基于FPGA的精密激光测径仪的开发

摘要

测量是机械工业生产中的一个必经过程，它作为质量控制的一个重要依据，关系着产品品质的提高和设备制造的发展。在机械产品的测量领域，尺寸的测量是最重要，也是最普遍的内容。而在尺寸测量里，轴类零件的直径测量应用最多，涉及的领域也最广泛，例如车床的丝杠、导轨、汽车的曲轴、转向阀的阀芯等等。目前常见的车床丝杠精度通常在20～50μm左右，汽车转向阀阀芯的精度甚至控制在7～10μm以内，可见，轴类零件的直径测量不仅普遍，而且测量精度也往往要求较其他零件高。
　　 传统的测量方式由于其精度低，受人为因素影响较大，往往不能满足高精度轴类零件直径测量的要求。随着非接触测量技术的发展，尤其是激光测量技术的出现，结合CCD应用技术和EDA技术，将尺寸测量引入一个新的时代，激光测径仪越来越多地应用在轴类零件的直径测量领域。
　　 本文首先规划了激光测径的方案，按照机械机构和硬件电路两个方向进行了布局。搭建了用于测量的光学机械结构，并对硬件测量的基本电路做了相关设计。
　　 本文着重研究了基于FPGA的直径测量方法，通过使用硬件描述语言VerilogHDL完成了从CCD驱动、数据采集、处理、数制转化、显示等几个过程的模块设计。首先使用CCD驱动模块实现CCD视频信号的正常输出，通过片内的信号采集和处理模块控制外围电路的模数转化功能，并将结果送入片内进行处理、计算，获得的结果通过数据缓存、数制转换等一系列过程后送入显示模块，并最终控制液晶屏显示测量结果。
　　 设计完成后，通过一系列的实验对激光测径仪的各个设计部分进行调试，并通过对标准试样的测量验证了激光测径仪的精度和可靠性。