本实用新型专利技术提供一种基于模拟图像采集的非接触式细丝直径测量装置，用于测量细丝直径，包括光学装置、拍摄单元、信号分离单元、波形处理单元、FPGA微处理器、显示单元，拍摄单元将光学装置输入的光学图像转化为复合模拟电压信号，通过信号分离单元和波形处理单元，得到行信号、场信号、模拟图像电压信号并送入FPGA微处理器，经过处理将待测细丝长度显示在显示单元中，所述的光学装置包括LED线光源、黑色吸光底板、密闭箱、镜头，拍摄单元由驱动模块、CCD传感器、信号处理模块、时序控制模块组成，所述的FPGA微处理器包括脉冲计数模块、数据处理模块、显示驱动模块，本实用新型专利技术可以实现高速可靠、高精度、低成本测量细丝直径。
【技术实现步骤摘要】
基于模拟图像采集的非接触式细丝直径测量装置
本技术涉及测量
，具体涉及一种基于模拟图像采集的非接触式细丝直径测量的装置。
技术介绍
在工业生产中，经常遇到细丝直径的测量问题。目前所采用的测量方法分为接触式和非接触式。接触式测量方法多采用数显千分尺或传统千分尺，在测量过程中，千分尺的旋进会对细丝表面产生形变，引入测量误差，并且，传统千分尺测量不便于记录数据，分析细丝整体的粗细均匀情况。非接触式测量现行方法基于数字图像，通过对数字图像像素信息提取即可得出细丝直径数值，但此测量方法受到图像传感器像素大小的限制。目前，常采用的图像传感器像素尺寸为8～10微米，此数值远远低于被测细丝精度的精度要求，为实现高精度测量不得不增加光学系统模块或使用定制的高精度图像传感器。但这两种方法不仅增加了开发成本且均无法消除数字信号的量化误差。模拟图像，又称连续图像，是指在二位坐标系中连续变化的图像，即图像的像点是无线稠密的，同时具有灰度值(即图像从暗到两的变化值)，通过某种物理量的连续变化来表现图像上信息，它反映了事物在连续空间中的真实特征。数字图像是由模拟图像数字量化得到的，把图像分解为称为像素的若干离散点，并将各像素所代表的信息量化后的离散值即整数来表示的图像。通过模拟图形采集进行非接触式细丝测量，可以避免通过数字图像采集信息时在量化过程中，受到像素大小的限制导致的量化误差，提高测量精度。模拟摄像头对图像成像时，由CCD感光元件对所拍摄物体感光，CCD依据半导体的内光电效应，可以将入射光信号转换为电荷输出，并对所产生的电荷收集起来，成为信号电荷包，并将电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成，最后将转移到输出级的电荷转化为电压信号，由于是用连续的电压信号来表征图像信息，故所产生的图像信号为模拟图像信号。光敏元件在聚集电荷的过程中，光电荷与光照强度和光积分时间成正比，在快门时间固定的情况下，输出的电压幅值就代表了图像的灰度信息，即白色图像光强最强，输出表现为电压图像信号的峰值电压，黑色图像几乎没有光强，输出表现为电压图像信号的谷值电压，电压的幅值变化对应了图像灰度变化。因此，本技术利用模拟图像像点无线稠密，无量化误差真实反映图像尺寸特点，在模拟图像信息采集的基础上，采用非接触式测量细丝直径，克服以上缺点并提高测量的精度。
技术实现思路
本技术的目的是为解决现有测量装置及方法的不足，提供一种基于模拟图像采集的细丝直径测量装置及方法，通过模拟摄像头将直径长度测量通过光电信号转化为模拟图像信号，此信号为电压脉冲信号，通过对此脉冲电压信号进行处理，转化为整形后的代表细丝直径粗细脉冲宽度信号，进行时间测量得到直径长度。本技术是通过如下技术方案实现的：本技术提供了一种基于模拟图像采集的细丝直径测量装置，具体方案如下：一种基于模拟图像采集的非接触式细丝直径测量装置，其特征在于包括光学装置、拍摄单元、信号分离单元、波形处理单元、FPGA微处理器、显示单元，所述的光学装置包括LED线光源、黑色吸光底板、含有过丝孔的密闭箱、镜头，其中密闭箱底部放置一块所述的黑色吸光底板，密闭箱左右两侧等高位置放置两个所述的LED线光源，密闭箱前后两侧中心轴向上与所述的LED线光源等高的位置开有两个过丝孔，待测细丝从所述的两个过丝孔中穿过，所述的镜头的镜头光学输入端从密闭箱上部伸入密闭箱中并对准所述的待测细丝，拍摄单元由驱动模块、CCD传感器、信号处理模块、时序控制模块组成，其中光学装置中镜头的镜头光学输出端与拍摄单元的CCD传感器的光学输入端对接，拍摄单元中的驱动模块的输出端与CCD传感器的电学输入端连接，CCD传感器的输出端与信号处理模块的信号输入端连接，时序控制模块与信号处理模块的控制输入端连接，信号处理模块的输出分别与信号分离单元和波形处理单元连接，所述的FPGA微处理器包括脉冲计数模块、数据处理模块、显示驱动模块，串口通信模块，FPGA微处理器中脉宽计数模块的控制输入端与信号分离单元的输出端相连、脉宽计数模块的脉宽输入端与波形处理单元的输出端相连，脉宽计数模块的输出端与数据处理模块的输入相连，数据处理模块的输出端与显示驱动模块的输入端相连，显示驱动模块的输出端与显示单元的输入端相连。进一步的技术方案包括：所述的镜头的截面平行于所述的黑色吸光底板。所述的待测细丝的截面中心位于镜头中心及所述的CCD传感器中心的延长线上。所述的CCD传感器为电荷耦合元件。所述的信号处理模块输出的模拟电压信号为CCIR制式。所述的波形处理单元由电压比较器、阈值产生电路组成，所述的阈值产生电路由可调电位器、电压源组成，可调电位器的两个固定端与电压源顺次连接成环路，可调电位器的可调端为阈值产生电路的输出端，所述的信号处理模块的输出端与电压比较器的同相输入端相连，阈值产生电路的输出端与电压比较器反向端相连，电压比较器的输出端即为所述的波形处理单元的输出端，所述的波形处理单元通过比较信号处理模块输出与阈值产生电路产生的阈值电压并放大完成波形处理，输出至FPGA微处理器中的脉宽计数模块的脉宽输入端。所述的阈值产生电路输出的电压值为与图像电压信号峰值的1/2。所述的FPGA微处理器还包括一个串口通信模块，串口通信模块的输入端与数据处理模块的输出端连接，串口通信模块的输出端可以与一个可选接收单元连接。本技术所述的一种基于模拟图像采集的非接触式细丝直径测量装置的工作原理和工作过程为：待测细丝穿过光学装置中的过丝孔，待测细丝被光学装置中的LED线光源打亮，拍摄单元通过光学装置中的镜头将光学装置中产生的光学影像输入所述拍摄单元的CCD传感器光学输入端，CCD传感器通过自身光电转换的性质将细丝在光学装置中产生的光学影像转化为模拟图像电压信号，在拍摄单元中驱动模块的控制下CCD传感器将模拟图像电压信号输出到信号处理模块，信号处理模块在时序控制模块的控制下，将模拟图像电压信号放大并与信号处理模块产生的行信号、场信号合成为复合模拟电压信号，信号分离单元将所述的复合模拟电压信号分离得到有效的行信号、场信号，并送入FPGA微处理器中时序控制模块的控制输入端，波形处理单元提取所述的复合模拟电压信号中的模拟图像电压信号并进行波形处理转换为边沿整齐的脉冲信号送入FPGA微处理器中的脉宽技术模块的脉宽输入端，时序控制模块在行信号、场信号的控制下测量脉冲宽度，并将测量结果送至数据处理模块，经数据处理模块处理后，通过显示驱动模块驱动显示单元显示待测细丝的直径数值，通过串口通信模块将待测细丝的直径数值传送至可选接收单元。光学装置中，镜头截面平行于黑色吸光底板，待测细丝截面中心位于镜头中心及CCD传感器中心的延长线上，拍摄单元中的CCD传感器为电荷耦合元件，LED线光源产生的光纤为非平行光，所述的两个LED线光源分别从待测细丝两侧打量待测细丝，密闭箱中底部的黑色吸光底板将未打亮细丝的光线吸收，并作为待测细丝的黑色背景，CCD传感器光学输入端输入的光学图像为打亮的待测细丝及黑色背景，CCD传感器为电耦合元件，CCD传感器内部元件对有光物体(打亮的细丝)产生电压信号，对无光物体(黑色吸光底板)不产生电压信号或产生可以忽略不计的暗电流信号，从而将光学图像转化为电压信号。拍摄本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于模拟图像采集的非接触式细丝直径测量装置，其特征在于包括光学装置(1)、拍摄单元(2)、信号分离单元(3)、波形处理单元(4)、FPGA微处理器(5)、显示单元(6)，所述的光学装置(1)包括LED线光源(19)、黑色吸光底板(20)、含有过丝孔(17)的密闭箱(16)、镜头(21)，其中密闭箱(16)底部放置一块所述的黑色吸光底板(20)，密闭箱(16)左右两侧等高位置放置两个所述的LED线光源(19)，密闭箱(16)前后两侧中心轴向上与所述的LED线光源(19)等高的位置开有两个过丝孔(17)，待测细丝(18)从所述的两个过丝孔(17)中穿过，所述的镜头(21)的镜头光学输入端(22)从密闭箱(16)上部伸入密闭箱(16)中并对准所述的待测细丝(18)，拍摄单元(2)由驱动模块(8)、CCD传感器(9)、信号处理模块(11)、时序控制模块(10)组成，其中光学装置(1)中镜头(21)的镜头光学输出端(23)与拍摄单元(2)的CCD传感器(9)的光学输入端对接，拍摄单元(2)中的驱动模块(8)的输出端与CCD传感器(9)的电学输入端连接，CCD传感器(9)的输出端与信号处理模块(11)的信号输入端连接，时序控制模块(10)与信号处理模块(11)的控制输入端连接，信号处理模块(11)的输出分别与信号分离单元(3)和波形处理单元(4)连接，所述的FPGA微处理器(5)包括脉宽计数模块(12)、数据处理模块(13)、显示驱动模块(14)，串口通信模块(15)，FPGA微处理器(5)中脉宽计数模块(12)的控制输入端与信号分离单元(3)的输出端相连、脉宽计数模块(12)的脉宽输入端与波形处理单元(4)的输出端相连，脉宽计数模块(12)的输出端与数据处理模块(13)的输入相连，数据处理模块(13)的输出端与显示驱动模块(14)的输入端相连，显示驱动模块(14)的输出端与显示单元(6)的输入端相连。...
【技术特征摘要】
1.一种基于模拟图像采集的非接触式细丝直径测量装置，其特征在于包括光学装置(1)、拍摄单元(2)、信号分离单元(3)、波形处理单元(4)、FPGA微处理器(5)、显示单元(6)，所述的光学装置(1)包括LED线光源(19)、黑色吸光底板(20)、含有过丝孔(17)的密闭箱(16)、镜头(21)，其中密闭箱(16)底部放置一块所述的黑色吸光底板(20)，密闭箱(16)左右两侧等高位置放置两个所述的LED线光源(19)，密闭箱(16)前后两侧中心轴向上与所述的LED线光源(19)等高的位置开有两个过丝孔(17)，待测细丝(18)从所述的两个过丝孔(17)中穿过，所述的镜头(21)的镜头光学输入端(22)从密闭箱(16)上部伸入密闭箱(16)中并对准所述的待测细丝(18)，拍摄单元(2)由驱动模块(8)、CCD传感器(9)、信号处理模块(11)、时序控制模块(10)组成，其中光学装置(1)中镜头(21)的镜头光学输出端(23)与拍摄单元(2)的CCD传感器(9)的光学输入端对接，拍摄单元(2)中的驱动模块(8)的输出端与CCD传感器(9)的电学输入端连接，CCD传感器(9)的输出端与信号处理模块(11)的信号输入端连接，时序控制模块(10)与信号处理模块(11)的控制输入端连接，信号处理模块(11)的输出分别与信号分离单元(3)和波形处理单元(4)连接，所述的FPGA微处理器(5)包括脉宽计数模块(12)、数据处理模块(13)、显示驱动模块(14)，串口通信模块(15)，FPGA微处理器(5)中脉宽计数模块(12)的控制输入端与信号分离单元(3)的输出端相连、脉宽计数模块(12)的脉宽输入端与波形处理单元(4)的输出端相连，脉宽计数模块(12)的输出端与数据处理模块(13)的输入相连，数据处理模块(13)的输出端与显示驱动模块(14)的输入端相连，显示驱动模块(14)的输出端与显示单元(6)的输...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宝华，赵格格，高咏，刘文杰，周胜利，王忠新，张广鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22
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