动态线材直径CCD测量仪

　　一、测量原理

　　线列CC D(电荷锅合器件)是一种一维图象传感器，它有多种用途，其中之一是在生产线上.对各种线、带、管、条进行非接触在线尺寸测量。一般测量原理是:采用平行光从背面照射待测目标.目标经过光学系统成象在CCD传感器上。成象尺寸乘以一个由光学系统决定的系数，即为目标的实际尺寸。测量光路如图1所示。实际上，光学系统对处于视场不同位置的目标的放大率是不同的。差别的大小取决于光学系统的质量，当被测目标存在径向振动时.其在视场中的位置是变化的。

　　将成象尺寸乘以一个统一的系数来得到实际尺寸的做法会带来误差，因而这种测量方法不可能达到高的精度。我们采用的高精度测量方法是:测量目标在CCD上所成象的两个边缘位置X1,X2，目标的实际尺寸D由下式求出:

　　式中A₁,A₂.A₃是同X₁、 X₂有关的系数，它们有许多组，分别对应目标在视场中的不同位置。系数A₁,A₂,A₃由定标过程得到，定标过程是准备一组已知尺寸的标准样品。在系统的视场内对其进行扫描，得到许多组X₁ ,X₂的值。采用多项式线性回归法处理这些值和标准样品的尺寸、可求出系数A₁,A₂,A₃将系数存盘，实际测量时由X₁X₂的值找出相应的定标系数，再由(1)式求出目标尺寸。定标能消除所有的系统误差。定标和测量过程中的数据处理都由软件完成。

　　二、硬件结构

　　测量系统由照明光源、成象物镜、CC.D传感器、以单片机为核心的数据采集电路、PC机组成。照明光源、成象物镜、CCD传感器等光学间题已有专文讨论l1).在此只讨论电子学系统。

　　系统框图如图2所示。电子系统主要由多种数字信号发生电路、探测头电路、信号处理模拟电路、单片机数据采集电路、PC机系统五部分组成。探测头电路位于探测头内，多路数字信号发生电路、信一号处理模拟电路、数据采集电路位于被测目标附近的电路机箱内，电路机箱通过电缆分别同探测头和PC机系统相连。多种数字信号发生电路用于产生:CCD驱动时序脉冲，计数时钟，籍位脉冲，计数同步脉冲。探测头电路提供CCD工作所需要的各种偏置，并将输入的CCD驱动时序脉冲整形、变换成CCD要求的工作电平用来驱动CCD。CCD输出信号在探测头电路中经射随器隔离输出，沿着75同轴电缆进入信号处理模拟电路。在CCD输出的原始信号中，混杂有较大的复位脉冲干扰，必须将其滤除。信号处理模拟电路用射随器对输入的信号进行隔离，隔离后的信号经交流藕合后送入两级巴特沃斯低通滤波器滤除复位脉冲的干扰。信号经滤波后进行放大。放大后的信号经籍位电路实现直流恢复。再进行二值化处理，得到整形的矩形波，其电平为同TTL电平兼容。所得矩形波送数据采集电路。数据采集电路由计数控制信号发生电路、计数电路和单片机系统组成。计数控制信号发生电路用计数同步脉冲和信号处理模拟电路送来的矩形脉冲组成多个控制信号，控制数据采集的全过程C计数电路有两套，分别对目际的两个边缘信号进行计数。当计数结束后，所得数据被锁存，同时向单片机发出中断请求，单片机响应中断进入中断程序采集数据。我们的单片机是80C31芯片.采用1l. 059MHz的晶振，紧凑地编制中断程序，可以满足实时数据采集的要求。80C31与PC机采用串行通讯口进行通讯，采用RS—422接口标准。因其采用平衡传输线路传送数据，可抑制共模干扰.特别适含工业环境的使用。