基于視頻分劃技術(shù)的軸承同軸度檢測應(yīng)用研究

摘要：本文基于視頻分化技術(shù)給出直接對石墨軸承同軸度進(jìn)行檢驗(yàn)的裝置和新方法,并提供了詳細(xì)視頻分劃生成 硬件電路原理圖,該電路可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對SRAM寫圖形信號,在地址刷新電路作用下把SRAM中的圖形數(shù)據(jù)并行輸出,經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換與CCD的視頻信號疊加在 顯示器上顯示,實(shí)現(xiàn)視頻分劃生成技術(shù),通過單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)自動檢測功能。

關(guān)鍵詞：CCD;石墨軸承;視頻分劃;質(zhì)量檢測

視 頻分劃生成技術(shù)通過電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖形與圖像的疊加,運(yùn)用疊加的圖形作為瞄準(zhǔn)測量標(biāo)記進(jìn)行人工或自動測量。石墨軸承度是目前長壽命電能表中的關(guān) 鍵轉(zhuǎn)動件,其質(zhì)量好壞直接影響電能表的質(zhì)量特性。電能表廠商目前最好的檢測方法是運(yùn)用工具顯微鏡檢測石墨軸承的質(zhì)量,但對石墨內(nèi)外圓的同軸度測量,用工具 顯微鏡就比較麻煩。本文為實(shí)現(xiàn)石墨軸承內(nèi)外圓同軸度的檢驗(yàn)提供了一種較簡便的方法。

石墨軸承檢驗(yàn)原理

將 石墨軸承放置于檢測工作臺上,通過人工自動定心裝置,使石墨軸承定位于正確的位置上,采用背光透射照明,保證石墨軸承的中心與CCD光軸基本重合,圖像清 晰。通過攝像物鏡與CCD接收石墨軸承的圖像,把視頻圖像信號送往視頻疊加器,在顯示器上顯示。CCD視頻圖像經(jīng)視頻疊加器,對三個同心圓環(huán)進(jìn)行疊加,三 個同心圓環(huán)的中心同步可調(diào);內(nèi)圓作為基準(zhǔn)圓,檢測時對準(zhǔn)石墨軸承的內(nèi)圓;兩個外圓直徑對應(yīng)石墨軸承的同軸度公差且同步可調(diào),以保證標(biāo)準(zhǔn)公差不變。檢測時, 只要石墨軸承的外邊緣落在兩個外圓之間,判定為石墨軸承的同軸度合格。

主要指標(biāo)與功能

石墨軸承檢驗(yàn)的主要技術(shù)指標(biāo)是圖形分辨率和檢測分辨率。指標(biāo)分別為512×512像素和0.03mm。主要功能是自動判定內(nèi)外圓同軸度合格性(人工上料,半自動定位)。

精度分析

這里,攝像頭水平方向分辨率為Sx,垂直方向分辨率為Sy,圖形分辨率為512 ×512 像素,本裝置CCD 攝像機(jī)視場范圍為7.95mm ×6.04mm ,則：

S_x=7.95/512=15.5mm,

S_y=6.04/512=11.8mm。

設(shè)人眼對準(zhǔn)誤差為d1,對準(zhǔn)石墨軸承的方法是用同心圓環(huán)中內(nèi)圓作為合適的圓瞄準(zhǔn)石墨圓環(huán)的內(nèi)圓。兩個外圓的半徑差作為公差范圍,石墨圓環(huán)的外圓落在兩個圓環(huán)內(nèi),判別誤差為一個像素, S_x較大,

同心圓調(diào)整誤差,調(diào)整同心圓與石墨軸承內(nèi)圓套準(zhǔn)的誤差為一個像素。

由于干擾產(chǎn)生的誤差為一個像素d3=±15.5mm。由于上述均為隨機(jī)誤差, 根據(jù)隨機(jī)誤差綜合原則有：

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的視頻疊加器

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可以知道,理論上只要干擾隨機(jī)誤差大于±26.8mm就可以判定內(nèi)外圓同軸度合格。這里,系統(tǒng)設(shè)定。 視頻疊加器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵,視頻圖像信號通過CCD攝取輸入,制式為PAL制式。視頻圖形信號由視頻疊加器產(chǎn)生,它的掃描方式和圖像信號一致同步。該系統(tǒng) 要求產(chǎn)生三個同心圓環(huán)圖形,該圖形通過按鈕調(diào)節(jié),在顯示器所顯示的CCD攝取圖像上自由移動,且半徑自動放大和縮小。本系統(tǒng)采用AT89C51和地址刷新 電路設(shè)計視頻圖形圖像疊加器。

硬件電路

硬件電路框圖如圖1所示。AT89C51單片 機(jī)系統(tǒng)主要功能是向RAM寫圖形數(shù)據(jù),其中,WR控制二選一地址選通,單片機(jī)15位地址總線自動刷新RAM地址總線,WR控制線控制RAM的讀寫狀態(tài)與緩 沖器。圖形數(shù)據(jù)可通過緩沖器由RAM的數(shù)據(jù)總線寫入RAM。從RAM中讀取圖形數(shù)據(jù)時,WR控制選通地址刷新電路的15位地址總線,同時RAM地址自動刷 新,讀出圖形數(shù)據(jù),通過并串轉(zhuǎn)換,輸出串行數(shù)據(jù),控制模擬開關(guān)IC4053。當(dāng)控制電平為高電平時,模擬開關(guān)輸出可調(diào)的圖形灰度電平,控制電平為低電平 時,模擬開關(guān)輸出視頻圖像信號,由此實(shí)現(xiàn)圖形信號和視頻圖像信號的疊加。

圖1 硬件框圖

地 址刷新電路的任務(wù)是與視頻信號同步自動刷新RAM地址。它由同步分離、像素振蕩器、八分頻電路、字節(jié)計數(shù)器、行計數(shù)器、二選一開關(guān)組成。同步分離應(yīng)用于 CCD視頻圖像信號,分離出行同步、場同步脈沖和奇偶場脈沖;像素振蕩器受行同步脈沖控制,進(jìn)行行正程振蕩和行逆程停振。振蕩器周期就是圖像點(diǎn)時鐘脈寬, 其輸出就是圖像點(diǎn)脈沖;八分頻電路的輸入為圖像點(diǎn)脈沖,輸出作為字節(jié)時鐘;字節(jié)計數(shù)器對字節(jié)計數(shù),低六位對應(yīng)RAM地址總線的A0~A5位。字節(jié)計數(shù)器每 計一個脈沖就對RAM刷新一次。行同步信號作為字節(jié)計數(shù)器的清零信號,每計滿64個字節(jié)脈沖,就由行同步信號清零,重新開始對下一行的字節(jié)脈沖計數(shù)。行計 數(shù)器對行同步信號計數(shù), 行計數(shù)器每計滿512行,由場同步信號清零,重新對下一場的行同步脈沖計數(shù)。行計數(shù)器的八位輸出對應(yīng)RAM地址總線的A7~A14位,同樣,計數(shù)器每計一 個脈沖,RAM地址換行刷新。對于隔行掃描的CCD,一幀圖像分為奇數(shù)場和偶數(shù)場,如果圖形數(shù)據(jù)在RAM中是逐行存放,又直接用字節(jié)計數(shù)器和行計數(shù)器的輸 出去刷新RAM,那么將得到錯誤的圖形數(shù)據(jù)。如果期望疊加一個圓,屏幕上將顯示上下兩個橢圓。將奇偶場脈沖信號與RAM的A6相連,可以解決隔行掃描和逐 行寫圖形之間的矛盾。

二選一開關(guān)輸出由單片機(jī)控制。寫圖形數(shù)據(jù)時,由單片機(jī)地址總線自動刷新RAM地址,讀圖形數(shù)據(jù)時由高速地址總線自動刷新RAM地址。

軟件設(shè)計

軟 件設(shè)計流程框圖如圖2所示。程序首先進(jìn)行鍵盤初始化圖形存儲RAM清零,二選一開關(guān)切換至單片機(jī),根據(jù)圓心和半徑的大小調(diào)用畫圓子程序,計算同心圓坐標(biāo)并 寫入顯示RAM。然后將開關(guān)切換至地址刷新電路,在顯示器上得到初始的圖形之后,系統(tǒng)處于等待。按鍵采用中斷方式響應(yīng),判別鍵號,對圖形的中心位置或同心 圓大小改變進(jìn)行分析,對顯示RAM內(nèi)容進(jìn)行修改,使顯示的圖形位置和半徑大小發(fā)生變化。

圖2 軟件框圖

利用該硬件電路,根據(jù)計算機(jī)圖形學(xué)編寫軟件,可以實(shí)現(xiàn)直線、十字線、橢圓等圖形的視頻疊加,也可以實(shí)現(xiàn)漢字或數(shù)字的視頻疊加。

調(diào)試和結(jié)論

在 CCD視頻信號經(jīng)過同步分離后,先經(jīng)過一個延時電路再控制像素振蕩器,這樣刷新電路產(chǎn)生的地址位置會在屏幕上變化。而單片機(jī)存儲在RAM中的圖形數(shù)據(jù)沒有 變化,這相當(dāng)于在屏幕上對應(yīng)的坐標(biāo)(0,0)是隨著延時電路的調(diào)節(jié)而變化,在SRAM中數(shù)據(jù)不變的情況下,地址刷新電路刷新RAM時按照新的坐標(biāo)疊加圖 形,實(shí)現(xiàn)了三個同心圓在屏幕上同步移動。該系統(tǒng)避免了通過軟件實(shí)現(xiàn)三個同心圓的同步移動,大大減少了軟件調(diào)試的工作量。

字符疊加的視頻輸 入要求2.5V以上,而系統(tǒng)中CCD視頻信號的電壓在1.0V左右,因此需要把CCD視頻信號的電壓上拉。這里采用三極管電壓放大,將視頻上拉2V的電 壓,保證字符疊加的正常工作。但是,視頻輸出信號如果不處理,直接在顯示器上顯示,則會發(fā)現(xiàn)屏幕過亮。因此,在字符疊加器出后,要去掉上拉的直流電壓,這 里采用電容濾波和三極管跟隨,保證視頻信號不失真。

由于顯示器水平方向像素之間的點(diǎn)距與垂直方向上的點(diǎn)距呈現(xiàn)4：3的關(guān)系,在圖形軟件的圓算法中,得到將是一個橢圓形。因此,在圓的算法中,坐標(biāo)系中的圓在水平方向上縮小1/4,再經(jīng)過屏幕坐標(biāo)與RAM的轉(zhuǎn)換后存儲在RAM中,從而就得到一個圓,且。

實(shí)驗(yàn)表明,該系統(tǒng)可快速實(shí)現(xiàn)對石墨軸承的質(zhì)量檢驗(yàn),其精度能夠滿足要求,且穩(wěn)定可靠。同時,也大大降低了工人的勞動強(qiáng)度,得到電能表企業(yè)的應(yīng)用。