基于TMS320F2812的非接触式在线测宽仪设计

　　0　引言

　　工业生产中,对运动工件进行尺寸测量时,一般来说,若采用接触式测量方式,则会对工件表面造成刮痕和损伤、同时对测量元件本身也会造成磨损,从而影响测量精度。而对软性材料(如塑料薄膜、电容器塑料套管等),则难以使用接触式实现尺寸测量。因此,对于运动工件,特别是软性材料,采用非接触式测量方式更合适。

　　目前,电荷耦合器件CCD在非接触式检测方面的应用日益广泛,文中介绍一种采用CCD为传感器件、高速DSP为处理器的非接触式在线测宽仪的设计,它集CCD时序驱动、数据采集与测量控制为一体,除了对运动工件实现在线测量、显示外,还可根据误差大小调整相应控制装置(如板材的进刀量,套管的扩张定径装置等),从而大大提高了工件的生产效率和成品合格率。

　　1　系统测量原理

　　如图1所示,工作台上被测工件两边各安装一精密参照基准条,其中一条是可活动的,以便适应不同宽度的工件。两基准条之间的距离Lc是已知的,只要测出对应Lc的像素点数Sc及对应工件的像素点数Sg,则工件宽度Lg=Lc_·(Sg/Sc)。

　　2　系统硬件设计

　　图2为系统电路原理图,处理器采用美国TI公司面向控制领域的32位定点DSP—TMS320F2812[1],CCD采用Toshiba公司的高灵敏度线阵CCD—TCD1708D[6],双电压供电的总线驱动器SN74LVC4245[8]解决了DSP(3_·3 V)和CCD(5 V)两者之间的电平匹配。整个系统由DSP提供CCD驱动脉冲并对CCD像素输出进行A/D转换,一方面求出被测工件宽度并送LED显示,另一方面求出宽度误差并根据其大小调整相应控制装置,达到工件宽度的在线检测与控制。另外,4×4小键盘可在线调整显示、控制的周期。为了减轻DSP负担,LED/键盘与DSP之间采用串行接口的LED及键盘智能控制芯片ZLG7289A[7],其功能与当前应用广泛的HD7279A完全一样,但其3_·3V的工作电压可直接与DSP接口。

　　借助于TMS320F2812的高速处理能力(150 MIPS)和TCD1708D的高分辨率(7450像元),在CCD像素频率为1 MHz的情况下,1行扫描时间为1μs×3797≈4 ms(1行哑元、像元点为3797×2,见图3),所以对工件最大测量速度可达250次/s,在0~35 mm的测量范围时,分辨率为5μm,精度为10μm.

　　2.1　TCD1708D

　　TCD1708D是二相双沟道奇偶两路输出的线阵CCD芯片,有效像元点数为7 450,像素频率为1~15 MHz(系统工作在1MHz),其驱动时序波形如图3所示,可见DSP共需产生5路驱动脉冲。

　　TCD1708D像素脉冲为Φ1(分Φ1E(偶)和Φ1O(奇)2路)、Φ2(分Φ2E(偶)和Φ2O(奇)2路),两者互为反相,Φ2B为末级脉冲(波形与Φ2一样),RS为复位脉冲,CP为钳位脉冲,SH为光积分脉冲,OS1(偶)、OS2(奇)为像素电压输出。当SH为低电平时,在Φ2B下降沿,OS1、OS2输出像素电压信号;在Φ2B上升沿后,发RS脉冲,去掉信号输出缓冲中的残余电荷,为下一点像素电压输出做准备;RS脉冲后发CP脉冲,将OS1、OS2引脚电平钳位在一个固定值;当下一次Φ2B下降沿时,输出下2个像素电压值。各脉冲具体时序关系可参见参考文献[6]。