基于线阵CCD在线铜包钢线径测量仪的研究

　　0　引　言

　　铜包钢线是钢芯上同心均匀地覆盖着一层铜,它兼有钢的高强度,又有铜的优异导电和抗腐蚀性能。由于高频时的趋肤效应,在高频区域内,铜包钢复合 线的电导率要比相同规格的纯铜线高。因此,如果电缆中的信号频率较高时,可以用铜包钢线取代纯铜线,既能提高电缆的传输性能,又能降低制造成本。目前,国 内铜包钢线材的生产方式以电镀法为主,产品以小线径线材为主,主要用于电缆、电器仪表引线、通讯导线等方面。在铜包钢的生产中一般铜层包覆比为20%~ 30% ,电导率为30%~40% IACS[1]。

　　本设计是基于厂家生产铜包钢时不能实时测量铜层包覆的厚度而设计。为增加产品合格率和减少成本开支,在设计中采用了线阵CCD图像传感器来达到 实时测径的要求。图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触检测技术,现被广泛地应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域 [2]。

　　1　CCD在线测径仪原理

　　1.1　CCD测径原理

　　CCD器件的光电接收外径测量原理是[3]:通过光学系统将被测工件的线径尺寸以固定的、准确的倍率成像于CCD光敏面上,对CCD输出信号进行提取并转换,从而实现相应的测量。假设光学成像系统的横向放大倍率为β,那么被测物体的尺寸可以用式(1)来表示。

　　1.2　CCD测径仪设计原理

　　根据CCD的测径原理,由式(1)可知,如果知道被测物的像尺寸大小(被遮挡的光敏单元的区间大小)和放大倍率β值就可以计算出被测工件的线径 值大小。在本设计中,为兼顾测量精度和工程上实现测试的可靠性,确定放大倍率β值的大小并没有按照光学上面的计算公式来得到,而是采用更直接的标定方式来 获得。被测物的像的尺寸大小也不是按照被遮挡光敏单元的数量与光敏单元中心距的乘积来获得,取而代之的是测量二值化后的脉宽大小。

　　本CCD在线测径仪由CCD驱动模块,光学系统模块,CCD输出信号处理模块,LED数码管显示等模块组成。原理框图如图1所示。

　　整个系统的工作原理为[4]:平行光源照射到不透明的铜包钢,通过成像透镜以确定的倍率投射到线阵CCD光敏阵列上,CCD光敏阵列根据阴影的 宽度大小输出相应的电信号。CCD光敏阵列输出的电信号经过滤波放大电路、二值化电路后送到单片机进行处理。通过相关软件算法后,实时地把测得的铜包钢线 径大小显示在LED数码管上面。并能实时比较铜包钢的线径大小是否在预设范围内,如果不在预设范围内便做出相应的报警,提醒工作人员做出相应的措施来达到 铜包钢的生产工艺要求。