一種CCD微米級圓鋼光電測徑儀的研究設計

　　摘要: 提出了線(xiàn)陣CCD微米級非接觸式圓鋼光電測徑儀的設計方案，并以ARM微處理器和單片機為核心實(shí)現了設計；解決了傳統圓鋼測徑方法接觸式測量的局限問(wèn)題，具有結構簡(jiǎn)單、小型化、非接觸、精度高等特點(diǎn)。實(shí)驗結果表明，該系統實(shí)現了CCD非接觸式圓鋼光電測徑，測量結果準確、精度高、穩定性好，且可直接方便地顯示測量結果。

　　引言

　　在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中傳統的圓鋼測徑方法有很多，如利用尺寸工具抽樣檢測、電磁式接觸測量等。用尺寸工具測量，精度不夠且速度很慢；用電磁式測量是接觸式測量，測量比較麻煩且精度和速度也難以得到保證。CCD電荷耦合器件廣泛應用于圖像掃描、非接觸式尺寸檢測、位移測定條形碼讀出等光電探測和光電成像領(lǐng)域，具有自?huà)呙?、精度高、靈敏度高、光譜響應量寬等優(yōu)點(diǎn)[1]。CCD微米級非接觸式圓鋼光電測徑儀是一種基于CCD光電檢測技術(shù)的非接觸式圓鋼專(zhuān)用光電測徑裝置。它具有非接觸、速度快、精度高、小型化、結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以在光線(xiàn)暗、高溫、高速等惡劣條件下，在生產(chǎn)線(xiàn)上動(dòng)態(tài)無(wú)損地隨時(shí)監控圓鋼直徑的微小變化，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

　　1 系統總體設計

　　1.1 CCD微米級非接觸式圓鋼光電測徑儀的測量原理

　　CCD微米級非接觸式圓鋼光電測徑儀光路測量原理如圖1所示。

　　圖1 CCD圓鋼光電測徑儀光路測量原理

　　平行光源從鏡L1發(fā)出平行光束。此光束照射在光路內的圓鋼工件上，經(jīng)光學(xué)鏡頭L2成像在CCD的感光面上。CCD器件把感光面上的光信號轉換成與光強成比例的電荷量,在一定頻率的時(shí)鐘脈沖驅動(dòng)下，從CCD的輸出信號U0波形中反映出來(lái)。對U0進(jìn)行信號處理，并根據工件的成像在CCD輸出波形中的寬度推算標定出工件的實(shí)際尺寸。

　　1.2 主要信號處理過(guò)程

　　CCD的行同步脈沖FC和標準脈沖SP與輸出信號U0的關(guān)系如圖2(a)所示。放入工件后，在行同步脈沖FC中間的U0波形部分時(shí)段變成了低電平，低電平的寬度隨工件直徑尺寸線(xiàn)性變化，如圖2(b)所示。

　　圖2 CCD的輸出信號

　　在每個(gè)行脈沖FC周期內對U0進(jìn)行信號處理，過(guò)程如圖3所示。將U0信號通過(guò)低通濾波電路，濾去高頻干擾；對U0進(jìn)行一次微分邊界分離，然后通過(guò)絕對值電路將信號進(jìn)行一致化處理便于進(jìn)行二次微分；接著(zhù)進(jìn)行二次微分以提高分辨率，然后通過(guò)過(guò)零檢測電路找到測量中心，最后進(jìn)行二值化處理為后續的脈沖計數做好準備。

　　圖3 行脈沖FC周期內對U0進(jìn)行信號處理的過(guò)程