基于DSP的激光三角測(cè)距傳感器研究.pdf

1、隨著新材料的出現(xiàn)和加工精度的不斷提高，對(duì)表面檢測(cè)技術(shù)提出更多的要求，檢測(cè)過程中常用的接觸式檢測(cè)很難對(duì)一些尺寸很小或柔軟和脆性材料的工件進(jìn)行測(cè)量?；谌菧y(cè)量法的激光位移傳感器作為一種新型的非接觸式測(cè)距傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、非入侵等優(yōu)點(diǎn)，因此在自動(dòng)加工、在線檢測(cè)、實(shí)物仿形等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 由于實(shí)際應(yīng)用中，激光位移傳感器存在非線性誤差和激光點(diǎn)的散斑，并且測(cè)量精度易受被測(cè)表面傾斜角度和

2、表面特征不同的影響、系統(tǒng)響應(yīng)速度的影響、環(huán)境影響等，可能導(dǎo)致測(cè)量精度下降，甚至使傳感器系統(tǒng)無法正常工作。 本課題從影響激光位移傳感器測(cè)頭工作的根本原因出發(fā)，定量或者定性的分析了各種影響因素，提出了改進(jìn)的方法和措施，并進(jìn)行了DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要有以下工作： 1. 經(jīng)過分析與比較，決定設(shè)計(jì)的三角測(cè)距傳感器采用直射式，系統(tǒng)的光源部分使用半導(dǎo)體激光器，圖像傳感器選用高精度的線陣式CCD。根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求，對(duì)光學(xué)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定

3、，選擇能使測(cè)量精度提高的最優(yōu)方案。 2. 對(duì)CCD采集到的原始圖像，采用均值濾波和改進(jìn)的中值濾波以得到較為穩(wěn)定的圖像信號(hào)。分析了各種算法，通過對(duì)CCD所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的算法來提高CCD的分辨率，從而提高測(cè)距傳感器測(cè)量精度。分析了概率法、解調(diào)法、灰度質(zhì)心法、多項(xiàng)式插值法、多項(xiàng)式擬合法，以及這些經(jīng)典的提高CCD的分辨率的算法的優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證明采用平方加權(quán)灰度質(zhì)心法能夠得到更好的結(jié)果。 3. 提出了一種新的光強(qiáng)度自適應(yīng)控

4、制方法，采用FPGA控制調(diào)節(jié)激光器的驅(qū)動(dòng)電流大小，該方法能夠感測(cè)物體表面并將激光強(qiáng)度調(diào)整到最佳狀態(tài)。同時(shí)設(shè)計(jì)了恒流源驅(qū)動(dòng)電路，能夠穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)激光器。 4. 設(shè)計(jì)和CCD匹配的AD采集電路，運(yùn)用FPGA解決外部慢速器件和高速處理器的接口問題，提出顯示、抗干擾和存儲(chǔ)器擴(kuò)展方案。 5. 結(jié)合系統(tǒng)所涉及的電氣參數(shù)、測(cè)量環(huán)境和處理算法，設(shè)計(jì)基于TMS320VC5509A微處理芯片的線陣CCD微位移測(cè)量系統(tǒng)，完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。