雙路CCD高精度線紋位置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)定標(biāo)

當(dāng)系統(tǒng)的工作距離確定之后，為了用目標(biāo)像所占的像元數(shù)Ｎ確定目標(biāo)的實(shí)際尺寸，需在正式測(cè)量之前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)。定標(biāo)的方法應(yīng)為：先將一已知尺寸的標(biāo)準(zhǔn)模塊置于被測(cè)目標(biāo)位置，然后通過(guò)讀出數(shù)字量確定該模塊的像所占CCD像元數(shù)，由此可得到目標(biāo)在系統(tǒng)CCD成像的一個(gè)比例系數(shù)K。

通常把K值存入計(jì)算機(jī)中，在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量時(shí)，可隨時(shí)通過(guò)軟件計(jì)算出目標(biāo)的實(shí)際尺寸。此種方法簡(jiǎn)單明了，但由于其中未考慮系統(tǒng)誤差的影響，因此測(cè)量精度不高。為了在實(shí)測(cè)值中去除系統(tǒng)誤差，可采用二次標(biāo)定法來(lái)確定系統(tǒng)中的比例系數(shù)K。

若設(shè)系統(tǒng)誤差為b，則被測(cè)物體的實(shí)際尺寸X與其相應(yīng)成像像元數(shù)Y之間有：X=KY+b，因此可采取兩次標(biāo)定以確定K和b值。

采取以上的二次標(biāo)定法測(cè)得K和b值后，即可清除系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響。應(yīng)當(dāng)注意的是，以上兩種標(biāo)定法只考慮了系統(tǒng)在相對(duì)靜態(tài)測(cè)量時(shí)的標(biāo)定。對(duì)于動(dòng)態(tài)在線測(cè)量，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取計(jì)算機(jī)矯正法來(lái)提高測(cè)量精度。

(2)有效的邊沿提取

要確定紋線影像范圍，就要確定一個(gè)閾值，此閾值是線紋在CCD上所成影像的輸出信號(hào)最大值與最小值的平均值。從RAM中讀取出的數(shù)據(jù)值在閾值之下的，該數(shù)據(jù)所在單元計(jì)入線紋范圍之內(nèi)，否則不計(jì)入。顯然此值隨照明光線的強(qiáng)弱變化而變化，不是一個(gè)定值。不采用固定的閾值，而是每次采樣都統(tǒng)計(jì)出一個(gè)隨照射光強(qiáng)和外部環(huán)境影響變化的閾值作為影像邊沿的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，這樣可以有效地將影像范圍確定，避免因光強(qiáng)變化引起的誤差。

(3)毛刺噪聲的剔除

理想情況下，由A/D轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)應(yīng)只有線紋處的電平較低，其他部分較高，且上升、下降沿很陡。由于CCD探測(cè)元件和A/D轉(zhuǎn)換器的靈敏度和精度都很高，因此很容易將視頻信號(hào)中摻雜的噪聲也一起轉(zhuǎn)換出來(lái)，如圖5所示。

除了硬件中采取抗干擾措施外，還有必要利用軟件進(jìn)行毛刺噪聲的剔除。因?yàn)橛杏眯盘?hào)所造成的圖像楔形部分一定比干擾信號(hào)造成的楔形圖像幅度差大得多，因此采取的辦法是將整個(gè)波形中各個(gè)毛刺的最大幅度與最小幅度之差進(jìn)行比較，其中最大的一個(gè)，就是我們所要尋找的線紋。 整個(gè)系統(tǒng)的位置測(cè)量精度達(dá)±9μm，測(cè)量范圍在相對(duì)零位時(shí)為±5mm，采樣速率CCD幀頻可達(dá)100Hz，即204.8kHz的采樣率。整個(gè)程序包括系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)采樣、處理，耗時(shí)約350ms，可完成零位校準(zhǔn)、尺寸定標(biāo)、誤差限值的自動(dòng)保存等多項(xiàng)校準(zhǔn)功能。