基于双线阵ccd的epccpc测量系统的电路设计与实现

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摘要：采用基于双线阵电荷耦合器件(CCD)的带钢对中／4边纠偏(EPC／CPC)测量系统，
( l# x' ]4 g  ^( M6 E可以更好地解决带钢在运动中的跑偏问题。针对该测量系统，设计了基于89C51单片机和复杂可
编程(cpld)器件的硬件测量电路。文中详细介绍了该电路的设计思想和系统组成，同时提出了一
种更好的边缘检测方案，并举例说明了CCD驱动器的用户控制脉冲SP和FC在工程实践中的应
用。实验结果表明该测量电路完全满足设计要求。

目前所使用的带钢纠偏系统，大多都采用光敏
  Y# W4 W, h8 {, e$ F. s大等方面的问题[2]。
0 h3 z5 D  g% X6 v+ @; C: H为解决这一问题，我们提出了基于双线阵
CCDc副的EPC／CPC(Edge／Center Position
6 N. j& a& a0 t# `5 n3 MContr01)数字测量方案，使带钢自动对中(对边)纠
偏，保持带钢中心(对边)位置基本不变，满足连续对
中(对边)要求[4]。并开发出了基于89C51单片机和
% i" }+ H9 I4 H0 j# a/ x4 MCPI．D器件的硬件测量电路。该系统采用由Chip
LED阵列和柱面透镜构成的平行光投射系统的照
$ n- E7 |* w0 Q  k明方案，利用了高速线阵CCD光电检测技术[5]，同
+ \9 C  r7 t  b+ N: X; \: e时在高性能液压跟踪控制系统的配合下，可实现高
% }0 a2 G# l; ]/ H速带钢智能纠偏控制。
本文主要介绍基于线阵CCD的EPC／CPC数
0 a3 [( b% k  p2 x, B9 T3 I/ d' C字测量系统的硬件电路的组成、工作原理，同时也详
2 x- k3 P5 E/ O/ n( Q7 J细比较了几种不同的带钢边缘检测方案，并举例说
) \( A* o7 J4 c明了CCD驱动器的用户控制脉冲SP和FCC6]在边
缘提取和图像测量中的应用，最后给出了该测量系
统的实际测量结果。
1 系统测量原理
经分析，为了提高系统的测量精度及照明光源
% F8 o2 ~2 j! {1 Z3 U7 _, r的有效利用率，我们采用双CCD的测量方案，即在
被测带钢两个边缘的垂直方向，均安置一套测量系
统。该系统由平行光投射照明系统(主要由Chip
' j7 Y$ s7 Y/ _. N4 nLED阵列和柱面透镜构成)、镜头、线阵CCD及其
驱动器、数据采集和后续处理电路等组成。以被测带
- _. ]( b* c4 i& {& a钢的一个边缘为例，如图1所示。Chip LED阵列发
7 y& M4 g6 ~; P, V- f; R出的光束经柱面透镜汇聚后，形成一个高亮度的、照
度均匀的平行光束平面投射到被测带钢表面，像一
% M# G9 \; `# n: Z0 t5 A5 E* n6 N把“光刀”一样，在被测带钢表面“切”出一条长约35
enl，宽约3 cm的亮带，照明带钢的一个边缘。线阵
CCD经过调整，使其位于LED光束平面内。落至带
钢外侧的亮带被地面上的涂黑层或撒落的煤层吸收
掉，而落到带钢上的亮带经带钢反射后成像在线阵
CCD光敏面上。这样，CCD上亮区与暗区的分界对
& f# i& R5 z, m2 E$ b1 i5 _- D: ~应于带钢的边缘，经采集进入后续处理电路。
由几何光学可知：求得物平面内的亮带在CCD
0 k! y7 |! r  u6 V% _9 C光敏面上所点亮的光敏元数目后，通过下式计算即
可求得带钢的边缘位置：
, K2 Y4 v" F% ~% U: F8 w3 JY—Z·Y7／l’ (1)
9 V4 w: ]9 M( k: S即：
1 f/ x, i  |1 l& e$ u; P& VY—Z·d·n／z7 (2)
( n1 d5 j+ z' k* L+ y式中：Y为物平面内带钢的长度(mm)；Y7为带钢在
2 O! K! d! ]2 k2 g' k( NCCD光敏面上所成的像的长度(mm)；z为CCD成
, X- i- L8 n  U* v像系统的物距(ram)；z7为CCD成像系统的像距
4 p9 Y; _' A, ^" h+ ~6 p1 A(mm)；d为CCD相邻光敏元的中心距(mm)；以为
' @0 r; |$ z0 XCCD光敏面上被点亮的光敏元数目，可由后续处理
1 K8 E% h( Y6 w电路中的脉冲计数模块求得。
: p; G$ A3 [) A) M6 K事先确定带钢的中心位置或两个边缘的初始位
; Q1 R( f* q* F3 u置在线阵CCD上的对应位置，便可测量出带钢两个
7 a- d, n  C( u( t) ^边缘的位置及其位置变化，进而确定出带钢中心位
( }0 J& d; @3 F* i置及其变化量。显然，该系统可以同时测量带钢的宽
7 j7 u; t5 A2 l, U5 y度。这样，根据检测到的带钢边缘位置的变化来调整
  A- C; M# Y- Q# b( b跑偏控制系统，从而实现对带钢的纠偏。
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