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1、第23卷第1期青岛建筑工程学院学报Vol.23No.12002JournalofQingdaoInstituteofArchitectureandEngineeringX用面阵CCD测螺纹参数冯永慧 孙 萍徐志伟(青岛建筑工程学院机械工程系,青岛266033)(沂水建筑设计院,临沂276400)摘 要 利用CCD进行尺寸测量是一种非常有效的非接触检测方法,这种方法被广泛应用于工件尺寸的在线检测.笔者以面阵CCD为传感器,研制了一套螺纹测量装置,实现了普通圆柱外螺纹几何参数的自动非接触测量,对面阵CCD在复杂零件尺寸测量方面的应用作出了探索与尝试,为利用CCD
2、对螺纹几何参数的在线测量打下了基础.关键词 面阵CCD;螺纹参数;信号处理;非接触测量中图分类号 TG85螺母、螺栓等螺纹零件,在日常生产生活中有着广泛的应用,需求量大,生产批量也大.该类产品的传统的抽样检测方法检测速度低,有时会使大批合格零件报废,造成极大的浪费,因而要求在加工过程中对产品实现非接触式动态测量,以提高产品质量与劳动生产率,降低工人劳动强度和生产成本.笔者以面阵CCD为传感器,研制了一螺纹测量装置,实现了螺纹参数的自动非接触式测量,对面阵CCD在复杂零件尺寸测量方面的应用作出了研究,为利用CCD对螺纹几何参数的在线测量打下了基础.1 测量原理
3、CCD是ChargeCoupledDevices(即电荷耦合器件)的简称,它是一种新型的固体成像器件,它的每个光敏元感知的电信号的幅值与入射光强成线性关系.利用这种芯片,借助于必要的光学系统和合适的外围驱动电路,可以将景物图像,经过光敏区上逐点的光电信号转换、储存和传输,在输出端产生一时序视频信号,从而把一幅按空间域分布的光学图像,变成一列包含图像信息特征的按时间域分布的离散信号电[1]压.CCD用于尺寸测量正是基于这一特征.本实验装置的测量原理如图1所示.首先,由平行光源产生一束平行光,投射在待测螺纹试件上,待测螺纹试件经平行光照射之后,其外形轮廓投影在C
4、CD的成像区,CCD在驱动电路的作用下,输出包含该螺纹外形轮廓信息的脉冲序列.设计合适的信号处理电路,将该脉冲图1 测量原理图序列进行一系列处理,得到能够为计算机接收的数据信号,然后将该处理信号输入到计算机中,由软件对采集信号做进一步的处理,即可得到螺纹的参数值.2 系统组成基于以上测量原理,设计了该螺纹测量装置.该装置是一个光、机、电、计算机技术相结合的系统,主要由以下几部分组成:211 机械机构及光路系统X收稿日期:2001-11-2636青岛建筑工程学院学报第23卷实验装置的机械部分应该严格保证各光学器件、被测试件及CCD成像器件的相对尺寸及相对位置关
5、系,相对位置可作适当调整.要求整个机械部分的刚性较好,以保证测量的精度和稳定性.同时,为了充分利用现有实验条件,并考虑到经济性,而且在工具显微镜上用影像法测螺纹的基本原理与本装置的测量原理近似,因此直接利用实验室的工具显微镜的机械本体及其光路系统,另外设计了一套CCD靶面机构,用来安放CCD成像器件.机械结构及其光路系统如图2所示.[2,3,5,6]212 硬件电路硬件电路用来处理和采集CCD输出的视频信号,其原理框图如图3所示.图2 实验装置的机械结构及其光路系统CCD在驱动电路的作用下,不断地把光敏元上的1-光源 2-滤色片 3-光阑 4-反射镜光信号转
6、变为电信号,按场输出.CCD输出的脉冲调制5-聚光透镜 6-工作台 7-被测件信号首先要进行放大,再通过低通滤波器,变成连续信8-CCD靶面 9-显微镜号,经微分后输出视频信号的变化率,该信号电压的最大值对应视频信号边界过渡区的变化率最大的点.对应视频信号的上升沿与下降沿,其输出信号的极性相反,绝对值电路将其转化为同极性的信号,再经过微分处理即获得对应边界处的过零信号.过零检测电路将过零信号转变为方波脉冲的后沿,再将该信号二值化,将该二值化信号用频率图3 硬件电路工作原理图为CCD时钟频率k倍的高频脉冲记数,得到边界点的特征数.8031单片机数据采集系统及时
7、准确地完成特征数据的采集等工作,并与PC机进行通讯,把采集到的数据交给PC机进行处理.213 软件部分软件部分的任务是配合硬件系统,完成数据采集、数据存储及数据传输的功能,同时又担负着数据处理及结果显示与存储的重任.整个软件部分由汇编语言与C语言来实现.汇编语言程序较为精练,可直接作用于硬件,代码执行速度最快,可满足实时数据采集的要求,单片机数据采集、存储及传输部分的软件由汇编语言完成;C语言具有易理解、易描述算法,可直接与硬件接口等特点,数据处理部分选用了C语言作为编程语言.软件部分包括用汇编语言编写的数据采集与存储子程序,键盘ö显示器管理子程序,用汇编语
8、言与C[4]语言编写的数据通讯子程序,用C语言编写的
