基于CCD技術(shù)及塑料薄膜缺陷檢測系統(tǒng)

1、基于CCDi術(shù)的塑料薄膜缺陷檢測系統(tǒng)本文采用測量中廣泛使用的光電轉(zhuǎn)換器件線陣電荷耦合(CCD)技術(shù)，完成了塑料薄膜缺陷檢測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)?；贒SO勺塑料薄膜缺陷檢測系統(tǒng)在平行光的照射下，通過線陣CC旅制電路獲得塑料薄膜缺陷信號(hào)，使用虛擬示波器DSO-2902寸一維缺陷信號(hào)進(jìn)行采集、傳輸，借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，精確地檢測出薄膜的缺陷。1前言中國的塑料產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段，提高加工能力，提升生產(chǎn)水平及產(chǎn)品的技術(shù)含量，將是當(dāng)前中國塑料工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。目前，國內(nèi)部分企業(yè)和研究單位已經(jīng)展開了對(duì)塑料薄膜自動(dòng)檢測系統(tǒng)的研究，并取得了一定的成果，但這些設(shè)備主要檢測的目標(biāo)是薄膜的常規(guī)特性例如：透濕性

2、、透氣性、表面張力等等。薄膜缺陷檢測領(lǐng)域在國內(nèi)仍是一項(xiàng)空白，我國一些大型的石化、塑料企業(yè)中的塑料薄膜缺陷檢測設(shè)備都是購自國外，這些設(shè)備精度高、速度快、可在線實(shí)時(shí)測量，具有極大的優(yōu)越性，但是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修維護(hù)不便，售價(jià)昂貴，難以在我國全面推廣。廣大中小型塑料企業(yè)急需一種體積小、精度高、速度快、價(jià)格適中的薄膜缺陷在線檢測系統(tǒng)。因此，研制用于檢測塑料薄膜缺陷的裝置是十分有意義的。2系統(tǒng)檢測原理整個(gè)系統(tǒng)由線陣CC器件、光電探測器、高亮度平行光源、毛玻璃片、透鏡、調(diào)壓器、塑料薄膜材料、虛擬示波器、以及計(jì)算機(jī)等組成。其中，線陣CC誕用1024像元的TCD132D,它將光源的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并通過虛擬

3、示波器送入計(jì)算機(jī)，然后加以分析。待測塑料薄膜材料被放于光源與CC嚷像頭之間，這樣，光源的一部分平行光線被所要測量的缺陷遮擋而無法到達(dá)CCD,使CC咯光敏元的感光弓II度各不相同,可以通過分析光強(qiáng)曲線的變化來確定被測物體的邊緣位置，從而測得缺陷的實(shí)際大小，并能夠進(jìn)一步確定其位置。系統(tǒng)檢測原理如圖1所示。鼠動(dòng)電路j 0'"輸出信號(hào)T前置放大f光源鐵陷透鏡CCDPC一虛擬示波器低通模波圖1.系統(tǒng)檢測原理從圖1可知，缺陷顆粒經(jīng)過透鏡按一定的比例成像到CCD器件的像元陣列表面，CCD器件上的微光敏元陣列轉(zhuǎn)換成離散的分布電荷，經(jīng)過CCD器件模擬移位寄存器輸出成為時(shí)間序列的離散電壓信號(hào)，再

4、經(jīng)過低通濾波器解調(diào)使其成為含缺陷信息的光滑的時(shí)域信號(hào)。利用虛擬示波器將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。若不考慮缺陷顆粒的細(xì)節(jié)形貌，可設(shè)其透射率函數(shù)為0/1分布。圖2為一維攝像系統(tǒng)電學(xué)信號(hào)示意圖。從圖2可知，在透射光照射下，材料中缺陷顆粒被成像到CC瑞件像元B$列表面，像的光強(qiáng)分布函數(shù)I(X)為物的光強(qiáng)分布函數(shù)10(X0)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)尺度變換得到理想的像光強(qiáng)分布函數(shù)Ic(x)與光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的卷積。I(x)經(jīng)CC器件的光敏元陣列轉(zhuǎn)化為空間一維離散分布的電荷函數(shù)g(x),再經(jīng)CCDI擬移位寄存器輸出成為時(shí)間序列的離散電壓信號(hào)E(t),通過解調(diào)網(wǎng)絡(luò)后，形成連續(xù)分布的載有缺陷顆粒尺寸信息的時(shí)間

5、信號(hào)S(t)。r圖2檢測系統(tǒng)電學(xué)信號(hào)示意圖3缺陷尺寸的確定,要想測出其尺寸，首先要塑料薄膜缺陷的尺寸是指垂直于試樣運(yùn)行方向上缺陷的尺寸測出其像元尺寸,而CCDTCD132DJ每個(gè)像元長度為14Lm,只要測出像元個(gè)數(shù)就可以求出其像元尺寸，而每個(gè)像元占虛擬示波器采集深度中的5個(gè)像素點(diǎn)，所以，只要測得缺陷顆粒尺，從而確定其像元尺寸L。由圖3寸對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)便可以計(jì)算出缺陷顆粒尺寸對(duì)應(yīng)的像元數(shù)所示，只要確定其中11所占像素?cái)?shù)，即可確定11對(duì)應(yīng)的像元的長度。而每個(gè)缺陷的實(shí)際尺寸和其對(duì)應(yīng)的像元長度有著一定的關(guān)系，故可以確定缺陷的尺寸。取閾值電平的信號(hào)輸出如圖3所示。從圖3可知，閾值電平選于50%處，分別與

6、圖形的下降沿和上升沿交于ni和n2兩點(diǎn)。網(wǎng)格電平t圖3取閾值電平的信號(hào)輸出t1對(duì)應(yīng)的點(diǎn)數(shù)n為:n=n2-n1n個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測得像元尺寸l為:l=14Xn/54基于DSOJ缺陷數(shù)據(jù)采集方法CCD輸出信號(hào)數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示。在缺陷檢測數(shù)據(jù)信號(hào)采集過程中，數(shù)據(jù)采集裝置DSO-2902的硬件驅(qū)動(dòng)程序與采集軟件系統(tǒng)的通信十分重要。OUT.DLL文件提供大量的數(shù)據(jù)采集裝置的硬件驅(qū)動(dòng)程序，軟件可以通過DLL（動(dòng)態(tài)連接庫）的調(diào)用很方便的完成數(shù)據(jù)采集過程。調(diào)用DLL需要3個(gè)文件，它們分別是調(diào)用的DLL文件、此DLL對(duì)應(yīng)的輸入庫文（*lib）以及此DLL對(duì)應(yīng)的頭文件（*.h）。DLL對(duì)應(yīng)的輸入庫文件可以由用戶通

7、過Implib命令在DOS環(huán)境下生成，其命令格式為：implibF:.*.libF:.*.dll。得到這3個(gè)文件后，將它們拷到工程所在目錄下，在C+Builder工程環(huán)境中，點(diǎn)選Project|AddtoProject.將DLL文件和庫文件加入到工程中，并在頭文件中包含DLL文件對(duì)應(yīng)的頭文件。從流程圖4可以看出，在數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集裝置的硬件檢測。DSO-2902硬件檢測流程如圖5所示。圖5中,USB口檢測是用于對(duì)計(jì)算機(jī)USEH的尋址，并將USBq地址返回usen 上。給軟件；DSOM件檢測用于軟件檢測DSO-290敬據(jù)采集裝置是否已連接在計(jì)算機(jī)的int *UIP, char* U

8、 IP, char* UCP, int* U IP, char*動(dòng)態(tài)連接庫中，相應(yīng)的函數(shù)格式分別為：charFindPort（int*UIP,char*UCP,charSysver);charFindHardware(intwinversion,char*board_model,UCP);參數(shù)UCPUIP共同表示返回的USB：地址。charFindPort(int*charSysver);charFindHardware(intwinversion,char*board_model,UCP);參數(shù)UCPUIP共同表示返回的USB口地址。開始U5B 檢靂檢別到?SO提件檢軟件以贏 方式越行軟件以

9、演示方式居杼圖4 DSO工作周期處理流程圖進(jìn)行完硬件檢測之后，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前圖5硬件檢測流程圖,應(yīng)先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 DAQ（Data Acquisition）參數(shù)設(shè)置。在DA匿數(shù)設(shè)置中，需要設(shè)置每通道采集數(shù)據(jù)的參數(shù)和一次循環(huán)采集的數(shù)據(jù)塊的大小。其中，每通道采集數(shù)據(jù)的參數(shù)具體包括：觸發(fā)方式、觸發(fā)源、觸發(fā)水平、觸發(fā)位置、采樣速率、每分區(qū)的電壓值、耦合方式（直流和交流）、探頭衰減倍數(shù)、偏移位置。進(jìn)行完上述工彳后，采集程序?qū)⒂胏apture函數(shù)命令開始數(shù)據(jù)的采集，以EndCapture結(jié)束本次采集。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論薄膜料經(jīng)擠出、壓光工藝處理，在故意引入缺陷顆粒的情況下制成表面光潔的寬2cm厚度0.5

10、mnW試樣薄帶若干米長。選出缺陷顆粒數(shù)目適當(dāng)、長3mm式樣，其中引入6個(gè)缺陷，將其放在步長電機(jī)驅(qū)動(dòng)平移臺(tái)夾持器上，按試樣進(jìn)行順序?qū)υ撛嚇舆M(jìn)行檢測，通過虛擬示波器DSO-2902以測得缺陷牛I征值見表1。表1測得缺陷特征值測得缺陷取大電壓V最小電壓V缺陷起始下降沿邊緣點(diǎn)上升沿邊緣點(diǎn)14.280.7210644142426124.280.7211253183332434.280.6412364152433844.280.6413622902307354.280.9611524685472464.280.84132536493716通過表1中的塑料薄膜缺陷的一系列特征值，虛擬示波器DSO-290兩其進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理計(jì)算得到該次實(shí)驗(yàn)中6個(gè)缺陷的橫向尺寸、縱向尺寸、橫向位置和縱向位置的值見表2。表2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)檢出缺陷數(shù)據(jù)缺陷橫向尺寸，mm縱向尺寸，m1282.50276.672336.67336.673441.92436.674407.93403.3592.3286.676159.41153.33通過表2可以看出,在3mK的試樣中,所標(biāo)定的6個(gè)缺陷全部被檢測出,其中