陣列細絲直徑實時快速檢測系統設計

黃戰華，張晗笑，曹雨生，陳智林，申苜弘

（天津大學 精密儀器與光電子工程學院，光電信息技術教育部重點實驗室，天津 300072）

引言

近年來，尼龍[1]、芳綸[2]、光導纖維[3]等高性能的新型人造細絲大量涌現，如何在工業生產中進行并行化、非接觸和實時的陣列細絲直徑檢測成為制造商亟待解決的問題。干涉測徑法[4-5]、衍射測徑法[6-7]測量精度較高，但光路復雜且測量速度慢，難以實時化；掃描測徑法[8-10]只適合測量較大直徑的不透明細絲，成品尺寸大且價格貴；光電成像測徑法[11-15]受限于測量系統數據傳輸以及計算效率，檢測速度較慢，難以陣列化。

為實現陣列細絲直徑的實時快速檢測，提出了一種基于CPLD 的陣列細絲直徑實時快速檢測系統。

1 檢測原理

本系統采用基于線陣CMOS 的光電成像測徑法[16]。如圖1所示，成像物鏡將被測細絲以放大倍率 β成像在線陣CMOS 上。

圖1 光學結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of optical structure

成像物鏡的像方焦距為f′，像距為x′。系統的放大倍率 β為

細絲的像高為h，線陣CMOS 的光敏單元的尺寸為l，若細絲的像在線陣CMOS 上所占像元的個數為m，則細絲的直徑d為

線陣CMOS 采集的含有細絲直徑信息的視頻信號經放大比較電路二值化處理后進入CPLD 解算直徑。如圖2 及圖3所示，當細絲透明度較低時，細絲像呈現亮-暗-亮的變化，二值信號呈現出高-低-高的變化；透明度較高的細絲對應的二值信號呈現出高-低-高-低-高的變化。

圖2 細絲像的灰度值-像素關系示意圖Fig.2 Schematic diagram of gray value-pixel relationship of filament image

圖3 細絲對應二值信號的電平-像素關系示意圖……