雙路CCD高精度線紋位置實時監控系統

摘 要： 討論了用電荷耦合器件對線紋進行非接觸測量定位的理論與方法介紹了一種以MCS-51單片機為核心、利用雙端口RAM技術和高速A/D實現CCD信號高速數據同步采集的系統及其應用。

關鍵詞： 線陣CCD 高速A/D 實時監控

在工業生產和科學實驗中，常常會遇到尺寸在一毫米以內的狹縫或細絲直徑的測量或定位問題。傳統的測量方法是使用精密的量具進行測量，這些測量或定位方法速度慢、誤差大，應用范圍受到限制。采用CCD成像方法定位或測量細絲直徑具有測量精度高、速度快、使用方便、易與計算機相連從而實現自動化監控等優點。

雙路CCD高精度線紋位置實時監控系統是西安應用光學研究所六室研制的非接觸線紋在線定位測量儀器，能夠完成大迭紙鈔裁切之前的精確定位，配置一定的裁切工具，可實現紙鈔的自動切割。儀器可安裝在裁切機處，在下刀之前對大張鈔票的定位線的位置進行精確、實時、非接觸測量，并實時顯示測試的位置偏差結果；同時可將正確與錯誤的狀態信息傳送到上端PLC控制器，從而進行正確的操作。該系統具有方便的零位修正和絕對尺寸定標功能，并具有修正量值保存和系統自檢保護等功能，可廣泛應用于造紙廠、印鈔廠、布匹廠等需精度定位的場合，亦可應用于細絲直徑、線紋量具的在線測量等領域。

1 工作原理

雙路CCD高精度線紋測量實時監控系統主要由雙路CCD攝像頭及光源和電路箱等幾部分組成，系統的功能模塊框圖如圖１所示。

系統采用日本東芝公司的TCD142D(2048位)線陣CCD器件作為探測元件。光源均勻地照射在被測紙張的定位線處，定位線經光學系統按一定倍率成像在CCD器件的光敏面上，入射光子被排列成一排的光敏單元吸收，同時產生一定數量的光生電荷，在光積分期間，這些光生電荷被存儲在彼此隔離的相應像元的勢阱中。在電荷轉移期間，各個像元中的光生電荷按奇偶數分配，同時轉移到設置在像元上下兩側的移位寄存器中，然后在傳輸脈沖的控制下，依次轉移到輸出端，因而在光敏面上形成了線紋的影像，實現了對被測目標的一維掃描和信號讀出。CCD輸出信號大小與照射光強成正比，影像部分像元輸出信號電壓幅度較小，非影像部分像元輸出電壓幅度較大，因此線紋在CCD輸出信號中形成了一個楔形的凹陷波形，只要統計出楔形在整個CCD輸出信號波形中所占的單元數及其相對位置，就可得出紙張的位置是否發生了移動及其相對位移量。如在誤差范圍之內則通知上位機可以控制切刀下刀，否則通知上位機不能下刀并顯示誤差，由工作人員進行調整直至使紙張位置正確。整個過程中系統實時測量并顯示誤差，正確后顯示0000，工作人員按確認鍵后系統會立即通知上位機可以下刀。系統各模塊的參數如表1所示。