本文關(guān)鍵詞：基于ARM的亞像元級高精度線徑測量系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】：在線材生產(chǎn)過程中,線徑是線材質(zhì)量控制的一項重要指標(biāo),它直接影響線材的產(chǎn)品質(zhì)量、成本,線材質(zhì)量偏差將會帶來資源浪費和經(jīng)濟損失等問題。線徑測量的方法有很多種類,其中平行光投影法就是比較常見的線徑測量方法,該方法結(jié)構(gòu)比較簡單、成本比較低。但是,其測量精度受到CCD像元尺寸和光源平行度限制。雖然可通過選用更小像元尺寸CCD和復(fù)雜的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)來提高測量精度,但需增加測量系統(tǒng)的制作成本和難度。因此,針對平行光投影法存在的問題,本文設(shè)計了一種基于ARM Cortex-M4微處理器采用亞像元邊緣檢測算法提高測量精度的非接觸式線徑測量系統(tǒng)。論文設(shè)計的線徑測量系統(tǒng)分為了三個部分:(1)投影法光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、(2)電子學(xué)設(shè)計及(3)系統(tǒng)軟件設(shè)計。其中:在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中,通過對比多種線徑測量方法,最終選擇改進后的正交結(jié)構(gòu)平行光投影法作為系統(tǒng)的測徑方法,帶有待測線材信息的光束經(jīng)過濾波片后,投影到線陣CCD光敏面上。而在硬件電路設(shè)計中,以ARM M453VG6AE作為系統(tǒng)主控芯片,將相關(guān)電路分為:CCD驅(qū)動模塊、視頻信號采樣模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和LCD顯示模塊。由M453VG6AE實現(xiàn)對線陣CCD TCD1103GFG驅(qū)動時序控制。視頻采樣則采用內(nèi)置式12位高速ADC完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)通信采用PL2303實現(xiàn)系統(tǒng)與上位機之間的數(shù)據(jù)交換。LCD1602A用于顯示測量結(jié)果。最后,在系統(tǒng)軟件設(shè)計中,使用C語言實現(xiàn)硬件電路各模塊聯(lián)動工作的軟件設(shè)計。重點研究了亞像元邊緣檢測算法對線徑測量系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的處理,用差分算子進行粗定位,再用五次多項式擬合的亞像元邊緣檢測算法實現(xiàn)精定位。該方法與閾值電平法相比,測量結(jié)果具有比較好的精度和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果經(jīng)過標(biāo)定后,獲得較高的測量精度,表明本設(shè)計方案具有一定可操作性和實用性。
【關(guān)鍵詞】：線徑測量 亞像元邊緣檢測 光投影法 ARM
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG81
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題研究的背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析12-19
• 1.2.1 ARM Cortex-M處理器簡介12-13
• 1.2.2 亞像元邊緣檢測算法的發(fā)展13-15
• 1.2.3 國內(nèi)外非接觸線徑測量系統(tǒng)的現(xiàn)狀15-19
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容19
• 1.4 本文的總體結(jié)構(gòu)19-21
• 第2章 亞像元邊緣檢測算法21-27
• 2.1 亞像元邊緣檢測算法21-25
• 2.1.1 亞像元邊緣檢測的原理21-23
• 2.1.2 常用亞像元邊緣檢測算法23-25
• 2.2 基于五項式擬合的亞像元邊緣檢測算法25-26
• 2.2.1 差分算子（粗定位）25
• 2.2.2 五項式擬合（精定位）25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 系統(tǒng)測量方法及總體設(shè)計27-41
• 3.1 常見的光學(xué)線徑測量方法27-32
• 3.1.1 激光掃描法27-28
• 3.1.2 衍射法28-29
• 3.1.3 成像法29-30
• 3.1.4 向后散射干涉法30-31
• 3.1.5 本文所選方法31-32
• 3.2 投影法光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計32-38
• 3.2.1 線陣CCD器件的選擇32-34
• 3.2.2 光源的選擇34-35
• 3.2.3 擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)35-37
• 3.2.4 正交結(jié)構(gòu)平行光投影系統(tǒng)37-38
• 3.3 系統(tǒng)總體設(shè)計38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 基于ARM的電子學(xué)設(shè)計41-56
• 4.1 ARM Cortex-M4微處理器的選擇41-44
• 4.1.1 M453VG6AE關(guān)鍵特性41-42
• 4.1.2 M453VG6AE軟件開發(fā)工具及調(diào)試適配器42-44
• 4.2 CCD驅(qū)動模塊44-50
• 4.2.1 CCD驅(qū)動時序及要求44-46
• 4.2.2 CCD驅(qū)動方法46-47
• 4.2.3 CCD驅(qū)動電路、設(shè)計流程及結(jié)果47-50
• 4.3 視頻信號采樣模塊50-52
• 4.3.1 M453VG6AE內(nèi)置 12 Bit ADC簡介50
• 4.3.2 視頻信號采樣設(shè)計流程圖50-52
• 4.4 數(shù)據(jù)通信模塊52-53
• 4.5 LCD顯示模塊53-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第5章 實驗結(jié)果與誤差分析56-65
• 5.1 實驗結(jié)果分析56-60
• 5.1.1 系統(tǒng)硬件的搭建56-57
• 5.1.2 測量結(jié)果57-58
• 5.1.3 亞像元測量法與閾值電平法的比較58-60
• 5.2 系統(tǒng)標(biāo)定60-61
• 5.3 誤差分析61-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第6章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 全文工作總結(jié)65-66
• 6.2 未來工作展望66-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表的論文71-72
• 致謝72

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本文編號：1063604