CCD精密外径测量装置数据采集系统的开发

摘要

在机械制造中，精密加工必须靠精密的测量手段来保证，加工精度的提供与计量技术的发展水平密切相关，特别是在线测量技术。而轴类外径的在线测量的精度控制是很常见的。CCD(charge coupled device)电荷耦合器件，是上世纪70年代初发展起来的新型半导体器件。这种半导体器件借助于必要的光学系统和符合其要求的时序驱动脉冲，能够将一幅被测工件空间域分布的光学图像转换成一列时间域分布的信号，信号中每一个离散信号峰值的大小对应着该光敏单元所接收光强的强弱，信号输出的时序则对应光敏单元位置的顺序。由于CCD的这种特定功能，运用其可以对微小轴类工件进行非接触、高精度、自动测量。本论文的主要工作有：
　　 1、建立了一种基于线阵CCD影像测量法的非接触式小型工件外径精密测量系统。
　　 2、针对CCD时序驱动脉冲的要求，采用现场可编程门阵列(FPGA)芯片，运用VerilogHDL硬件描述语言设计了CCD的时序驱动脉冲程序。并在QuartusⅡ8.1、Modelsim SE6.0开发环境下，进行编译、波形仿真。最后得到符合CCD工作所要求的1M的时序驱动脉冲。
　　 3、完成了对线阵CCD图像传感器的输出信号进行处理和数据采集。详细论述了对输出的信号进行低通滤波，差动放大；运用模数转换器对CCD的输出信号进行A/D转换，运用单片机和静态RAM存储器对转换后的数据进行采集，最后把采集到的数据通过单片机的串行通信发送到PC机。完成了整个TCD1501D输出信号进行处理和数据采集的软硬件实现。
　　 4、对CCD时序驱动脉冲及信号处理和数据采集电路进行了实验，结果表明时序驱动脉冲能很好地满足CCD工作要求，CCD能够输出可靠的电信号；信号处理和数据采集电路能够采集到符合要求的信号数据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景与来源

1.2研究的目的和意义

1.3国内外研究现状与发展水平

1.4研究的主要内容

1.5本章小结

第2章CCD精密外径测量系统设计

2.1 CCD精密测量原理

2.1.1 CCD的基本工作原理

2.1.2 CCD的特性参数及选型

2.1.3TCD1501D的特性及工作原理

2.2 CCD精密外径测量装置的系统设计

2.2.1 CCD精密外径测量装置的总体设计

2.2.2 CCD精密外径测量装置数据采集系统硬件设计

2.2.3 CCD精密外径测量装置数据采集系统软件设计

2.3光照系统的设计

2.3.1光源的选择

2.3.2光学系统的设计

2.3.3光照系统的实现

2.4本章小结

第3章TCD1501D的时序驱动电路设计

3.1TCD1501D时序驱动脉冲的要求

3.2TCD1501D的时序驱动电路设计与仿真

3.2.1 FPGA技术简介

3.2.2 VerilogHDL硬件描述语言的特点

3.2.3基于VerilogHDL的TCD1501D时序驱动程序设计

3.2.4基于ModelSim的TCD1501D时序驱动程序仿真

3.3TCD1501D时序驱动脉冲的测试

3.3.1 EP2C8Q208核心板介绍

3.3.2 Quartus Ⅱ软件简介及应用

3.3.3TCD1501D时序驱动脉冲的测试

3.4本章小结：

第4章CCD信号处理与采集系统的设计

4.1 CCD信号的预处理

4.1.1 AD623的特点及应用

4.1.2低通滤波器的特点及应用

4.1.3 CCD信号预处理的实现

4.2 A/D转换

4.2.1 TLC5510的特点

4.2.2 TLC5510的工作原理

4.2.3 TLC5510的应用

4.3数据的存储

4.3.1 HY62256A的特性及数据写入方式

4.3.2 74HC161的特性及作为地址发生器的应用

4.4数据的读出

4.4.1单片机AT89S52的特性及最小工作系统

4.4.2数据的读出

4.5数据的传输

4.5.1单片机串口通信的特点及工作方式

4.5.2串口通信的硬件设计

4.6数据采集系统的实现

4.6.1数据采集系统的硬件实现

4.6.2数据采集系统的软件实现

4.6.3数据采集系统的实现

4.7本章小结

第5章总结与展望

5.1研究总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

附录作者研究生期间发表的论文