基于线阵CCD及嵌入式Linux系统的圆钢测径系统研究与设计

　　圆钢生产一直以来都是我国国民经济的重要支柱产业之一，是钢筋、螺栓及各种机械零件的基本原料。现今的钢铁行业中有多种圆钢测径方法，传统的方法有尺寸工具抽样检测、电磁式接触式测量等。其中人工尺寸工具测量的精度较差且速度较慢; 使用电磁式接触式测量，测量过程比较麻烦且精度和速度也难以得到保证。现在CCD ( 电子耦合器件)[1 -2]已广泛应用于光电成像、光电探测、非接触式尺寸测量、图像扫描等领域，且其具有精度高、小型化、结构简单等特点。本系统是基于线阵CCD 及以S3C2440 为硬件核心的嵌入式Linux 操作系统[3]的圆钢外径测量系统。

　　系统将线阵CCD 测量系统与嵌入式系统相结合，实现了在光线暗、高温等恶劣环境下，在生产线上对圆钢外径的动态无损测量。

　　1 系统测量基本原理

　　利用光学投影放大成像并由CCD 器件光电接收的圆钢外径测量原理[4]如图1 所示。

　　光源1发出光经光学准直扩束系统2后形成平行光束，光束照射到圆钢工件3 上后由成像透镜4及光阑5 在CCD光电接收器6上放大成像，若测出该阴影像的宽度D，即可相应求出工件直径d:

式中: f 为成像透镜焦距; L 为成像透镜与CCD 光电接收器间距离; β 为系统光学放大倍数。

　　CCD (电子耦合器件) 尺寸测量技术已成熟发展为一项极为有效的非接触式检测方法，并被广泛应用于工件尺寸的在线检测中。在圆钢的在线检测过程中，可利用线阵CCD像元尺寸小及几何精度高的特点，实现圆钢的非接触式测量。

　　当圆钢被投影于CCD 的感光面时，光敏面上得到的光信号将被转化为电信号，有光的地方形成高电平，阴影部分形成低电平并在一定频率的时钟脉冲驱动下，由CCD 的输出端输出。对该输出视频脉冲信号进行优化处理，根据所获得脉冲宽度即可计算并标定出感光面上阴影D 的尺寸并进一步计算出工件的实际尺寸d。

　　2 系统设计

　　2. 1 硬件系统设计

　　硬件系统总体设计方案如图2所示。

　　(1) 测量及信号处理系统硬件设计

　　①光学系统

　　采用高亮度LED 作为光源及合适焦距的透镜组作为准直扩束装置以产生近似平行光束，照射待测圆钢成像。并且由于光束很难保持很高的平行度，存在一定的发散角，导致待测件在沿系统轴线方向上发生位置变化时，在CCD 光电接收器上所形成像的宽度将发生变化进而引起测量误差。因此在系统成像物镜的后焦面放置一个合适直径的孔径光阑，以形成远心光路。