雙路CCD高精度線紋位置實(shí)時監(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，需在正式測量之前對系統(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)模塊置于被測目標(biāo)位置，然后通過讀出數(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成像的一個比例系數(shù)K。

通常把K值存入計(jì)算機(jī)中，在對目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)測量時，可隨時通過軟件計(jì)算出目標(biāo)的實(shí)際尺寸。此種方法簡單明了，但由于其中未考慮系統(tǒng)誤差的影響，因此測量精度不高。為了在實(shí)測值中去除系統(tǒng)誤差，可采用二次標(biāo)定法來確定系統(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)定法測得K和b值后，即可清除系統(tǒng)誤差對測量精度的影響。應(yīng)當(dāng)注意的是，以上兩種標(biāo)定法只考慮了系統(tǒng)在相對靜態(tài)測量時的標(biāo)定。對于動態(tài)在線測量，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取計(jì)算機(jī)矯正法來提高測量精度。

(2)有效的邊沿提取

要確定紋線影像范圍，就要確定一個閾值，此閾值是線紋在CCD上所成影像的輸出信號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，不是一個定值。不采用固定的閾值，而是每次采樣都統(tǒng)計(jì)出一個隨照射光強(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中摻雜的噪聲也一起轉(zhuǎn)換出來，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)橛杏眯盘査斐傻膱D像楔形部分一定比干擾信號造成的楔形圖像幅度差大得多，因此采取的辦法是將整個波形中各個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，就是我們所要尋找的線紋。 整個系統(tǒng)的位置測量精度達(dá)±9μm，測量范圍在相對零位時為±5mm，采樣速率CCD幀頻可達(dá)100Hz，即204.8kHz的采樣率。整個程序包括系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)采樣、處理，耗時約350ms，可完成零位校準(zhǔn)、尺寸定標(biāo)、誤差限值的自動保存等多項(xiàng)校準(zhǔn)功能。