CN220871674U - 基于fpga的工件检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA的工件检测系统，该工件检测系统包括编码器、光电传感器和FPGA主控板；其中，编码器设置在待检测工件的输送装置上；光电传感器固定设置在待检测工件的一侧；FPGA主控板与编码器和光电传感器电连接。上述方案采用编码器和光电传感器获得的两种信号结合的方式确定工件的相关尺寸，并充分利用了FPGA所具有的高速并行处理能力，减少程序执行的时延，提高执行的实时性，提高了工件检测的精度。

Description

基于FPGA的工件检测系统

技术领域

本实用新型属于工件检测技术领域，特别涉及一种基于FPGA的工件检测系统。

背景技术

现有的高速生产线上，用于测量工件尺寸的仪器仪表一般采用的传感器及其处理器响应较慢，难以满足测量高速生产线上高速运动的微小物体尺寸时对测量精度的测量需要。

比如，片状纸质复合包装材料制造时可能会产生裂纹以及空洞等缺陷，上述缺陷往往仅有几毫米的大小，在高速运转的传送带的传送过程中，采用现有测量设备难以发现上述缺陷的存在，或者即使检测出来也无法准确测量出缺陷的大小，不能保证检测的精度。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型公开了一种基于FPGA的工件检测系统，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于FPGA的工件检测系统，工件检测系统包括编码器、光电传感器和FPGA主控板；其中，编码器设置在待检测工件的输送装置上；光电传感器固定设置在待检测工件的一侧；FPGA主控板与编码器和光电传感器电连接。

可选的，光电传感器为色标传感器，光电传感器能够感应待检测工件中的特征，特征为能够产生颜色变化特征、能够产生亮度变化的特征或缺陷特征。

可选的，工件检测系统还包括显示模块，显示模块包括直接与FPGA主控板连接的显示电路和/或远程显示设备。

可选的，显示电路为RGB显示电路，RGB显示电路与液晶显示屏连接。

可选的，远程显示设备包括GPRS通讯电路和远端上位机，远端上位机通过GPRS通讯电路与FPGA主控板连接，用于实时显示和监控。

可选的，工件检测系统还包括信号转换电路，信号转换电路能够将光电传感器产生的电信号转换为FPGA主控板能够接受处理的信号。

可选的，信号转换电路为光耦转换电路。

可选的，工件检测系统还包括与FPGA主控板连接的按键电路。

可选的，工件检测系统还包括报警模块，报警模块与FPGA主控板连接。

可选的，FPGA主控板还包括如下的至少一种模块：存储模块、程序写入模块、时钟模块和信号指示模块。

本实用新型的优点及有益效果是：

上述方案采用了适合高速处理的FPGA芯片，并利用高精度的编码器以及高速的光电传感器采集信号，充分利用FPGA芯片所具有的高速并行处理能力计算出待检测工件的长度，从而能够减少FPGA主控板执行的时延，提高了执行的实时性，提高了测量的精度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型的一个实施例中基于FPGA的工件检测系统的组成结构图；

图2为本实用新型的一个实施例中RGB显示电路的结构图；

图3为本实用新型的一个实施例中GPRS通讯电路的结构图；

图4为本实用新型的一个实施例中光耦转换电路的结构图；

图5为本实用新型的一个实施例中按键电路的结构图；

图6为本实用新型的一个实施例中FPGA主控板的部分功能模块结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

参见图1所示，本实用新型的一个实施例公开了一种基于FPGA的工件检测系统，该工件检测系统包括编码器、光电传感器以及FPGA主控板，该系统能够适用于高速处理以及高精度地测量待检测工件的长度信息，并通过显示模块显示，或者通过有线或无线通讯的方式输送出去。

其中，编码器设置在待检测工件的输送装置上，能够实时获取待检测工件的位置信号。比如，可以将编码器安装在输送装置的旋转轴或者与待检测工件同步移动的部件上，使编码器可以测量待检测工件的直线位移或旋转角度位移，能够实时获取待检测工件的位置信息，并将该位置信息转换成电信号传送给FPGA主控板或者供FPGA主控板调用。

进一步的，上述的光电传感器设置在待检测工件的一侧，优选的，可将其固定设置在上述输送装置的边框或附近的支架上。光电传感器发出光束，将待检测工件经过时光强度的变化转换成电信号，进而能够通过计算确定该待检测工件经过的时间信息。

FPGA主控板与上述的光电传感器以及编码器实现电性连接，具体用于获取编码器发出的位置信号和光电传感器发出的电信号，并根据位置信号和电信号确定出待检测工件的长度或待检测工件中特征的长度。比如，当检测较小的比如几毫米的工件长度尺寸时，可以利用光电传感器从工件出现在照射范围到离开时产生的电信号上的改变，并将相应的电信号变化输送到FPGA主控板上的FPAG芯片中，FPGA主控板根据上述变化时间以及编码器在该变化时间内的位移信息，经过转换以及滤波等处理后获得该工件的长度尺寸。

或者，当对高速移动的较大尺寸工件上的细小缺陷特征进行检测时，同样利用光电传感器在该缺陷特征通过时产生的电信号上的高低变化，获取在该变化过程中编码器记录的位移信息，并经过转化以及处理后获得缺陷特征的长度。

由此可见，通过上述的技术方案，工件在生产线等输送装置上高速移动，工件经过光电传感器上升沿、光电开关下降沿时同步触发电信号，优选的，该电信号可以经过FPGA主控板处理后消除其中的抖动信号；FPGA主控板同步采集编码器的位置信号，分别记录光电传感器上升沿和下降沿时的编码器中的位置信号，将上述两个位置信号经过修正与换算后，转化生成上述缺陷特征的实际尺寸，然后进行显示或传输。

为了实现上述的功能，在下述的实施例中，还在FPGA主控板上设置了多个功能模块或者将功能模块连接在FPGA主控板上。

在一个或一些实施例中，光电传感器优选为色标传感器，色标传感器的基本工作原理是光发射接收原理，发出调制光，接收被测物体的反射光，并根据接收光信号的强弱来区分不同的颜色，或根据产生不同的电信号判别物体的存在与否。

因此，光电传感器在进行工件检测时，几毫米的细小工件或者细小的工件缺陷特征出现时，能够通过颜色甚至是亮度上的变化将工件或缺陷特征准确地识别出来。

在一个优选实施例中，还包括显示模块，能够从FPGA主控板接收待检测工件的长度或待检测工件中特征的长度信息，并进行显示。当然，也可以将上述的长度信息通过无线或者有线的方式上传至远端服务器等。

优选的，显示模块包括直接与FPGA主控板连接的显示电路和/或远程显示设备。

参见图1和图2所示，显示电路为RGB显示电路，该RGB显示电路连接到FPGA主控板上，其主要包括多个数据输入口，用以将数据以彩色的形式在LCD液晶显示屏上显示。

远程显示设备包括设置或连接在FPGA主控板上的GPRS通讯电路和远端上位机，远端上位机通过GPRS通讯电路与FPGA主控板连接，接收长度信息并进行实时显示，实现对长度信息的监控，其中优选的一个GPRS通讯电路如图3所示。

在一个或一些实施例中，参见图1和图4所示，工件检测系统还包括信号转换电路，信号转换电路优选为光耦转换电路，其能够将光电传感器产生的电信号转换为FPGA主控板能够接受处理的电信号。

参见图4可知，通过中间的光电耦合器LTV-816S-TA1(C)，将光电传感器输出的较大的如12V电压信号转化为FPGA主控板能接收的3.3V的电信号。

在一个或一些实施例中，工件检测系统还包括与FPGA主控板连接的按键电路，参见图5所示，用于通过其上的按键输入参数或指令，使得FPGA主控板执行相应的操作。

在一个或一些实施例中，工件检测系统还包括报警模块，比如可以是声音、指示灯等报警模块，该报警模块与FPGA主控板连接，当检测到异常时，报警模块发出声光警报，提醒在下个工位对有缺陷的工件或者尺寸不合格的工件进行处理。

在一个或一些实施例中，参见图6所示，FPGA主控板上采用ZYNQ7000高速芯片，并且还包括如下的至少一种模块：包括DDR3在内的存储模块、6-PinJTAG程序写入模块、CLOCK时钟模块和Led信号指示模块等，从而实现上述的信号接收、运算以及显示等操作。

需要说明的是，上述各实施例中的利用编码器的位置信号和光电传感器的电信号通过运算确定工件长度信息的程序可以采用编程语言编写成程序，并经过编译软件编译后写入FPGA芯片以供执行。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的工件检测系统，其特征在于，所述工件检测系统包括编码器、光电传感器和FPGA主控板；其中，所述编码器设置在待检测工件的输送装置上；所述光电传感器固定设置在所述待检测工件的一侧；所述FPGA主控板与所述编码器和所述光电传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的工件检测系统，其特征在于，所述光电传感器为色标传感器，所述光电传感器能够感应所述待检测工件中的特征，所述特征为能够产生颜色变化的特征、能够产生亮度变化的特征或缺陷特征。

3.根据权利要求1所述的工件检测系统，其特征在于，所述工件检测系统还包括显示模块，所述显示模块包括直接与所述FPGA主控板连接的显示电路和/或远程显示设备。

4.根据权利要求3所述的工件检测系统，其特征在于，所述显示电路为RGB显示电路，所述RGB显示电路与液晶显示屏连接。

5.根据权利要求3所述的工件检测系统，其特征在于，所述远程显示设备包括GPRS通讯电路和远端上位机，所述远端上位机通过GPRS通讯电路与所述FPGA主控板连接，用于实时显示和监控。

6.根据权利要求1所述的工件检测系统，其特征在于，所述工件检测系统还包括信号转换电路，所述信号转换电路能够将所述光电传感器产生的电信号转换为所述FPGA主控板能够接受处理的信号。

7.根据权利要求6所述的工件检测系统，其特征在于，所述信号转换电路为光耦转换电路。

8.根据权利要求1所述的工件检测系统，其特征在于，所述工件检测系统还包括与所述FPGA主控板连接的按键电路。

9.根据权利要求1所述的工件检测系统，其特征在于，所述工件检测系统还包括报警模块，所述报警模块与所述FPGA主控板连接。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的工件检测系统，其特征在于，所述FPGA主控板还包括如下的至少一种模块：存储模块、程序写入模块、时钟模块和信号指示模块。