一种CCD微米级圆钢光电测径仪的研究设计
1 系统总体设计
1.1 CCD微米级非接触式圆钢光电测径仪的测量原理
CCD微米级非接触式圆钢光电测径仪光路测量原理如图1所示。
图1 CCD圆钢光电测径仪光路测量原理
平行光源从镜L1发出平行光束。此光束照射在光路内的圆钢工件上，经光学镜头L2成像在CCD的感光面上。CCD器件把感光面上的光信号转换成与光强成比例的电荷量,在一定频率的时钟脉冲驱动下，从CCD的输出信号U0波形中反映出来。对U0进行信号处理，并根据工件的成像在CCD输出波形中的宽度推算标定出工件的实际尺寸。
1.2 主要信号处理过程
CCD的行同步脉冲FC和标准脉冲SP与输出信号U0的关系如图2(a)所示。放入工件后，在行同步脉冲FC中间的U0波形部分时段变成了低电平，低电平的宽度随工件直径尺寸线性变化，如图2(b)所示。
图2 CCD的输出信号
在每个行脉冲FC周期内对U0进行信号处理，过程如图3所示。将U0信号通过低通滤波电路，滤去高频干扰；对U0进行一次微分边界分离，然后通过绝对值电路将信号进行一致化处理便于进行二次微分；接着进行二次微分以提高分辨率，然后通过过零检测电路找到测量中心，最后进行二值化处理为后续的脉冲计数做好准备。
图3 行脉冲FC周期内对U0进行信号处理的过程
1.3 系统搭建方案
系统搭建方案如图4所示。
图4 系统总体搭建方案
采用高亮度LED和合适焦距的透镜组成光源盒，并利用其特性产生较好的平行光，照射物体然后通过光学镜头在CCD上成像。CCD的输出信号通过9针串行口将信号输送到积分时间调整与信号处理电路模块，然后此模块将处理好的信号输送到计数与通信电路模块进行计数测量转换，并和显示模块通信将测量值发送给ARM处理器。最后由智能显示终端显示测量值，并实现校准标定查询等功能。
2 系统的实现
2.1 积分时间调整与信号处理电路
2.1.1 硬件设计
积分时间调整与信号处理电路结构框图如图5所示。
图5 积分时间调整与信号处理电路结构框图
