CN206944936U - 基于线阵ccd的在线测宽装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于线阵CCD的在线测宽装置，该装置包括置于被测材料下方的背光灯；包括线阵CCD和AD转换电路的CCD相机；与该相机相连的主控制器及LED显示屏和五色灯；该相机还包括产生时序脉冲的FPGA电路，线阵CCD在时序脉冲的驱动下对可测范围内的光强信息进行采集，并输出含有被测材料图像信息的模拟信号，经过AD转换电路转换为数字信号，经FPGA电路后，发送到主控制器进行分析处理，最终得到显示于LED显示屏的宽度数据和传送至五色灯的宽度报警信息。该方法包括产生线阵CCD的驱动时序的步骤；该驱动时序由FPGA电路实现。本实用新型可以提高相机的采集频率及相机的数据处理速度，从而满足生产要求。

Description

基于线阵CCD的在线测宽装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于线阵CCD的在线测宽装置，其包括置于被测材料下方的背光灯；包括线阵CCD和AD转换电路的置于被测材料上方的CCD相机。

背景技术

在线测宽是指在生产过程中实时、无接触的测量被测材料裁切后的宽度值，并把测量到的宽度值反馈给用户，方便用户实时了解生产情况，便于调整生产工艺，从而提高产品质量。在线测宽装置和方法主要应用于轧钢、化工、机加工等高温、腐蚀、辐射及高速运动场所，例如，带钢、钢板、橡胶轮胎、双拉隔膜等产品的宽度的实时测量。

20世纪70年代以前，在线测宽技术以光机扫描式测量为主。通过机械旋转狭缝机构扫描，当光信号照射到光电倍增管上，会转换成电信号并以模拟信号的形式输出，再经过信号处理，最后得到测量结果。在整个测量部分是由光电倍增管、镜头、带狭缝的转鼓组成，转鼓以恒定的速度转动，有背景光源发出的光信号通过狭缝激光电倍增管，得到矩形波的电信号。然后根据矩形波高低电平所占的占空比可以计算出材料的具体位置，从而可以计算出材料的宽度。但是由于这款测宽系统运动可靠性能差，现场维护复杂，使用起来有诸多的问题，不利于广泛推广。

在20世纪80年代初期，CCD技术开始应用到在线测量系统中，由于CCD具有的自动扫描功能，使得CCD测宽系统不再需要单独的扫描部件，系统的稳定性得到提高，机械结构也有了简化。CCD测宽系统的基本原理是，在被测材料下面外加背景光源，通过背光将物料遮挡的阴影范围投影到CCD相机里面，然后通过阴影范围所占的像素点，跟之前校正的宽度进行比对计算出物料的宽度。但是，传统的基于线阵CCD的在线测宽装置或方法具有如下不足：

首先，CCD驱动时序的方法主要是依靠程序编程，由程序指令的延时或者定时器中断产生直接输出驱动时序信号，这种驱动时序产生方法占用较多的CPU时间，不能获得高速的驱动频率，从而造成相机采集频率低，并且单片机数据处理速度非常慢，不能满足生产要求；

其次，其通过设定阈值后采取二值化处理计算CCD光敏面上的像所占的光敏元数及光学参数，并计算出材料宽度，因而对图像的边缘区分得不够准确，从而导致测量到的宽度数据精确度不够高；

最后，传统的基于线阵CCD的在线测宽装置或方法所使用的相机的安装支架结构复杂，调试十分麻烦。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于线阵CCD的在线测宽装置，它可以提高相机的采集频率及相机的数据处理速度，从而满足生产要求。

本实用新型的思路是：用数字门电路及时序电路直接搭成CCD驱动时序所需的电路，通过硬件电路来实现对CCD的驱动。

本实用新型的基于线阵CCD的在线测宽装置，包括：

置于被测材料下方的背光灯；

包括线阵CCD和AD转换电路的置于被测材料上方的CCD相机；

与该相机相连的主控制器；

与主控制器连接的LED显示屏和五色灯；其特征是：

该相机还包括产生时序脉冲的FPGA电路，线阵CCD在时序脉冲的驱动下对可测范围内的光强信息进行采集，并输出含有被测材料图像信息的模拟信号，经过AD转换电路转换为数字信号，AD输出的数字信号经FPGA电路后，发送到主控制器进行分析处理，最终得到显示于LED显示屏的宽度数据和传送至五色灯的宽度报警信息。

该装置还包括执行如下步骤的程序：

相机选择自适应阈值的步骤，其根据现场不同的光照条件，自动选择上下阈值，上阈值以上的区域认为是亮的部分，下阈值以下的认为是暗的部分；

相机采用边缘细化的亚像素算法的步骤，其把上下阈值中间的部分认为是图像边缘所在区域，把数值处于上下阈值中间部分的每个像素点各自分为255等份，把处于上下阈值中间部分的每个像素点的数值相加得到N1作为亮的，然后255乘以处于上下阈值中间部分的像素点总数减去N1得到N2作为暗的，从而得到图像的实际边缘。

该装置连接于三维调整支架上，该支架包括立杆和相对该立杆可上下移动的横杆，所述相机可相对于该横杆左右移动。

本实用新型的有益效果是：

1)与传统的CCD测宽不同，本实用新型用FPGA来实现线阵CCD的驱动时序，由于FPGA的时钟延迟可达纳秒级，结合其并行工作方式，可以获得复杂的输出时序，获得高速的驱动频率和更高的采集频率，CCD相机达到了1K的采集频率，从而满足生产要求。

2)在本实用新型中采用了自适应阈值技术和用于边缘细化的亚像素算法相结合的方法，因而对图像的边缘区分的更精确，可以提高测量的精确度，且测量精度可达到最大宽度的0.03％，从而减少物料超宽的不合格率，增加后续工序效率，降低工人工作量，提高产品品质。

3)与传统的CCD测宽系统相比，本实用新型用三维调整支架FJ-1-45调整镜头照射位置和角度，简化了机械结构的同时，确保照射位置在光源中心位置，使调试变得简单。

附图说明

图1是本实用新型的在线测宽装置的正视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本实用新型的在线测宽装置的左视图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参看图1～图3，本实用新型的基于线阵CCD的在线测宽系统主要由CCD5000相机1、AE500主控制器2、LED显示屏3、五色灯4，LED背光灯5五个部分组成。

上述五个部件的安装涉及三维调整支架FJ-1-45，该支架采用优质铝型材搭建，包括立杆82和横杆81，可根据物料宽度定制长度，立杆通过N15×140膨胀螺栓固定于地面的钻孔φ20×120mm内；横杆用角件、T型螺栓与立杆相连。从而设置于横杆上的相机可上下左右移动；特别地，相机与物料的距离设为2倍的材料幅宽为宜。与传统的CCD测宽系统相比，本实用新型用三维调整支架FJ-1-45调整镜头照射位置和角度，简化了机械结构的同时，确保照射位置在光源中心位置，使调试变得简单。

CCD5000相机主要含有CCD、信号放大电路、AD转换电路部分、FPGA信号处理电路部分、CAN通讯接口、光学成像系统、12864液晶显示屏及操作按键等；

主控制器AE500主要包含有整个系统所需的所有电源、拨码开关、串口部分、CAN通讯接口、触摸屏部分等；

LED显示屏主要包含有开关电源、LED屏控制卡、485接口部分以及点阵屏；

五色灯主要由一个用于报警的五色灯和一个五色灯控制器组成。

整个系统的工作过程为：在CCD5000中FPGA产生线阵CCD的驱动时序脉冲，CCD在时序脉冲的驱动下对可测范围内的光强信息进行采集并输出含有被测材料图像信息的特定的模拟信号，经过单片机驱动控制的AD转换器将CCD采集到的模拟信号转换为能够进行处理与传输的数字信号，AD输出的数字信号送回到FPGA中进行数字信号处理，最后将处理过的数字信号经过CAN总线发送到主控制器AE600进行分析处理得到最终的宽度数据和宽度报警信息，得到的宽度数据在主控制器AE600的触摸屏显示器上显示，宽度数据经过485总线发送给LED显示屏显示出来，同时宽度报警信息经过CAN总线发送给五色灯控制器，五色灯控制器控制五色灯进行报警处理。

在本实用新型中采用了自适应阈值技术和用于边缘细化的亚像素算法相结合的方法来提高测量的精确度。在不同的生产现场，环境光也不尽相同，CCD5000相机根据现场不同的光照条件，自动选择上下阈值，上阈值以上的区域认为是亮的部分，下阈值以下的认为是暗的部分，上下阈值中间的部分认为是图像边缘所在区域，然后把数值处于上下阈值中间部分的每个像素点各自分为255等份，把处于上下阈值中间部分的每个像素点的数值相加得到N1作为亮的，然后255乘以处于上下阈值中间部分的像素点总数减去N1得到N2作为暗的。从而得到图像的实际边缘，从而提高测量精度。

与传统的CCD测宽不同，本实用新型用数字门电路及时序电路直接搭成CCD驱动时序所需的电路，通过硬件电路来实现对CCD的驱动。用FPGA来实现线阵CCD的驱动时序，可以获得高速的驱动频率，而且可以获得复杂的输出时序，由于FPGA的时钟延迟可达纳秒级，结合其并行工作方式，可以使得到更高的采集频率，从而满足生产要求。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种基于线阵CCD的在线测宽装置，包括：

置于被测材料下方的背光灯；

包括线阵CCD和AD转换电路的置于被测材料上方的CCD相机；

与该相机相连的主控制器；

与主控制器连接的LED显示屏和五色灯；其特征是：

该相机还包括产生时序脉冲的FPGA电路，线阵CCD在时序脉冲的驱动下对可测范围内的光强信息进行采集，并输出含有被测材料图像信息的模拟信号，经过AD转换电路转换为数字信号，经FPGA电路后发送到主控制器进行分析处理，最终得到显示于LED显示屏的宽度数据和传送至五色灯的宽度报警信息。

2.如权利要求1所述的基于线阵CCD的在线测宽装置，其特征是：

该装置连接于三维调整支架上，该支架包括立杆和相对该立杆可上下移动的横杆，所述相机可相对于该横杆左右移动。