摘 要： 討論了用電荷耦合器件對(duì)線紋進(jìn)行非接觸測(cè)量定位的理論與方法介紹了一種以MCS-51單片機(jī)為核心、利用雙端口RAM技術(shù)和高速A/D實(shí)現(xiàn)CCD信號(hào)高速數(shù)據(jù)同步采集的系統(tǒng)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 線陣CCD 高速A/D 實(shí)時(shí)監(jiān)控

在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常會(huì)遇到尺寸在一毫米以內(nèi)的狹縫或細(xì)絲直徑的測(cè)量或定位問(wèn)題。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是使用精密的量具進(jìn)行測(cè)量，這些測(cè)量或定位方法速度慢、誤差大，應(yīng)用范圍受到限制。采用CCD成像方法定位或測(cè)量細(xì)絲直徑具有測(cè)量精度高、速度快、使用方便、易與計(jì)算機(jī)相連從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。

雙路CCD高精度線紋位置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是西安應(yīng)用光學(xué)研究所六室研制的非接觸線紋在線定位測(cè)量?jī)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(xiàn)紙鈔的自動(dòng)切割。儀器可安裝在裁切機(jī)處，在下刀之前對(duì)大張鈔票的定位線的位置進(jìn)行精確、實(shí)時(shí)、非接觸測(cè)量，并實(shí)時(shí)顯示測(cè)試的位置偏差結(jié)果；同時(shí)可將正確與錯(cuò)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(tǒng)具有方便的零位修正和絕對(duì)尺寸定標(biāo)功能，并具有修正量值保存和系統(tǒng)自檢保護(hù)等功能，可廣泛應(yīng)用于造紙廠、印鈔廠、布匹廠等需精度定位的場(chǎng)合，亦可應(yīng)用于細(xì)絲直徑、線紋量具的在線測(cè)量等領(lǐng)域。

1 工作原理

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

系統(tǒng)采用日本東芝公司的TCD142D(2048位)線陣CCD器件作為探測(cè)元件。光源均勻地照射在被測(cè)紙張的定位線處，定位線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)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(shù)量的光生電荷，在光積分期間，這些光生電荷被存儲(chǔ)在彼此隔離的相應(yīng)像元的勢(shì)阱中。在電荷轉(zhuǎn)移期間，各個(gè)像元中的光生電荷按奇偶數(shù)分配，同時(shí)轉(zhuǎn)移到設(shè)置在像元上下兩側(cè)的移位寄存器中，然后在傳輸脈沖的控制下，依次轉(zhuǎn)移到輸出端，因而在光敏面上形成了線紋的影像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)目標(biāo)的一維掃描和信號(hào)讀出。CCD輸出信號(hào)大小與照射光強(qiáng)成正比，影像部分像元輸出信號(hào)電壓幅度較小，非影像部分像元輸出電壓幅度較大，因此線紋在CCD輸出信號(hào)中形成了一個(gè)楔形的凹陷波形，只要統(tǒng)計(jì)出楔形在整個(gè)CCD輸出信號(hào)波形中所占的單元數(shù)及其相對(duì)位置，就可得出紙張的位置是否發(fā)生了移動(dòng)及其相對(duì)位移量。如在誤差范圍之內(nèi)則通知上位機(jī)可以控制切刀下刀，否則通知上位機(jī)不能下刀并顯示誤差，由工作人員進(jìn)行調(diào)整直至使紙張位置正確。整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示誤差，正確后顯示0000，工作人員按確認(rèn)鍵后系統(tǒng)會(huì)立即通知上位機(jī)可以下刀。系統(tǒng)各模塊的參數(shù)如表1所示。