基于c++釩鈦磁鐵礦的三維四控led燈源控制系統(tǒng)

基于c++釩鈦磁鐵礦的三維四控led燈源控制系統(tǒng)

0燈源控制燈源傳統(tǒng)的閉合測量方法容易操作。它是基于光學(xué)成像系統(tǒng)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的圖像測量方法和韓接觸測量方法的純接觸測量方法。它具有高精度、快速、自動化等優(yōu)點(diǎn)。已成為精確測量領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。采用影像式測量方法對本身不發(fā)光的機(jī)械零件進(jìn)行測量時(shí),為得到便于處理的高品質(zhì)圖像,需加光源對其進(jìn)行照射,使拍攝到的圖像中的機(jī)械零件的輪廓形狀更加清晰。好的光源設(shè)計(jì)能夠改善成像系統(tǒng)的分辨力,提高軟件測量的精度,甚至是簡化軟件的運(yùn)算;不合適的照明常常會引起花點(diǎn)、過度曝光等現(xiàn)象,掩蓋圖像需要獲得的特征信息,導(dǎo)致圖像信噪比的降低,而信噪比的降低會導(dǎo)致圖像分割時(shí)候的閾值選取的困難,無法獲得精確的圖像邊界。實(shí)際測量應(yīng)用中被檢測工件的形狀千差萬別,需要獲得的特征量各有不同,所以每種燈源設(shè)計(jì)出來都有其適應(yīng)性。為了更好的滿足用戶的使用需求,作為影像測量用的標(biāo)準(zhǔn)燈源,需要能夠有較強(qiáng)的工件適應(yīng)性,這樣才能充分發(fā)揮影像儀的功用。目前市場上可編程控制燈源種類較多,有標(biāo)準(zhǔn)配置的LED燈源、均勻分布的背光模組作為底光單色光源和RGB混合式彩色燈源,在考慮光的反射和折射特性的基礎(chǔ)上,很多還利用的光的透射性能,每種光源都有其適應(yīng)性和局限性。在充分研究各種燈源的基礎(chǔ)上,我們開發(fā)出三環(huán)四區(qū)的LED程控?zé)粼?并將燈源控制整合到圖像檢測軟件中?？刂葡到y(tǒng)的控制方式多樣性和角度設(shè)計(jì)的科學(xué)性提高了影像儀的采像質(zhì)量,使其能測量形狀較為復(fù)雜的工件。1燈源的選擇和處理方式三環(huán)四區(qū)程控?zé)粼吹氖菫橛跋駜x專門開發(fā)的通用標(biāo)準(zhǔn)燈源,其安裝示意圖和實(shí)物如圖1所示。它是由LED均布置在穹形的機(jī)械結(jié)構(gòu)上,劃分為三環(huán)四區(qū)塊,總共有12個(gè)獨(dú)立LED小區(qū)段。盡管目前市場上的程控?zé)粼茨壳绑w積在增大(主要目的為方便制造出不同的LED照射角度),并且控制方式在朝著多樣化發(fā)展,但是其制作成本高,對工人的操作要求也高,并且對于一些形狀較為復(fù)雜的工件,測量時(shí)由于體積較大會發(fā)生碰撞和無法移動到CCD聚焦的位置.我們選擇通過選擇合理陣列不同發(fā)光性能的LED,設(shè)計(jì)合理的控制方式等手段,使得燈源既能夠體積較小,同時(shí)又具有較好的工件適應(yīng)性。桂林光學(xué)的0.7X～4.5X的顯微鏡頭在目前國內(nèi)市場上的影像儀成像系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,鏡頭下平面到工件的工作距離為90mm。這個(gè)參數(shù)和燈源的直徑確定后,根據(jù)CCD成像所需要的光通量,合理設(shè)計(jì)穹形平面和選擇合適的LED進(jìn)行分布,使得三環(huán)LED具有不同照射角,這樣對于不同形狀的工件就具備有更多的邊界區(qū)分能力。燈源分為4個(gè)區(qū)塊,可以根據(jù)所要關(guān)注的工件特征,選擇相應(yīng)的區(qū)塊照明,減少雜散光對成像的不利影響。為適應(yīng)不同工件特征,使得CCD成像清晰,需要對程控?zé)粼催M(jìn)行可編程控制,其控制方式如圖2所示。燈源控制主要有下面3類:環(huán)形控制,可以選擇控制三環(huán)LED的任意一環(huán)或者任意兩環(huán);區(qū)塊控制,控制燈源對應(yīng)4個(gè)區(qū)塊LED中的任意一個(gè)或者多個(gè);全燈控制,調(diào)節(jié)所有LED燈亮度一同變化。2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在完成了對燈源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制方式的定義后,需要有對應(yīng)的硬件模塊來實(shí)現(xiàn)對它的控制。目前普通計(jì)算機(jī)上大都具備有一個(gè)串口,并且在確有需要的前提下,可以通過USB轉(zhuǎn)串口的連接線獲得串口,所以燈源控制采用通用的串口通訊,其程序的通用性強(qiáng),不因?yàn)闊粼匆浦驳讲煌挠?jì)算機(jī)時(shí)軟件發(fā)生沖突,方便維護(hù);且串口通訊協(xié)議簡單,調(diào)試方便,所以本控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)串口作為通訊的端口。LED燈源共有三環(huán)四區(qū),所以共有12個(gè)小區(qū)段需要進(jìn)行控制。根據(jù)控制要求,將LED的亮度分為256級臺階可調(diào)。為了實(shí)現(xiàn)這些功能,選擇AT89C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的下位機(jī),作為燈源控制的核心器件,其主要的功能為:a.接收計(jì)算機(jī)串口發(fā)來的控制信息,包括相位亮度等信息。b.根據(jù)接收到的信息,控制對應(yīng)的地址引腳數(shù)據(jù)引腳的信號,控制LED的亮度和區(qū)間?？刂葡到y(tǒng)原理如圖3所示。燈源的控制實(shí)際分為2個(gè)部分。第1部分為上位機(jī)控制程序,計(jì)算機(jī)通過串口向單片機(jī)發(fā)送控制信號,信號主要包含有2個(gè)信息,一個(gè)是相位信息,通知單片機(jī)具體需要控制的LED組;另一個(gè)為亮度信息。串口的電平與單片機(jī)的電平不匹配,所以選擇MAX232芯片作為轉(zhuǎn)換元件。第2部分為單片機(jī)下位機(jī)控制程序。單片機(jī)通過串口通訊獲取了計(jì)算機(jī)發(fā)來的信息后,發(fā)送對應(yīng)的信號來控制對應(yīng)區(qū)塊的LED的亮度。由于整個(gè)程控?zé)粼纯梢詣澐譃槿h(huán)四區(qū)的照明模式,所以有12個(gè)獨(dú)立的LED組需要控制。由于需要256級亮度調(diào)節(jié),同時(shí)為了能夠具有亮度保持的功能和減少電路板的面積,設(shè)計(jì)選擇4路輸出選擇D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC7226進(jìn)行轉(zhuǎn)換,數(shù)量為3個(gè),所以總共能完成12路信號的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)的P0端口作為亮度信號的輸出口,與TLC7226的數(shù)據(jù)端口D0～D7連接,單片機(jī)的P1端口作為地址譯碼的輸出端口,其輸出信號用于控制要求的TLC7226和片選具體的輸出端口。具體譯碼信號對應(yīng)的相位地址如表1所示。為了防止在控制燈源時(shí)出錯(cuò),單片機(jī)在輸出地址譯碼信號和亮度數(shù)據(jù)信號分3步,首先輸出A1,A0兩個(gè)片選信號,然后再發(fā)送出WR2,WR1,WR0選通具體的TLC7226,最后將亮度信息數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)端口。3燈源控制函數(shù)燈源的控制是一個(gè)信息的單向流動過程,其過程主要是操作者通過計(jì)算機(jī)把需要控制的信息發(fā)送到單片機(jī),然后單片機(jī)根據(jù)獲得的信息發(fā)送對應(yīng)指令,配合硬件電路實(shí)現(xiàn)對LED燈源的控制。燈源控制上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)是在BolandC++的軟件編譯環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的,軟件操作的測試界面設(shè)計(jì)如圖4所示。為了方便將控制函數(shù)集成到復(fù)雜的影像測量軟件中,必須要講控制函數(shù)進(jìn)行良好的封裝,封裝函數(shù)的一個(gè)原則是簡潔、夠用。燈源的控制類采用虛機(jī)制編寫,其定義如下:其中LampOpen()為燈源的初始化動作函數(shù),通過調(diào)用打開串口的API函數(shù),首先確定串口存在并打開,否則返回錯(cuò)誤信息,然后把亮度信息全部設(shè)為零。LampClose()是燈源關(guān)閉函數(shù),其作用為關(guān)閉所有燈源,并且調(diào)用API函數(shù)關(guān)閉串口。LampSegmentControl(intSegNum,boolSegmentStatu,unsignedcharlevel)為燈源控制函數(shù),該函數(shù)是這樣工作的:如果segmentstatus這個(gè)布爾量為真,計(jì)算機(jī)通過調(diào)用串口數(shù)據(jù)寫的API函數(shù),首先給單片機(jī)發(fā)握手信號,收到單片機(jī)回答信號后,依次給串口發(fā)送相位,亮度信息,即SegNum,level兩個(gè)數(shù)值。單片機(jī)一方面作為計(jì)算機(jī)信息的接受端,另外一方面在于根據(jù)接收到的串口信息來控制燈源。程序流程如圖5所示。程序開始時(shí)首先進(jìn)行初始化,設(shè)置好比特率,工作模式等內(nèi)容,然后進(jìn)入無限循環(huán)部分,判斷串口端有沒有發(fā)來握手信號,即DSR信號是否為1,如果為1,計(jì)算機(jī)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送,這時(shí)進(jìn)入下一步驟,否則繼續(xù)查詢。一旦DSR信號為真,單片機(jī)發(fā)送請求發(fā)送的SAM信號,然后開始接受計(jì)算機(jī)串口發(fā)送的信號。從緩沖區(qū)讀出相位信息后,根據(jù)相位信息,發(fā)出對應(yīng)的解碼信號,解碼信號通過P1口分2次輸出,用于選擇輸出到對應(yīng)得LED組的端口。完成第一組數(shù)據(jù)接收后,單片機(jī)繼續(xù)接受第2組信息。第2組信息是亮度信息,單片機(jī)把得到的亮度數(shù)據(jù)送到P0數(shù)據(jù)端口,通過數(shù)模轉(zhuǎn)換元件,變換為對應(yīng)的電壓信號,經(jīng)過功率放大后控制燈的亮度。4沖壓件采像實(shí)驗(yàn)為了測試燈源的采光效果,程控?zé)粼吹目刂瞥绦虮徽系揭曈X測量軟件中,選擇有代表性的多種工件對燈源進(jìn)行測試,主要就環(huán)形和區(qū)塊的控制方式進(jìn)行了詳細(xì)的測試,裝配了該燈源的影像測量儀進(jìn)行工件測量的場景如圖6所示。為了測試采像的效果,選擇了部分典型工件進(jìn)行了采像實(shí)驗(yàn)。圖7為有過度圓角的工件在有劃痕時(shí)的情況下采集到的圖像,由于燈源的內(nèi)環(huán)采用發(fā)射角度較大的LED陣列,在照明時(shí)采用外環(huán)加內(nèi)環(huán)的環(huán)形控制方式控制LED亮度,所以其邊緣的過度特征明顯,刻痕缺陷分辨清晰,不存在常見的過度曝光和局部過暗的現(xiàn)象,增強(qiáng)了圖像特征。圖8為沖壓件的表面的劃痕測試情況,在三環(huán)全亮的情況下,劃痕的特征清晰,工件表面紋理也清晰可辨,體現(xiàn)了三環(huán)不同照射角度的優(yōu)勢。在圓球形工件和平滑過度的工件的測量方面,成像效果稍遜于四十相燈的采集效果,但是其邊界也較為清晰可辨,圖像的信噪比較高。5與現(xiàn)有技術(shù)的對比,選擇合適的燈源三環(huán)四區(qū)程控LED燈源的開發(fā)是在分析了影像儀中光學(xué)成像系統(tǒng)的采光要求的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、軟件編程技術(shù)、電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)而開發(fā)出來的一款新產(chǎn)品。燈源的體積小,LED位置布置巧妙,控制方式簡單可靠,相對于其它的體積較大的四十相程控?zé)粼?雖然光的多角度照射特性稍差,但是其制造成本低廉,燈源的控制程序可移植特性好,并且不容易與被測工件發(fā)生碰撞,所以應(yīng)用到影像儀上后,受到了用戶的廣泛好評?？蛻?/p>