基于USB接口的管螺纹刀片测量仪的研究

摘要

伴随着人类对零件的精密度的要求不断提高，刀具在加工工业的重要性得到日益提升；人们对刀具检测设备的要求越来越高，普通的光学投影加目测已经完全无法满足自动化生产过程的需要。基于这种需求的现状，加之计算机视觉技术的不断发展，一种基于CCD的刀具检测系统孕育而生。在CCD的使用上，随CCD器件本身的不同，一般分为两种：面阵CCD；线阵CCD加机械传动系统。在这两种方式中，人们出于精度、成本的考虑，逐渐趋向于选择后一种方式。采用线阵CCD、机械传动系统的多功能测控单元和PC机相结合，对被测物体的数据信息进行快速采样、存储及数据处理，是线阵CCD数据采集系统发展的新方向。 管螺纹刀片测量仪是由两个子系统构成：PC处理子系统，多功能测控单元子系统。多功能测控单元子系统又分为信号采集和机械传动。CCD图像信号采集完成某个固定横向点上纵向数据的采集；机械传动不断完成刀具横向上的移动，与此同时，采用光栅传感器来计量机械传动的步进量，最终配合完成整个刀具的数据采集。采集到的数据按每个横向点通过USB上至上位机，进行数据处理和显示。 论文在完成管螺纹刀片测量仪理论论证的同时，提出了一种基于USB接口和线阵CCD的多功能测控单元来实现管螺纹刀片高精度测量的方法。论文的主要内容和成果如下： 1、了解刀片检测的现状和趋势，完成管螺纹刀片测量仪的总体方案设计，其中包括测量仪的总体设计、模块划分、多功能测控单元的方案设计以及系统的工作模式设计； 2、了解线阵CCD的测量原理，运用复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成对线阵CCD-TCD1501D驱动时序的设计； 3、为了提高测量仪的测量精度，论文先对线阵CCD输出的高速图象信号差分放大等信号调理后，采用高速ADC-TLC5510完成CCD信号的高速采集，并采用8K的RAM-CY6264对数据缓存； 4、把多功能测控单元的整体控制(包括线阵CCD时序控制，数据采集、传输)集成到复杂可编程逻辑器件(CPLD)中去，提高了系统的集成度； 5、应用GPIF方式读取缓存数据，并采用USB接口实现了与上位机的数据通信，目的就是增强数据传输的速度、提高现场工作效率； 6、对采集的数据进行简单处理，并编制了用户接口软件直观显示出测量结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 引言

1.1 管螺纹梳刀刀片测量仪的研究依据和研究意义

1.2 管螺纹梳刀刀片测量仪的发展状况和趋势

1.3 论文内容及其特色

2 测量仪的工作原理和总体设计

2.1 测量仪的工作原理

2.2 系统整体方案设计

2.3 多功能测控单元的方案设计

2.4 多功能测控单元的工作模式

3 多功能测控单元的硬件设计

3.1 数据采集通道设计

3.2 CPLD的控制时序设计

3.3步进电机的驱动电路设计

3.4 USB2.0总线接口设计

4 多功能测控单元的软件设计

4.1 软件总体设计

4.2 USB2.0通讯接口设计

4.3 系统任务软件设计

5 多功能测控单元的测试

5.1 CCD驱动测试：MCU+CPLD+CCD

5.2 USB通讯测试：USB2.0+PC机

5.3 数据读写测试：USB2.0+CPLD+RAM

5.4 采集通道测试：USB2.0+CPLD+AD+RAM

6数据传输、处理和显示

6.1 USB设备驱动程序的设计

6.2 USB接口和界面的设计

6.3 边缘检测算法的研究

结束语

参考文献

附录

在校期间参加的科研项目和发表的论文

致谢