【文章內容簡介】 檢測即在整個運動過程中不論運動速度如何變化如果使被測物體的運動與線陣 CCD掃描保持一種同步關系就能保證掃描的圖像具有相當的分辨力和精度本文提出的數字同步方法原理是被測物體按要求的分辨力相對線陣 CCD 運動某個距離線陣 CCD 就掃描一行它們之間保持這種嚴格的同步關系。 交流位置伺服系統(tǒng)的工作方式與步進電機相似 每給一個脈沖轉動一個角位移當量通過滾珠絲桿的轉換行走一個線位移當量然后通過光柵尺檢測實際位移 D1 D1 是已經誤差補償后的位移。 開發(fā)用外同步信號啟動 CCD 行掃描的驅動電路該線陣 CCD 只有在外同步信號作用下才進行行掃描設要求的檢測分辨力為 D2 則線位移量 D1 檢測分辨力 D2和外同步信號的關系為 2 1 D 179。 kD其中 k 為滿足上式的最大整數當電動位移臺位移 kD1 時即 k 步時向線陣 CCD 發(fā)送一個外同步信號啟 動一次 CCD 行掃描這樣掃描的分辨力和精度不再受運動速度的影響而只取決于電動位移臺的定位精度。 2) 軸類零件二維幾何尺寸的自動定位與檢測：在軸類零件尺寸檢測過程中 通過定制專用夾具可以保證被測零件軸平面與物方焦平面重合但是采集到的零件圖像在整個畫面中可能有所平移因此對于小尺寸的檢測一般不能按固定的檢測位置進行尺寸檢測而采用對零件圖像邊緣進行自動跟蹤然后自動確定檢測位置進行尺寸檢測。 采用模板邊緣跟蹤方法對零件圖像邊緣進行自動跟蹤，采用用于邊緣檢測的 Kirsch像素模板，用所有邊緣模板逐一作用于圖像中的每一個像素 產生最大絕對值輸出值的模板所在的像素位置有邊緣存在其模板方向代表了該處的邊緣方向當檢測到邊緣和邊緣方向后把模板中心點沿該方向移動模板大小個像素重復以上過程直到邊緣跟蹤完成。 由于邊緣跟蹤的精度和抗干擾性能與模板的大小有關為了得到較高精度的邊緣信息又具有較好的抗干擾性能論文提出變模板法即根據具體情況來選取大小不同的兩種模板其原理是首先利用 3像 *素 3 像素的比較小的邊緣模板來進行邊緣和方向判別檢測到邊緣和邊緣方向后再利用另一較大的 9像素 *9像素邊緣模板來決定模板中心點移動的像素值當用較大的 9像素 *9像素邊緣模板 不能得到可靠的邊緣方向信息時系統(tǒng)將自動切換使用較小的 3像素 *3像素邊緣模板進行檢測該方法的優(yōu)點是能夠較精確地跟蹤零件圖像邊緣拐點同時減少了用小模板判別邊緣和方向的次數由此減少了由于噪聲造成方向判別錯誤的可能性。 經邊緣探測后得到的圖像拐點處的 (Xi, Yi)坐標值也即為拐點特征值它為合理確定檢測位置提供了有利的依據由于能根據被測零件的復雜程度自動提取圖像拐點特征值因而可以用探測到的特征值作為基準確定檢測位置摒棄了固定位置進行檢測的弊病。 檢測數據及結論 圖 11 被測物體二值化圖 被測 物體的二值化圖如圖 11用該檢測系統(tǒng)檢測其 4個直徑從下至上分別為直徑 1~4 ，像素當量為 。每個直徑檢測三次檢測結果如表 1。 若選用 DALSA 公司的 CTE44096 其掃描頻率達 100MHz 當檢測相同尺寸的物體時檢測時間不到 1秒鐘。 表 1 檢測結果 在搭建的線陣 CCD 軸類零件尺寸檢測平臺上開展了檢測方法和測試結果驗證，證明 1) 研發(fā)的專用數字同步技術在保證與被測物體運動方向相垂直方向的高精度檢測的同時大大提高了被測物體運動方向的檢測速度和精度消除了被測物體運動速度變化對檢測精度的響。 2) 采用圖像邊緣自動跟蹤法能自動跟蹤圖像邊緣自動獲取邊緣參數實現(xiàn)被測物體二維的多尺 寸自動定位和檢測。 3) 檢測誤差 177。 當被測物體軸向尺寸為 100mm時檢測時間 5s達到設計要求。 通過對基于線陣 CCD 的軸類零件尺寸檢測方法和實驗系統(tǒng)的研究為工程界尋求一種基于線陣 CCD的零件圖像檢測技術提供了實用和有效的方法和實現(xiàn)手段。 在鋼鐵工業(yè)中的應用 由于所用的機器功率高體積大，所以大功率的大型光電傳感器在這里倍受青睞，成為有效的控制工具。 鋼鐵工業(yè)的浸酸過程中，需要展開鋼板，然后通過酸池除去表面的銹和污物。這是鋼在切割和涂漆之前的必要一步。通常是用直徑為張力。 為了防止鋼索斷時造成危險，需要檢測卷索錯誤。可用高增益的后反射型光眼掃描卷軸邊沿，只要反射器和傳感器之間的光束不斷，則表明卷索過程進展正確。如果卷繞的鋼索出現(xiàn)重迭或缺損，則高度將超出正常軸沿而擋住光束，使傳感器有輸出。用一個積分型延遲定時器可展寬傳感器的輸出和響應信號。系統(tǒng)的控制器能根據這個寬脈沖解釋主光束的中斷。 在造紙工業(yè)中的應用 在造紙工業(yè)中，檢測紙輥上的卷紙量時，一般都采用超聲波傳感器，而不是光電傳感器。超聲波傳感器是這個過程檢測的最佳選擇。只要將傳感器與紙輥垂直安裝、檢測目標是良好的聲反射 體即可。但是如果應用場合存在安裝或反射率問題時，就應想到采用光電傳感器。 采用光電傳感器可以提供也紙輥直徑成比例的 4— 20mA信號。由于超聲波傳感器與紙輥間嚴格的角度要求，所以安裝偏差將造成聲脈沖丟失。而這種場合應用的光電傳感器還有一個 額外的優(yōu)點，就是它不受目標顏色變化的影響。 有些光電傳感器是靠光強的起伏變化控制其輸出的 (目標近光強增，目標遠光強減 )。而在這里應用的光電傳感器是通過相位比較檢測目標距離的。它發(fā)射的紅外光以一個已知的相位角離開傳感器，被目標反射回來后相位角將發(fā)生偏移，其偏移量與目標距離成比 例。利用相位比較法將不受反射信號強度變化和背景亮度變化的影響，因此可保證準確度。 CCD在工業(yè)應用及發(fā)展趨勢 CCD 自從 1969 年，美國貝爾實驗室 Boyle 和 Smith利用當時己發(fā)展得很好的硅技術研制成第 一個 CCD以來，依靠業(yè)已成熟的 MOS集成電路工藝， CCD 技術得以迅速發(fā)展。 CCD是一種以電荷量表示光量大小，用耦合方式傳輸電荷量的器件，具有自動掃描、動態(tài)范圍大、光譜響應范圍寬、體積小、功耗低、壽命長和可靠性高等一系列優(yōu)點。 CCD的基本功能是電荷的存貯和電荷的轉移 ，因此， CCD的基本工作原理是信號電荷的產生、存貯、傳輸和檢測。從結構上， CCD 可分為線陣 CCD和面陣 CCD兩種，后者主要用于攝取圖像，而前者作為一種高靈敏光電傳感器在生產線上大量應用于產品外形尺寸非接觸測量、分類、表面質量評定和精確定位等。 由于大面積高分辨率的面陣 CCD制造困難，并且光學鏡頭造成的面陣圖像的畸變修正比線陣 CCD 掃描得到的圖像的畸變修正復雜很多，因此線陣 C C D 比面陣 CCD 更適合作為高精度圖像傳感器。 CCD 的突出特點在于它是以電荷作為信號的，它的基本參數是電荷而不是電壓或電流， 這就使得在器件的外圍電路以及信號處理方面引入了新的概念和技術。 CCD 的基本功能是電荷的存貯和電荷的轉移。因此， CCD 的基本工作原理是信號電荷的產生、存貯、傳輸和檢測。 CCD 是在周期脈沖的作用下，通過電荷的存貯和傳輸來完成它的各種功能的。 由于 CCD 具有光電轉換、信息存儲等能，因而在圖像傳感、信號處理、數字信息存儲三大領域內得到了廣泛應用。尤其是在圖像傳感領域內的應用發(fā)展最為迅速，從 CCD 概念提出到商品化的電荷耦合攝像機出現(xiàn)僅僅經歷了四年。近 20年來，由于 CCD圖像傳感技術研究的迅速發(fā)展， CCD器件 在像素集成度、分辨率、靈敏度、工作速度等指標上取得了突破性進展。 線陣 CCD 器件是由陣列光敏元曝光一定時 間后在相應驅動脈沖作用下，信號電荷轉移至移位寄存器，由移位寄存器一位一位地將其輸出，從而得到所需的光電信息。線陣 CCD 靈敏度高、光譜響應寬、動態(tài)范圍大、操作與維護方便、成本低廉，在工業(yè)生產線上，已廣泛用于產品外部尺寸非接觸檢測、控制和分類、自動化及機器人視覺中的精確定位等技術領域。 CCD在生產自動化應用領域的發(fā)展趨勢 CCD應用于自動工作機械，自動售貨機，監(jiān)視等裝置。本節(jié)對 CCD 在 焊接自動化領域的應用進行詳述。 （ 1） CCD 用于焊接自動化焊縫跟蹤 在焊接自動化系統(tǒng)中，使焊槍同步跟蹤焊縫是系統(tǒng)設計的中心問題，其難點是電弧位置的精確測控。 CCD跟蹤對象可以是輔助圖象、電弧及熔池熱場。普通 CCD 攝像頭的分辨可以達到 0． 05mm，動態(tài)跟蹤檢測精度可達 0． 06mm，均比采用其他方法檢測精度高出一個數量級。圖 10是埋弧焊自動跟蹤系統(tǒng)的傳感器結構圖。傳感器由光發(fā)射和接收兩部分組成。系統(tǒng)中采用的線陣 CCD器件被置于工件正上方，在垂直方向只接收散射光信號的光路結構。激光從激光二級管發(fā)出，經柱面 透鏡，在工件表面匯聚成寬度很窄的光帶。適當選取柱面透鏡的焦距。使該光帶形成結構光。由于該光平面以一定角度入射到工件上，隨著坡口處位置高低的變化， 該光帶在工件表面和坡口內部將形成一條空問曲線 ABCDE。激光在工件上產生反射和散射，線陣 CCD器件在垂直方向上只接收散射光。根據 瑞利定律可知散射光的強度隨觀察方向變化。 選擇最佳入射角．使得在垂直方向上的散射光最為理想，故確定該值為傳感器發(fā)射與接收光路間的夾角。工件表面上的散射光帶作為光源，經過圓透鏡成像。該像也為一空間曲線。當圓透鏡的焦距足夠大時，該光學系統(tǒng)的 景深也相應較長。可認為像曲線為一平面曲線abcde。將線陣 CCD放置在像平面上，使其感光部分與像曲線的直線部分 ab和 de重合。這樣來自工件表面的光能落在 CCD 上并使其感光，