鈔票的定位線(xiàn)的位置進(jìn)行精確、實(shí)時(shí)、非接觸測量，并實(shí)時(shí)顯示測試的位置偏差結果；同時(shí)可將正確與錯誤的狀態(tài)信息傳送到上端PLC控制器，從而進(jìn)行正確的操作。該系統具有方便的零位修正和絕對尺寸定標功能，并具有修正量值保存和系統自檢保護等功能，可廣泛應用于造紙廠(chǎng)、印鈔廠(chǎng)、布匹廠(chǎng)等需精度定位的場(chǎng)合，亦可應用于細絲直徑、線(xiàn)紋量具的在線(xiàn)測量等領(lǐng)域。

1 工作原理

雙路CCD高精度線(xiàn)紋測量實(shí)時(shí)監控系統主要由雙路CCD攝像頭及光源和電路箱等幾部分組成，系統的功能模塊框圖如圖１所示。

系統采用日本東芝公司的TCD142D(2048位)線(xiàn)陣CCD器件作為探測元件。光源均勻地照射在被測紙張的定位線(xiàn)處，定位線(xiàn)經(jīng)光學(xué)系統按一定倍率成像在CCD器件的光敏面上，入射光子被排列成一排的光敏單元吸收，同時(shí)產(chǎn)生一定數量的光生電荷，在光積分期間，這些光生電荷被存儲在彼此隔離的相應像元的勢阱中。在電荷轉移期間，各個(gè)像元中的光生電荷按奇偶數分配，同時(shí)轉移到設置在像元上下兩側的移位寄存器中，然后在傳輸脈沖的控制下，依次轉移到輸出端，因而在光敏面上形成了線(xiàn)紋的影像，實(shí)現了對被測目標的一維掃描和信號讀出。CCD輸出信號大小與照射光強成正比，影像部分像元輸出信號電壓幅度較小，非影像部分像元輸出電壓幅度較大，因此線(xiàn)紋在CCD輸出信號中形成了一個(gè)楔形的凹陷波形，只要統計出楔形在整個(gè)CCD輸出信號波形中所占的單元數及其相對位置，就可得出紙張的位置是否發(fā)生了移動(dòng)及其相對位移量。如在誤差范圍之內則通知上位機可以控制切刀下刀，否則通知上位機不能下刀并顯示誤差，由工作人員進(jìn)行調整直至使紙張位置正確。整個(gè)過(guò)程中系統實(shí)時(shí)測量并顯示誤差，正確后顯示0000，工作人員按確認鍵后系統會(huì )立即通知上位機可以下刀。系統各模塊的參數如表1所示。