2 硬件設計
在各部分電路中,最重要的是數(shù)據(jù)的快速存儲電路,如圖3所示。顯然,對線紋的定位即對紙張的定位已變?yōu)榍缶�紋影像部分占多少個有效的RAM單元及這些單元在RAM中的起始地址和結束地址的問題。
3 軟件設計
雙路CCD高精度線紋測量實時監(jiān)控系統(tǒng)的軟件流程如圖4所示。
由于系統(tǒng)用于在線測量,探測裝置安裝于切裁器械上,每次下刀時都有一定的震動,機械結構的加工裝配難免存在一定的誤差,照明光源的不完全均勻,都可影響系統(tǒng)的測量精度。為保證系統(tǒng)的精確穩(wěn)定、使用方便,在軟件上采取如下主要措施：
（1）系統(tǒng)定標
當系統(tǒng)的工作距離確定之后,為了用目標像所占的像元數(shù)N確定目標的實際尺寸,需在正式測量之前對系統(tǒng)進行定標。定標的方法應為：先將一已知尺寸的標準模塊置于被測目標位置,然后通過讀出數(shù)字量確定該模塊的像所占CCD像元數(shù),由此可得到目標在系統(tǒng)CCD成像的一個比例系數(shù)K。
通常把K值存入計算機中,在對目標進行連續(xù)測量時,可隨時通過軟件計算出目標的實際尺寸。此種方法簡單明了,但由于其中未考慮系統(tǒng)誤差的影響,因此測量精度不高。為了在實測值中去除系統(tǒng)誤差,可采用二次標定法來確定系統(tǒng)中的比例系數(shù)K。
若設系統(tǒng)誤差為b,則被測物體的實際尺寸X與其相應成像像元數(shù)Y之間有：X=KY+b,因此可采取兩次標定以確定K和b值。
采取以上的二次標定法測得K和b值后,即可清除系統(tǒng)誤差對測量精度的影響。應當注意的是,以上兩種標定法只考慮了系統(tǒng)在相對靜態(tài)測量時的標定。對于動態(tài)在線測量,還應根據(jù)實際情況采取計算機矯正法來提高測量精度。
（2）有效的邊沿提取
要確定紋線影像范圍,就要確定一個閾值,此閾值是線紋在CCD上所成影像的輸出信號最大值與最小值的平均值。從RAM中讀取出的數(shù)據(jù)值在閾值之下的,該數(shù)據(jù)所在單元計入線紋范圍之內,否則不計入。顯然此值隨照明光線的強弱變化而變化,不是一個定值。不采用固定的閾值,而是每次采樣都統(tǒng)計出一個隨照射光強和外部環(huán)境影響變化采用都統(tǒng)計出一個隨照射光強和外部環(huán)境影響變化的閾值作為影像邊沿的起始點和結束點,這樣可以有效地將影像范圍確定,避免因光強變化引起的誤差。
（3）毛刺噪聲的剔除
理想情況下,由A/D轉換的模擬信號應只有線紋處的電平較低,其他部分較高,且上升、下降沿很陡。由于CCD探測元件和A/D轉換器的靈敏度和精度都很很高,因此很容易將視頻信號中摻雜的噪聲也一起轉換出來,如圖5所示。
除了硬件中采取抗干擾措施外,還有必要利用軟件進行毛刺噪聲的剔除。因為有用信號所造成的圖像楔形部分一定比干擾信號造成的楔形圖像幅度差大得多,因此采取的辦法是將整個波形中各個毛刺的最大幅度與最小幅度之差進行比較,其中最大的一個,就是我們所要尋找的線紋。
整個系統(tǒng)的位置測量精度達±9μm,測量范圍在相對零位時為±5mm,采樣速率CCD幀頻可達100Hz,即204.8kHz的采樣率。整個程序包括系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)采樣、處理,耗時約350ms,可完成零位校準、尺寸定標、誤差限值的自動保存等多項校準功能。
