一种非接触式ccd质检系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种非接触式CCD质检系统。该系统以DSP为主控芯片，先采用平行光照射工件并在线阵CCD上成像；再利用高速模数A/D转换器和高速缓冲存储器实现对线阵CCD信号的采集，送入主控芯片DSP；然后利用从线阵CCD采集到的图像信号设计图像测量算法，实现对被测对象的尺寸、直度和表面粗糙度等多项指标的检测；最后利用显示单元实时在线显示检测结果。本质检系统无需和被测工件接触，能同时达到精确性和实时性上的要求，且系统高度集成，稳定小巧。
【专利说明】一种非接触式CCD质检系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及质检系统，尤其涉及一种非接触式CCD质检系统。
【背景技术】
[0002] 产品质量检测一直是工业生产中的一个重要环节。随着现代工业的发展和自动化 水平的提高，在全面质量管理过程中，更需要先进的、智能的检测手段。接触式测量通过与 被测物体的表面直接接触，实现对物体表面参数的测量。此方法需要接触工件，导致工件的 磨损，且重复测量精度差。非接触式测量以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体的 情况下，对物体表面的参数进行精确测量。此方法在测量精度、测量速度、适应性、对产品的 保护等方面均优于接触式测量。在某些尺寸测量、形状判断的特殊场合，使用传统的接触式 测量方法无法完成测量任务，如在有毒有害等恶劣环境下、在超高温或超低温环境下、被测 对象容易变形情况下等，此时需要用一种非接触测量的方法来完成测量任务。
[0003] 非接触式测量以其测量精度、测量速度、适应性、对产品的保护等方面的优势，在 质检系统中的应用越来越广泛。电涡流法、超声测量法、电容测量法、激光三角法、机器视觉 测量等典型的非接触测量方法，均因其对被测对象的特殊要求而在应用上受限。因此，对测 量环境具有较强适应能力的非接触式质检系统的研究有很大空间。
[0004] 基于线阵CCD或者基于图像测量算法的非接触式测量系统已不鲜见，但将两种技 术相结合的提法还少有提及。且现有的非接触式测量方法多为对工件的某一种尺寸进行测 量，能同时能对工件的直径、直度和表面粗糙度等多项指标进行测量的质检系统更是颇为 鲜见。将基于线阵CCD的成像技术与图像测量技术相结合，利用高速处理器DSP作为整个 检测系统的核心进行数据采集、存储、处理和控制，全部控制逻辑由硬件实现完成，能同时 达到精确性和实时性上的要求，且系统高度集成，稳定小巧。
【发明内容】
[0005] 本实用新型旨在开发出一套低成本、高精度、高灵敏度、非接触式的质检系统，用 以实现对各种棒材、管材的直径、直度、表面粗糙度等指标的测量。
[0006] 本实用新型以DSP为主控芯片，先采用平行光照射工件并在线阵C⑶上成像；再 利用高速模数A/D转换器和高速缓冲存储器实现对线阵CCD信号的采集，送入主控芯片 DSP ;然后利用从线阵CCD采集到的图像信号设计图像测量算法，实现对被测对象的尺寸、 直度和表面粗糙度等多项指标的检测；最后利用显示单元实时在线显示检测结果。其中图 像测量算法的速度是决定能否实现同时对被测对象多项指标检测的关键，利用亚像素边缘 定位技术在初定位的基础上快速定位被测工件在线阵CCD上的影像边缘，进而根据光学成 像原理计算出被测工件的实际尺寸。本系统对测量环境的适应能力较强，且不与被测对象 接触，在精度、速度和耐用性上都具有明显优势。研究结果将进一步推动现代工业的发展和 自动化水平的提高，为非接触式的质检系统带来巨大的市场效益。
[0007] 本实用新型涉及的一种非接触式CCD质检系统，含有：数据采集，可编程逻辑器件 CPLD和主控芯片DSP三部分，其中，
[0008] 数据采集部分：利用平行光照射被测工件，通过成像系统在线阵(XD上成像，经A/ D转换将C⑶上获取的模拟量转换成数字量，通过高速缓存将数字量送主控芯片DSP ;
[0009] 可编程逻辑器件CPLD :根据主控芯片DSP的地址、I/O控制信号，产生驱动脉冲驱 动线阵CCD，控制A/D转换及高速缓存；
[0010] 主控芯片DSP :利用从线阵C⑶采集到的图像信号设计图像测量算法，实现对被测 对象的尺寸、直度和表面粗糙度等多项指标的检测，最后利用显示单元实时在线显示检测 结果；
[0011] (1)线阵c⑶的驱动电路
[0012] 为了保证准确采集图像信号，必须向线阵(XD提供正确的驱动信号，并且向A/D转 换器提供相应的时序信号，保证CCD与A/D转换器协调一致。在分析线阵CCD工作周期中 的光积分和电荷转移两个阶段中影响测量精度的因素的基础上，结合质检系统应用场合所 要求的精度、时间分辨率，及后续数据采集和处理的能力设计出线阵CCD的驱动电路。
[0013] (2)图像信号的采集和算法实现
[0014] 对工件在线阵C⑶上形成的图像信号，以DSP为主控芯片，利用相关双采样电路、 高速模数转换器和高速缓冲存储器实现对线阵CCD信号的采集，然后利用采集到的图像信 号确定被测对象的各项尺寸指标。根据光学成像原理，可以利用物距、像距、被测工件在线 阵CCD上的影像大小计算出被测工件的实际尺寸，但被测工件在线阵CCD上的影像大小需 要利用影像的边缘确定，因此，对图像的边缘检测是确定图像测量算法的重要环节。为了更 好的保证算法实现的速度，对图像边缘的定位必须迅速，这也是图像测量算法的关键所在。
[0015] (3)检测结果的显示
[0016] 根据对产品检测指标的要求，设计出能实时显示产品直径、直度、表面粗糙度等实 时数据的人机界面，便于对产品质量的实时监测，并实现对生产线的实时反馈控制。按工艺 要求正确设置好产品的直径、直度、表面粗糙度的标称值，可以实现对检测参数的自动反馈 控制和超差报警，当系统出现故障时，液晶显示器上可及时显示系统的故障，方便用户及时 排除，提高了对生产设备的管理和操作的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是光学成像示意图。
[0018] 图2是非接触式(XD质检系统。
【具体实施方式】
[0019] 本实用新型所依据的测量原理如图1所示：进行测试的物体在合适的光源均匀地 照明后，运用精密的光学系统就会将其成像，而这个影像的大小与被测物件的尺寸成一定 的倍数，再经过一定的数据处理，就可以提取出被测物件的真实尺寸。
[0020] 图2中，当平行光束照射到被测物体上时，通过成像系统后，线阵C⑶接受光信号 成像后给出电荷信号，CDS相关双采样电路对电荷信号进行去噪处理，然后经A/D转换器将 CDS送出的模拟信号转换成数字信号，为了保证信号采集和处理的速度相匹配，先将数字信 号经过高速缓存后再送基于DSP构建的图像处理器进行图像指标的测量，最后通过液晶显 示给出对产品指标的检测数据。采用DSP作为整个检测系统的核心进行数据采集、存储、处 理和控制，全部控制逻辑由硬件实现完成，能同时达到精确性和实时性上的要求，且系统高 度集成，稳定小巧。
【权利要求】
1. 一种非接触式CCD质检系统，其特征在于，含有：数据采集，可编程逻辑器件CPLD和 主控芯片DSP三部分，其中， 数据采集部分：利用平行光照射被测工件，通过成像系统在线阵C⑶上成像，经A/D转 换将CCD上获取的模拟量转换成数字量，通过高速缓存将数字量送主控芯片DSP ; 可编程逻辑器件CPLD :接收主控芯片DSP的地址、I/O控制信号，产生驱动脉冲驱动线 阵CCD，控制A/D转换及高速缓存； 主控芯片DSP:接收线阵CCD采集到的图像信号，利用图像测量算法确定被测对象的尺 寸、直度和表面粗糙度等指标，并显示结果。
【文档编号】G05B19/418GK203894623SQ201420312402
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】贾晓芬, 赵佰亭, 杨芝权, 张邦泽, 黄贤波 申请人:安徽理工大学