双路CCD高精度线纹位置实时监控系统

摘 要： 讨论了用电荷耦合器件对线纹进行非接触测量定位的理论与方法介绍了一种以MCS-51单片机为核心、利用双端口RAM技术和高速A/D实现CCD信号高速数据同步采集的系统及其应用。

关键词： 线阵CCD 高速A/D 实时监控

在工业生产和科学实验中，常常会遇到尺寸在一毫米以内的狭缝或细丝直径的测量或定位问题。传统的测量方法是使用精密的量具进行测量，这些测量或定位方法速度慢、误差大，应用范围受到限制。采用CCD成像方法定位或测量细丝直径具有测量精度高、速度快、使用方便、易与计算机相连从而实现自动化监控等优点。

双路CCD高精度线纹位置实时监控系统是西安应用光学研究所六室研制的非接触线纹在线定位测量仪器，能够完成大迭纸钞裁切之前的精确定位，配置一定的裁切工具，可实现纸钞的自动切割。仪器可安装在裁切机处，在下刀之前对大张钞票的定位线的位置进行精确、实时、非接触测量，并实时显示测试的位置偏差结果；同时可将正确与错误的状态信息传送到上端PLC控制器，从而进行正确的操作。该系统具有方便的零位修正和绝对尺寸定标功能，并具有修正量值保存和系统自检保护等功能，可广泛应用于造纸厂、印钞厂、布匹厂等需精度定位的场合，亦可应用于细丝直径、线纹量具的在线测量等领域。

1 工作原理

双路CCD高精度线纹测量实时监控系统主要由双路CCD摄像头及光源和电路箱等几部分组成，系统的功能模块框图如图１所示。

系统采用日本东芝公司的TCD142D(2048位)线阵CCD器件作为探测元件。光源均匀地照射在被测纸张的定位线处，定位线经光学系统按一定倍率成像在CCD器件的光敏面上，入射光子被排列成一排的光敏单元吸收，同时产生一定数量的光生电荷，在光积分期间，这些光生电荷被存储在彼此隔离的相应像元的势阱中。在电荷转移期间，各个像元中的光生电荷按奇偶数分配，同时转移到设置在像元上下两侧的移位寄存器中，然后在传输脉冲的控制下，依次转移到输出端，因而在光敏面上形成了线纹的影像，实现了对被测目标的一维扫描和信号读出。CCD输出信号大小与照射光强成正比，影像部分像元输出信号电压幅度较小，非影像部分像元输出电压幅度较大，因此线纹在CCD输出信号中形成了一个楔形的凹陷波形，只要统计出楔形在整个CCD输出信号波形中所占的单元数及其相对位置，就可得出纸张的位置是否发生了移动及其相对位移量。如在误差范围之内则通知上位机可以控制切刀下刀，否则通知上位机不能下刀并显示误差，由工作人员进行调整直至使纸张位置正确。整个过程中系统实时测量并显示误差，正确后显示0000，工作人员按确认键后系统会立即通知上位机可以下刀。系统各模块的参数如表1所示。