一種非接觸式ccd質檢系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種非接觸式CCD質檢系統。該系統以DSP為主控芯片,先采用平行光照射工件并在線陣CCD上成像;再利用高速模數A/D轉換器和高速緩沖存儲器實現對線陣CCD信號的采集,送入主控芯片DSP;然后利用從線陣CCD采集到的圖像信號設計圖像測量算法,實現對被測對象的尺寸、直度和表面粗糙度等多項指標的檢測;最后利用顯示單元實時在線顯示檢測結果。本質檢系統無需和被測工件接觸,能同時達到精確性和實時性上的要求,且系統高度集成,穩定小巧。
【專利說明】一種非接觸式CCD質檢系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及質檢系統,尤其涉及一種非接觸式CCD質檢系統。
【背景技術】
[0002] 產品質量檢測一直是工業生產中的一個重要環節。隨著現代工業的發展和自動化 水平的提高,在全面質量管理過程中,更需要先進的、智能的檢測手段。接觸式測量通過與 被測物體的表面直接接觸,實現對物體表面參數的測量。此方法需要接觸工件,導致工件的 磨損,且重復測量精度差。非接觸式測量以光電、電磁等技術為基礎,在不接觸被測物體的 情況下,對物體表面的參數進行精確測量。此方法在測量精度、測量速度、適應性、對產品的 保護等方面均優于接觸式測量。在某些尺寸測量、形狀判斷的特殊場合,使用傳統的接觸式 測量方法無法完成測量任務,如在有毒有害等惡劣環境下、在超高溫或超低溫環境下、被測 對象容易變形情況下等,此時需要用一種非接觸測量的方法來完成測量任務。
[0003] 非接觸式測量以其測量精度、測量速度、適應性、對產品的保護等方面的優勢,在 質檢系統中的應用越來越廣泛。電渦流法、超聲測量法、電容測量法、激光三角法、機器視覺 測量等典型的非接觸測量方法,均因其對被測對象的特殊要求而在應用上受限。因此,對測 量環境具有較強適應能力的非接觸式質檢系統的研究有很大空間。
[0004] 基于線陣CCD或者基于圖像測量算法的非接觸式測量系統已不鮮見,但將兩種技 術相結合的提法還少有提及。且現有的非接觸式測量方法多為對工件的某一種尺寸進行測 量,能同時能對工件的直徑、直度和表面粗糙度等多項指標進行測量的質檢系統更是頗為 鮮見。將基于線陣CCD的成像技術與圖像測量技術相結合,利用高速處理器DSP作為整個 檢測系統的核心進行數據采集、存儲、處理和控制,全部控制邏輯由硬件實現完成,能同時 達到精確性和實時性上的要求,且系統高度集成,穩定小巧。
【發明內容】
[0005] 本實用新型旨在開發出一套低成本、高精度、高靈敏度、非接觸式的質檢系統,用 以實現對各種棒材、管材的直徑、直度、表面粗糙度等指標的測量。
[0006] 本實用新型以DSP為主控芯片,先采用平行光照射工件并在線陣C⑶上成像;再 利用高速模數A/D轉換器和高速緩沖存儲器實現對線陣CCD信號的采集,送入主控芯片 DSP ;然后利用從線陣CCD采集到的圖像信號設計圖像測量算法,實現對被測對象的尺寸、 直度和表面粗糙度等多項指標的檢測;最后利用顯示單元實時在線顯示檢測結果。其中圖 像測量算法的速度是決定能否實現同時對被測對象多項指標檢測的關鍵,利用亞像素邊緣 定位技術在初定位的基礎上快速定位被測工件在線陣CCD上的影像邊緣,進而根據光學成 像原理計算出被測工件的實際尺寸。本系統對測量環境的適應能力較強,且不與被測對象 接觸,在精度、速度和耐用性上都具有明顯優勢。研究結果將進一步推動現代工業的發展和 自動化水平的提高,為非接觸式的質檢系統帶來巨大的市場效益。
[0007] 本實用新型涉及的一種非接觸式CCD質檢系統,含有:數據采集,可編程邏輯器件 CPLD和主控芯片DSP三部分,其中,
[0008] 數據采集部分:利用平行光照射被測工件,通過成像系統在線陣(XD上成像,經A/ D轉換將C⑶上獲取的模擬量轉換成數字量,通過高速緩存將數字量送主控芯片DSP ;
[0009] 可編程邏輯器件CPLD :根據主控芯片DSP的地址、I/O控制信號,產生驅動脈沖驅 動線陣CCD,控制A/D轉換及高速緩存;
[0010] 主控芯片DSP :利用從線陣C⑶采集到的圖像信號設計圖像測量算法,實現對被測 對象的尺寸、直度和表面粗糙度等多項指標的檢測,最后利用顯示單元實時在線顯示檢測 結果;
[0011] (1)線陣c⑶的驅動電路
[0012] 為了保證準確采集圖像信號,必須向線陣(XD提供正確的驅動信號,并且向A/D轉 換器提供相應的時序信號,保證CCD與A/D轉換器協調一致。在分析線陣CCD工作周期中 的光積分和電荷轉移兩個階段中影響測量精度的因素的基礎上,結合質檢系統應用場合所 要求的精度、時間分辨率,及后續數據采集和處理的能力設計出線陣CCD的驅動電路。
[0013] (2)圖像信號的采集和算法實現
[0014] 對工件在線陣C⑶上形成的圖像信號,以DSP為主控芯片,利用相關雙采樣電路、 高速模數轉換器和高速緩沖存儲器實現對線陣CCD信號的采集,然后利用采集到的圖像信 號確定被測對象的各項尺寸指標。根據光學成像原理,可以利用物距、像距、被測工件在線 陣CCD上的影像大小計算出被測工件的實際尺寸,但被測工件在線陣CCD上的影像大小需 要利用影像的邊緣確定,因此,對圖像的邊緣檢測是確定圖像測量算法的重要環節。為了更 好的保證算法實現的速度,對圖像邊緣的定位必須迅速,這也是圖像測量算法的關鍵所在。
[0015] (3)檢測結果的顯示
[0016] 根據對產品檢測指標的要求,設計出能實時顯示產品直徑、直度、表面粗糙度等實 時數據的人機界面,便于對產品質量的實時監測,并實現對生產線的實時反饋控制。按工藝 要求正確設置好產品的直徑、直度、表面粗糙度的標稱值,可以實現對檢測參數的自動反饋 控制和超差報警,當系統出現故障時,液晶顯示器上可及時顯示系統的故障,方便用戶及時 排除,提高了對生產設備的管理和操作的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是光學成像示意圖。
[0018] 圖2是非接觸式(XD質檢系統。
【具體實施方式】
[0019] 本實用新型所依據的測量原理如圖1所示:進行測試的物體在合適的光源均勻地 照明后,運用精密的光學系統就會將其成像,而這個影像的大小與被測物件的尺寸成一定 的倍數,再經過一定的數據處理,就可以提取出被測物件的真實尺寸。
[0020] 圖2中,當平行光束照射到被測物體上時,通過成像系統后,線陣C⑶接受光信號 成像后給出電荷信號,CDS相關雙采樣電路對電荷信號進行去噪處理,然后經A/D轉換器將 CDS送出的模擬信號轉換成數字信號,為了保證信號采集和處理的速度相匹配,先將數字信 號經過高速緩存后再送基于DSP構建的圖像處理器進行圖像指標的測量,最后通過液晶顯 示給出對產品指標的檢測數據。采用DSP作為整個檢測系統的核心進行數據采集、存儲、處 理和控制,全部控制邏輯由硬件實現完成,能同時達到精確性和實時性上的要求,且系統高 度集成,穩定小巧。
【權利要求】
1. 一種非接觸式CCD質檢系統,其特征在于,含有:數據采集,可編程邏輯器件CPLD和 主控芯片DSP三部分,其中, 數據采集部分:利用平行光照射被測工件,通過成像系統在線陣C⑶上成像,經A/D轉 換將CCD上獲取的模擬量轉換成數字量,通過高速緩存將數字量送主控芯片DSP ; 可編程邏輯器件CPLD :接收主控芯片DSP的地址、I/O控制信號,產生驅動脈沖驅動線 陣CCD,控制A/D轉換及高速緩存; 主控芯片DSP:接收線陣CCD采集到的圖像信號,利用圖像測量算法確定被測對象的尺 寸、直度和表面粗糙度等指標,并顯示結果。
【文檔編號】G05B19/418GK203894623SQ201420312402
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】賈曉芬, 趙佰亭, 楊芝權, 張邦澤, 黃賢波 申請人:安徽理工大學