CN109342428B - 数字化成像检测控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数字化成像检测控制器,涉及非接触光电成像检测控制器领域器,其结构包括线阵CCD时序驱动电路单元、信号预处理单元、单片机电源单元、USB通讯端口单元、微处理器和DC电源转换单元等部分。本发明具有USB总线人机交互、高精度PWM脉宽位置输出等特点,同时还兼具精度高、可靠性高、功能可扩展等特点。本发明具体技术特点表现在:一、电路简单合理,结构优化;二、系统发热量小,节能高效;三、元器件成本低,维护性好;四、系统多方优化,检测精确;五、集成多种处理算法,扩展性好。
Description
技术领域
本发明涉及非接触光电成像检测控制器领域,具体涉及一种金拉线等带状物料的数字化成像检测控制器。
背景技术
金拉线又称拆封拉带,是一种涂有特种黏合剂的聚丙烯材料,主要用于开拆包装盒的薄膜,可用于香烟、光碟、扑克等外包装薄膜的拆封,如果在上面印字,还可以起到防伪的作用。
在自动化生产线上,整个包装过程具有高速、自动化、大批量的特点,成品不可避免会产生金拉线的缺陷,比如无金拉线、金拉线错牙等。由于包装环节处于生产末端,往往会造成较大损失。对于金拉线高速检测任务,人工是无法承担的,在这种背景下,解决金拉线的自动检测和控制显得尤为重要。
数字化成像技术融合了计算机的快速性、可靠性、结果的可重复性和对图像信息分析能力,是目前包装行业应用最广泛、有效的检测技术。一般的数字化成像系统主要由CCD摄像机、照明装置、工控机及视觉处理软件组成。其工作原理是:线阵CCD高速摄像机摄取实时图像,送入图像处理单元。图像处理软件根据各种设定的特征进行自动检测,识别正常的拉线和异常,发现异常则将有关控制信号输送到相关处理装置。基于数字化成像的金拉线检测控制系统具有识别能力强、速度快、正确率高的优点,已代替传统的检测器,成为该领域的主流技术。
国内设计生产的金拉线成像检测器,大多都存在电路复杂,结构冗余松散,检测精度差、可靠性差、功能单一的问题,而且在运行速度、维护成本、稳定性、可维护性、可扩展性方面有很大的改进空间。
发明内容
为了解决上述问题,本申请人对基于线阵CCD传感器的金拉线成像检测设备重新设计分析,找出影响其精度的关键因素,采取准确、经济、可靠的数字化技术方案,研发了新型的金拉线数字成像检测控制器,保证了特征成像和检测效果,受到用户的普遍欢迎。
本发明所要解决的技术问题采用以下方案实现:
一种数字成像检测控制器,由线阵CCD时序驱动电路单元、信号预处理单元、单片机电源单元、USB通讯端口单元、微处理器和DC电源转换等部分组成。
所述线阵CCD时序驱动电路,包括U1H和4个U4或门(U4A、U4B、U4C和U4D),其中U4B、U4C和U4D作为缓冲放大器接入电路。
优选地,所述U1H选用ARM Cortex-M4高性能混合微处理器型号为STM32F303RCT6;所述或门U4选用型号为74ALVC32D。
所述信号预处理单元电路,包括5个可编程放大器(U1C、U1D、U1E、U1F和U1G),其中U1C作为减法器使用,U1D把采集的视频信号OS低通滤波和射波跟随处理;U1F和U1G把信号做二值化处理,OUT1和OUT2作为内部DA1和DA2输出浮动阀值,VOUT-PC7和VOUT-PC8输出峰值检测保持。
优选地,所述U1C、U1D、U1E、U1F和U1G选用ARM Cortex-M4高性能混合微处理器型号为STM32F303RCT6。
所述单片机电源单元电路,其中外部3.3V的电源通过滤波电感L1接入滤波电容C7和C8后与U1B的13号引脚(VDDA/VREF+)相接;外部3.3V电源通过另外一路接二极管D1后与U1B的1号引脚(VBAT)接;与外部3.3V电源直接连接的还有U1B的32、64、48和19号引脚。
优选地,所述U1B选用ARM Cortex-M4高性能混合微处理器型号为STM32F303RCT6。
所述USB通讯端口单元电路,其中USB接头的D-和D+通过静电保护芯片U5后与电阻R21的一端相接,电阻R21的另一端接高、低速选择电路。
优选地,所述USB静电保护芯片U5选用型号为USBLC6-2SC6。
所述微处理器单元电路,其中3.3V电源通过下拉电阻R8、R7分别与EPROM芯片U2的5、6号引脚,并连接芯片U1A的43、42号引脚,用于存储检测参数;3.3V的电源通过限流电阻R1、R2、R3分别与表示左、中、右的三个指示灯LED-L1、LED-C1、LED-R1连接,指示灯的控制信号由U1A的28、27、26号引脚输出;SWD调试端口的2、3、5接口与U1A的46、49、7号引脚连接,其中5接口与7号引脚中间串接延时电容C6用于上电复位;高速晶振X1的两端分别通过限流电阻R6、R11与U1A的5、6号引脚连接;低速晶振X2的两端分别通过限流电阻R18、R19与U1A的3、4号引脚连接。
优选地,所述U1A选用ARM Cortex-M4高性能混合微处理器型号为STM32F303RCT6;EPROM芯片U2选用型号为AT24C04,高速晶振X1选用频率为8MHz,低速晶振X2选用频率为32.768KHz。
所述DC电源转换单元电路,其中24V外接电源通过防接反二极管D3,经过C19和C20滤波电容与降压芯片U11的4、5号引脚相连;U11的3、6号引脚分别经过电感L2和电阻R30输出5V电压,其经过滤波电容C21、C22、C23与低压差稳压芯片U8的3号引脚连接;U8的2号引脚通过滤波电容C24、C25、C26输出3.3V电压,其经过分压电阻R29连接电源指示灯LED-POWER1。
优选地,所述降压芯片U11选用型号为EUP3458,低压差稳压芯片U8选用型号为BL1117。
与现有技术相比,本发明提供一种结构新颖的金拉线数字成像检测控制器,具有电路简单合理,结构紧凑,高效节能、USB总线人机交互、高精度PWM脉宽位置输出等特点,同时还兼具精度高、可靠性高、可扩展功能等特点。
本发明的有益效果是:
(1)电路简单合理,结构优化;
(2)系统发热量小,节能高效;
(3)元器件成本低,维护性好;
(4)系统多方优化,检测精确;
(5)集成多种算法,扩展性好。
附图说明
图1为本发明结构框图;
图2为本发明线阵CCD时序驱动电路;
图3为本发明信号预处理单元电路图;
图4为本发明单片机电源单元电路图;
图5为本发明USB通讯端口单元电路图;
图6为本发明微处理器单元电路图;
图7为本发明DC电源转换单元电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,金拉线数字成像检测控制器由线阵CCD时序驱动电路单元、信号预处理单元、单片机电源单元、USB通讯端口单元、微处理器和DC电源转换等部分组成。
如图2所示,所述线阵CCD时序驱动电路,包括U1H和4个U4或门(U4A、U4B、U4C和U4D),其中U4B、U4C和U4D作为缓冲放大器接入电路;
如图3所示,所述信号预处理单元电路,包括5个可编程放大器(U1C、U1D、U1E、U1F和U1G),其中U1C作为减法器使用,U1D把采集的视频信号OS低通滤波和射波跟随处理;U1F和U1G把信号做二值化处理,OUT1和OUT2作为内部DA1和DA2输出浮动阀值,VOUT-PC7和VOUT-PC8输出峰值检测保持;
如图4所示,所述单片机电源单元电路,外部3.3V的电源通过滤波电感L1接入滤波电容C7和C8后与U1B的13号引脚(VDDA/VREF+)相接;外部3.3V电源通过另外一路接二极管D1后与U1B的1号引脚(VBAT)接;与外部3.3V电源直接连接的还有U1B的32、64、48和19号引脚。
优选地,所述U1(U1B-H)选用ARM Cortex-M4高性能混合微处理器型号为STM32F303RCT6;所述或门U4选用型号为74ALVC32D。
如图5所示,所述USB通讯端口单元电路,其中USB接头的D-和D+通过静电保护芯片U5后与电阻R21的一端相接,电阻R21的另一端接高、低速选择电路。
优选地,所述USB静电保护芯片U5选用型号为USBLC6-2SC6。
如图6所示,所述微处理器单元电路,其中3.3V电源通过下拉电阻R8、R7分别与EPROM芯片U2的5、6号引脚,并连接芯片U1A的43、42号引脚,用于存储检测参数;3.3V的电源通过限流电阻R1、R2、R3分别与表示左、中、右的三个指示灯LED-L1、LED-C1、LED-R1连接,指示灯的控制信号由U1A的28、27、26号引脚输出;SWD调试端口的2、3、5接口与U1A的46、49、7号引脚连接,其中5接口与7号引脚中间串接延时电容C6用于上电复位;高速晶振X1的两端分别通过限流电阻R6、R11与U1A的5、6号引脚连接;低速晶振X2的两端分别通过限流电阻R18、R19与U1A的3、4号引脚连接。
优选地,所述U1A选用ARM Cortex-M4高性能混合微处理器型号为STM32F303RCT6,EPROM芯片U2选用型号为AT24C04,高速晶振X1选用频率为8MHz,低速晶振X2选用频率为32.768KHz。
如图7所示,所述DC电源转换单元电路,其中24V外接电源通过防接反二极管D3,经过C19和C20滤波电容与降压芯片U11的4、5号引脚相连;U11的3、6号引脚分别经过电感L2和电阻R30输出5V电压,其经过滤波电容C21、C22、C23与低压差稳压芯片U8的3号引脚连接;U8的2号引脚通过滤波电容C24、C25、C26输出3.3V电压,其经过分压电阻R29连接电源指示灯LED-POWER1。
优选地,所述降压芯片U11选用型号为EUP3458,低压差稳压芯片U8选用型号为BL1117。
检测系统的运行参数根据检测对象预先输入系统,当金拉线进入视频检测区域,在良好的照明条件下,线阵CCD高速像头能有效地鉴别,系统根据数字图像处理单元提供的控制信号,采取相应调整、剔除或停机动作。系统为了保证检测准确性,优化了对视觉传感器和信号调理电路进行精确的调整与配置;系统为了保证不同测量环境下成像的最优测量性能,设计在线阵CCD的驱动时序SH信号进行光积分时间自动增益控制及一维视频OS输出信号进行金拉线特征微处理器处理算法,该算法扩展了本发明的功能,提高了本发明的适应性,模糊了对象背景光强弱和物体特征的识别对检测结果的影响;系统通过采用具有电子快门功能的线阵CCD与丰富外设超低功耗混合ARM单芯片微处理器应用,简化了产品设计,提高了产品的可靠性和环境适应性;系统可以通过开发功能软件,丰富产品的应用范围,提高产品的快速部署能力,降低维护成本。
下面结合结构框图(图1)介绍一下本发明工作原理:
首先通过程序初始化MCU处理器外设TI M2、3、4定时器组成的时序驱动发生电路,线阵CCD传感器在时序发生器的驱动下对拆封拉带进行一维成像视频采集,OS视频信号经滤波缓冲倒向去直编程放大,MCU处理器AD采样处理,计算出OS视频峰值,进而控制SH光积分增益自动调节(电子快门积分时间),使OS视频输出信号不受外界环境光线强弱干扰及车速快慢对拆封拉带视觉曝光时间的影响,进而提升拆封拉带的视频信号质量。同时通过对AD采集处理,计算出二值化浮动阈值,通过高速比较器对OS视频信号进行二值化处理,并送入MCU处理器进行特征算法处理,与EEPROM存储特征码进行比对输出控制,同时可以通过USB接口与上位PC机进行参数设定、特征码更新、OS视频数据上传,利用PC机强大的计算能力对OS视频信号进行深度算法处理,完成一些复杂功能。
工作时,根据检测对象预先输入检测参数,当金拉线进入视频检测区域,在一定照明条件下,线阵CCD高速像头采集信号,系统根据检测结果发出控制信号,控制动作机构采取相应动作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种数字化成像检测控制器,其特征在于,包括:线阵CCD时序驱动电路单元、信号预处理单元、单片机电源单元、USB通讯端口单元、微处理器单元和DC电源转换单元;
所述线阵CCD时序驱动电路单元,包括微处理器U1H和放大器U4A、放大器U4B、放大器U4C、放大器U4D,其中放大器U4B、放大器U4C和放大器U4D作为缓冲放大器接入电路;
所述信号预处理单元电路,包括5个可编程放大器,分别为可编程放大器U1C、可编程放大器U1D、可编程放大器U1E、可编程放大器U1F和可编程放大器U1G,其中可编程放大器U1C作为减法器使用,可编程放大器U1D把采集的视频信号OS低通滤波和射波跟随处理;可编程放大器U1F和可编程放大器U1G把信号做二值化处理,DAC-OUT1和DAC-OUT2作为内部DA1和DA2输出浮动阀值,VOUT-PC7和VOUT-PC8输出峰值检测保持;
所述单片机电源单元,外部3.3V的电源通过滤波电感L1接入滤波电容C7和滤波电容C8后与芯片U1B的13号引脚相接;外部3.3V电源通过另外一路接二极管D1后与芯片U1B的1号引脚相接;与外部3.3V电源直接连接的还有芯片U1B的32、64、48和19号引脚;
所述USB通讯端口单元电路,其中USB接头的D-和D+通过静电保护芯片U5后与电阻R21的一端相接,电阻R21的另一端接高、低速选择电路;
所述微处理器单元电路,其中3.3V电源通过下拉电阻R8、电阻R7分别与EPROM芯片U2的5、6号引脚连接,并连接芯片U1A的43、42号引脚,用于存储检测参数;3.3V的电源通过限流电阻R1、电阻R2、电阻R3分别与表示左、中、右的三个指示灯LED-L1、LED-C1、LED-R1连接,指示灯的控制信号由芯片U1A的28、27、26号引脚输出;SWD调试端口P1的2、3、5接口与芯片U1A的46、49、7号引脚连接,其中5接口与芯片U1A的7号引脚中间串接延时电容C6用于上电复位;高速晶振X1的两端分别通过限流电阻R6、电阻R11与芯片U1A的5、6号引脚连接;低速晶振X2的两端分别通过限流电阻R18、电阻R19与芯片U1AU1A的3、4号引脚连接;
所述DC电源转换单元电路,其中24V外接电源通过防接反二极管D3,经过滤波电容C19和滤波电容C20与降压芯片U11的4、5号引脚相连;降压芯片U11的3、6号引脚分别经过电感L2和电阻R30输出5V电压,其经过滤波电容C21、电容C22、电容C23与低压差稳压芯片U8的3号引脚连接;低压差稳压芯片U8的2号引脚通过滤波电容C24、电容C25、电容C26输出3.3V电压,其经过分压电阻R29连接电源指示灯LED-POWER1。
2.根据权利要求1所述的数字化成像检测控制器,其特征在于:所述降压芯片U11选用型号为EUP3458。
3.根据权利要求1所述的数字化成像检测控制器,其特征在于:所述低压差稳压芯片U8选用型号为BL1117。
4.根据权利要求1所述的数字化成像检测控制器,其特征在于:所述USB静电保护芯片U5选用型号为USBLC6-2SC6。
5.根据权利要求1所述的数字化成像检测控制器,其特征在于:所述芯片U1A选用ARMCortex-M4高性能混合微处理器型号为STM32F303RCT6。
6.根据权利要求1所述的数字化成像检测控制器,其特征在于:所述EPROM芯片U2选用型号为AT24C04。
7.根据权利要求1所述的数字化成像检测控制器,其特征在于:所述高速晶振X1选用频率为8MHz,低速晶振X2选用频率为32.768KHz。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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