CN108955522A

CN108955522A - 带材边缘位置检测装置及方法

Info

Publication number: CN108955522A
Application number: CN201810693939.9A
Authority: CN
Inventors: 宋念龙; 赵越
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2018-12-07

Abstract

本发明公开了一种带材边缘位置检测装置，包括支架，支架的顶端设置有镜头座，镜头座上设置有朝下的光学镜头，镜头座上还设置有光学检测模块，光学检测模块包括PCB板，PCB板上分别有CMOS图像传感器、电源装置、FPGA、SDRAM、VGA显示接口、CPU、外部FLASH、RS485通信接口和按键，电源装置分别与CMOS图像传感器、FPGA、SDRAM、VGA显示接口、CPU、外部FLASH和RS485通信接口连接，FPGA分别与CMOS图像传感器、SDRAM、VGA显示接口和CPU连接，CPU还分别与外部FLASH、RS485通信接口和按键连接，还包括设置在支架下方的灯箱，镜头座与PCB板通过螺钉固定连接，本发明一种带材边缘位置装置，和一种带材边缘位置的检测方法，解决了现有带材边缘位置检测方法在检测时存在的检测速度慢、检测精度不高的问题。

Description

带材边缘位置检测装置及方法

技术领域

本发明属于带材边缘位置检测技术领域，具体涉及一种检测带材边缘位置的装置，本发明还涉及使用上述装置进行带材边缘位置检测的方法。

背景技术

在带材流水线上，由于带材及设备的某些原因，使带材在运行时出现较大的跑偏量，即带材出现跑偏现象，从而影响到正常的生产。出现跑偏的主要原因有以下几种：带材形状(如带材不平直)，旋转辊表面状态(如辊子轴线不平行度、辊子表面形状)，设备安装精度低(会使各辊轴线产生不平行度及不垂直度)，轴承不均匀磨损，机件变形。这些原因都会导致带材出现跑偏，为解决上述跑偏的问题，国内外采用了多种检测方法。

第一种：电容式，即采用电容式传感器对带材偏移量进行测量，根据带材偏移时会对装置一侧产生压力，通过将这一压力传递到电容式传感器内，这种传感器大都选择差动式电容结构，产生的偏移使动极板产生移动，引起极板之间电容参数值的变化，从而实现对其偏移量的测量。电容式检测装置结构简单，动态响应快，测量范围大，但易受现场静电、金属粉末、雾气等因素的影响，性能不稳定。第二种：电感式，即利用电磁感应原理进行检测，检测装置包括两个发射线圈和两个接收线圈，并以带材为中心对称放置，当两个发射线圈中通以可控的正弦交变电压时，在发射线圈的周围产生一交变磁场，则在接收线圈中产生感应电动势。当带材处于中间位置时，两边接收线圈的输出相同。当带材向左跑偏时，左侧接收线圈的输出信号减小，右侧接收线圈的输出信号增加，这两个信号经放大、整流、滤波后送入控制器，完成检测，电感式检测装置不受外界恶劣环境的影响，使用寿命长，但只能适用于导磁性带材，适用范围较窄，响应时间较长。第三种：光电式，即利用光电原理进行检测，例如使用线阵CCD作为感光元件，带材下方的灯箱发出的光照射在带材边缘，反映在线阵 CCD上是一条明暗分界线，通过驱动电路给线阵CCD提供驱动时序，输出的模拟信号经过二值化处理，复杂可编程逻辑器件(CPLD)进行脉冲计数，并转化为电压值的大小，以此来确定带材的边缘位置。线阵CCD检测装置检测精度高，响应时间短，但安装时镜头必须和光源对准，安装调试有一定的难度。

综上可发现现有的带材边缘位置检测装置在使用时均存在着不同的问题，比如电容式检测方法容易受到影响，性能不稳定的问题；电感式检测方法适用范围窄，响应时间长的问题；以及光电式中线阵 CCD检测装置安装调试困难的问题检测装置安装调试困难的问题，所以有必要寻求一种检测速度快、精度高、功能切换灵活并且安装方便的带材边缘位置检测装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种带材边缘位置检测装置，提供了一种检测速度快、精度高的带材边缘位置检测装置。

本发明的另一目的是提供一种带材边缘位置的检测方法，解决了现有方法在带材边缘位置检测时存在的检测速度慢、检测精度不高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种带材边缘位置检测装置，包括支架，支架的顶端设置有镜头座，镜头座上设置有朝下的光学镜头，镜头座上还设置有光学检测模块，光学检测模块包括PCB板，PCB 板上分别有CMOS图像传感器、电源装置、FPGA、SDRAM、VGA 显示接口、CPU、外部FLASH、RS485通信接口和按键，电源装置分别与CMOS图像传感器、FPGA、SDRAM、VGA显示接口、CPU、外部FLASH和RS485通信接口连接，FPGA分别与CMOS图像传感器、SDRAM、VGA显示接口和CPU连接，CPU还分别与外部FLASH、 RS485通信接口和按键连接，还包括设置在支架下方的灯箱，镜头座与PCB板通过螺钉固定连接。

本发明的特点还在于：

CMOS图像传感器的型号为MT9P031。

FPGA的型号为EP4CE15F17C8。

SDRAM的型号为HY57V641620。

VGA显示接口包括专用视频转换DAC芯片ADV7123和DB15 接口。

CPU的型号为STM32F103C8T6。

外部FLASH的型号为W25Q128。

RS485通信接口的型号为MAX3485。

本发明所采用的另一技术方案是，一种带材边缘位置的检测方法，该方法使用了如上所述的一种带材边缘位置检测装置，具体按照以下方法实施：

步骤1：分别在带材13的两侧安装支架9，并在每个支架9上安装镜头座10，然后在每个镜头座10朝下安装光学镜头14，最后在带材13的两侧下方分别安装灯箱15，并确保灯箱15发射出的光线照射到带材13的两边缘；

步骤2：给电源装置8供电，在外部FLASH6中存入两种功能模式的配置文件，CPU5从SDRAM3调取配置文件，FPGA2完成配置，配置过程包括：

当nCONFIG产生下降沿脉冲时，启动配置过程，

在DCLK上升沿，开始将配置数据移入FPGA2，

配置数据全部正确地移入FPGA2后，CONF_DONE调到高电平表示配置完成；

步骤3：观察VGA显示接口4上显示的图像信息，调节所述光学镜头14的光路以及CMOS图像传感器1内部寄存器的参数，待 VGA显示接口4上显示出清晰且明暗相间的分界线时，按下按键12， FPGA2完成边缘位置的检测。

本发明一种带材边缘位置检测装置，本发明的装置具有节省硬件资源，增加系统的灵活性，具有安装方便、检测速度快、检测精度高、响应时间快、抗干扰能力强的特点。

本发明一种带材边缘位置的检测方法，是基于FPGA的CMOS 图像传感器来进行边缘位置检测，并利用FPGA可重构技术实现两种功能模式(调试模式和检测模式)的切换。本检测方法具有以下特点： 1)、检测速度快(240Hz)，检测精度高(0.2mm)；2)、功能切换灵活，在同一硬件装置上可以实现两种不同功能的使用；3)、安装方便，比起线阵CCD，选用CMOS图像传感器更容易对准光源。

附图说明

图1是本发明带材边缘位置检测装置的结构示意图；

图2是本发明带材边缘位置检测装置的原理框图。

图中，1.CMOS图像传感器，2.FPGA，3.SDRAM，4.VGA显示接口，5.CPU，6.外部FLASH，7.RS485通信接口，8.电源装置，9. 支架，10.镜头座，11.PCB板，12.按键，13.带材，14.光学镜头，15. 灯箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种带材边缘位置检测装置，如图1所示，包括支架9，支架9的顶端设置有镜头座10，镜头座10上设置有朝下的光学镜头 14，镜头座10上还设置有光学检测模块，光学检测模块包括PCB板 11，如图2所示，PCB板11上分别有CMOS图像传感器1、电源装置8、FPGA2、SDRAM3、VGA显示接口4、CPU5、外部FLASH6、 RS485通信接口7和按键12，CMOS图像传感器1与光学镜头14的位置相对应，以保证光学镜头14采集到的光能照射到CMOS图像传感器1；电源装置8分别与CMOS图像传感器1、FPGA2、SDRAM3、 VGA显示接口4、CPU5、外部FLASH6和RS485通信接口7连接， FPGA2分别与CMOS图像传感器1、SDRAM3、VGA显示接口4和 CPU5连接，CPU5还分别与外部FLASH6、RS485通信接口7和按键12连接，还包括设置在支架9下方的灯箱15，镜头座10与PCB 板11通过螺钉固定连接；CMOS图像传感器1的型号为MT9P031 或MT9J003中的任意一种，FPGA2的型号为EP4CE15F17C8， SDRAM3的型号为HY57V641620，VGA显示接口4包括DAC专用芯片ADV7123和DB15接口，CPU5的型号为STM32F103C8T6，外部FLASH6的型号为W25Q128，RS485通信接口7的型号为 MAX3485。

电源装置8向CMOS图像传感器1提供两种不同的电压，分别为3V和1.8V的电压，电源装置8分别对SDRAM3、VGA显示接口 4、CPU5、外部FLASH6和RS485通信7提供3.3V的电压，电源装置8向FPGA2提供三种不同的电压，分别为3.3V、2.5V和1.2V的电压；FPGA2的五个配置引脚nCONFIG、nSTATUS、DCLK、DATA0、 CONF_DONE分别和CPU5的五个通用IO引脚相连，其中nSTATUS 和CONF_DONE要接10K的上拉电阻接电源，FPGA2的MSEL管脚驱动全部接地，nCE接下拉10K电阻接地。

本发明一种带材边缘位置检测装置的工作原理：其中CMOS 图像传感器1通过光学镜头14采集原始的边缘位置图像信息并传递给FPGA2，FPGA2通过重构配置可以实现调试模式和检测模式两种功能，在调试状态下，装置处于工作前准备状态，可以进行一系列调试使装置达到最佳显示状态；在检测模式下，装置处于正常工作状态，即可以进行边缘位置检测，并发送边缘位置数据到其他设备或者上位机。PCB板11上设置与CPU5连接的切换按键，CPU5通过按键12 来选择不同的配置文件，从而实现FPGA2两个功能模式的可重构配置，每次系统上电时，CPU5对FPGA2默认配置为第一种功能配置—检测模式，当按键闭合时，CPU5对FPGA2重新配置，完成第二种功能配置—调试模式。具体的配置过程如下：FPGA2的nCONFIG 引脚由低电平到高电平的跳变启动配置周期，当nCONFIG为低电平时，FPGA2处于复位状态，当nCONFIG为高电平时，FPGA2释放 nSTATUS引脚，该引脚被10K的上拉电阻拉成高电平之后，FPGA2 准备接收外部FLASH6中配置文件的数据，在DCLK上升沿的作用下，配置文件的数据由低位到高位逐位地通过DATA0发送给FPGA2， FPGA2成功地接收了所有的配置数据后，释放CONF_DONE引脚，该引脚被10K的上拉电阻拉成高电平，CONF_DONE由一个低电平到高电平的跳变表明配置已完成。

本发明一种带材边缘位置的检测方法，该方法具体按照以下方法实施：

步骤1：分别在带材13的两侧竖直向上安装支架9，并在每个支架9上安装镜头座10，然后在每个镜头座10朝下安装光学镜头14，最后在带材13的两侧下方分别安装灯箱15，并确保灯箱15发射出的光线照射到带材13的两边缘；

当nCONFIG产生下降沿脉冲时，启动配置过程，

在DCLK上升沿，开始将配置数据移入FPGA2，

步骤3：观察VGA显示接口4上显示的图像信息，调节所述光学镜头14的光路以及所述CMOS图像传感器1内部寄存器的参数，待VGA显示接口4上显示出清晰且明暗相间的分界线时，按下按键 12，FPGA2完成边缘位置的检测。

通过上述方式，提供了一种检测速度快、精度高的带材边缘位置检测装置，同时本发明一种带材边缘位置的检测方法，是基于FPGA 的CMOS图像传感器来进行边缘位置检测，并利用FPGA可重构技术实现两种功能模式(调试模式和检测模式)的切换，而且本发明的装置安装方便，比起线阵CCD，选用CMOS图像传感器更容易对准光源。

Claims

1.一种带材边缘位置检测装置，其特征在于，包括支架(9)，所述支架(9)的顶端设置有镜头座(10)，所述镜头座(10)上设置有朝下的光学镜头(14)，所述镜头座(10)上还设置有光学检测模块，所述光学检测模块包括PCB板(11)，所述PCB板(11)上分别有CMOS图像传感器(1)、电源装置(8)、FPGA(2)、SDRAM(3)、VGA显示接口(4)、CPU(5)、外部FLASH(6)、RS485通信接口(7)和按键(12)，所述电源装置(8)分别与所述CMOS图像传感器(1)、FPGA(2)、SDRAM(3)、VGA显示接口(4)、CPU(5)、外部FLASH(6)和RS485通信接口(7)连接，所述FPGA(2)分别与所述CMOS图像传感器(1)、SDRAM(3)、VGA显示接口(4)和CPU(5)连接，所述CPU(5)还分别与所述外部FLASH(6)、RS485通信接口(7)和按键(12)连接，还包括设置在所述支架(9)下方的灯箱(15)，所述镜头座(10)与所述PCB板(11)通过螺钉固定连接。

2.根据权利要求1所述的带材边缘位置检测装置，其特征在于，所述CMOS图像传感器(1)的型号为MT9P031。

3.根据权利要求1所述的带材边缘位置检测装置，其特征在于，所述FPGA(2)的型号为EP4CE15F17C8。

4.根据权利要求1所述的带材边缘位置检测装置，其特征在于，所述SDRAM(3)的型号为HY57V641620。

5.根据权利要求1所述的带材边缘位置检测装置，其特征在于，所述VGA显示接口(4)包括专用视频转换DAC芯片ADV7123和DB15接口。

6.根据权利要求1所述的带材边缘位置检测装置，其特征在于，所述CPU(5)的型号为STM32F103C8T6。

7.根据权利要求1所述的带材边缘位置检测装置，其特征在于，所述外部FLASH(6)的型号为W25Q128。

8.根据权利要求1所述的带材边缘位置检测装置，其特征在于，所述RS485通信接口(7)的型号为MAX3485。

9.一种带材边缘位置的检测方法，其特征在于，该方法使用了如权利要求1所述的一种带材边缘位置检测装置，具体按照以下方法实施：

步骤1：分别在所述带材(13)的两侧竖直向上安装支架(9)，并在每个支架(9)上安装镜头座(10)，然后在每个镜头座(10)朝下安装光学镜头(14)，最后在所述带材(13)的两侧下方分别安装灯箱(15)，并确保灯箱(15)发射出的光线照射到所述带材(13)的两边缘；

步骤2：给电源装置(8)供电，在外部FLASH(6)中存入两种功能模式的配置文件，CPU(5)从SDRAM(3)调取配置文件，FPGA(2)完成配置，配置过程包括：

当nCONFIG产生下降沿脉冲时，启动配置过程，

在DCLK上升沿，开始将配置数据移入FPGA(2)，

配置数据全部正确地移入FPGA(2)后，CONF_DONE调到高电平表示配置完成；

步骤3：观察VGA显示接口(4)上显示的图像信息，调节所述光学镜头(14)的光路以及所述CMOS图像传感器(1)内部寄存器的参数，待VGA显示接口(4)上显示出清晰且明暗相间的分界线时，按下按键(12)，FPGA(2)完成边缘位置的检测。