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影像测量仪可调光源介绍


发布日期:[2013-02-27] 共阅[2548]次

    摘要:介绍了一种用于影像测量仪32 路自动可调四色光源的新设计。在常规光源基础上扩大分区, 加入红绿蓝三基色光。光源系统包括上、下光源和手持控制盒, 上、下光源由不同颜色的LED 组成, 并按不同的排列方式和密度构成32 路分区。通过程序控制调节, 实现对光线强度的数字控制和颜色的组合控制, 满足影像测量对光线强度和颜色的各种需求, 以求达到zui佳效果。对光源系统的总体结构、控制系统的硬件部分及光源本体的结构也进行了介绍。

1 引言
随着工业领域对测量要求不断提高, 传统测量不能很好满足实时、高精度的需要。基于CCD 的影像测量技术具有非接触、实施较为简易等优点, 成为一种提高生产率和保证产品质量的重要技术, 具有广阔的应用前景[1]。影像测量仪是建立在CCD 摄影技术基础上来实现测量的, 为得到便于处理的高品质图像, 需利用光源对其进行照射, 使拍摄到的图像中零件轮廓形状更加清晰, 图像处理时可提高精度, 有利于获得较高的测量精度[2]。因此,光源是影像测量仪中必不可少的部分。影像测量仪的光源一般采用发光二极管(LED) 组成, LED 不同的排列方式和密度可以组成不同的光源。随着测量技术发展和广泛应用, 影像测量仪的光源正逐渐向多路控制方向发展, 根据工件测量时的实际需求进行程序控制选择光源的单路或多路发光, 以求达到zui佳测量效果。
目前市场上主要有4 路自动LED 可调光源, 由四环列二极管组成, 采用一个环为一路, 或者把整个光源分四相, 每相为一路。然而4 路可调光源只能实现四相区光源发光, 光源各个整环或四相区的每一环不能单独发光, 且光的颜色单一。
针对以上缺点, 本文设计开发了一种32 路自动LED可调四色光源, 可实现对光线强度的数字式控制和颜色的组合控制, 满足影像测量对光线强度和颜色(波长) 的各种需求。
2 光源系统总体设计
设计开发的光源用于影像测量仪的探照光源, 可提供控制盒手动控制调光、USB 通信控制调光等多种功能, 并对照明区域、照明强度和所需光的颜色进行控制调节。

3 光源控制系统硬件
光源采用AT89S52 单片机作为其控制器件, PDIUSBD12作为其USB 支持芯片, TLC5628 作为其控制部分的数模转换器件。这些构成了该光源控制的核心部分, 集中在控制硬件的主控板上。光源控制采用12V 的直流外部电源供电。电压输入后分两路, 一路经过整流、滤波、稳压后直接输出12V 的电压作为光源、集成运放器和控制面板内某些元器件的正电位端; 另一路通过稳压芯片, 经过再次整流、滤波得到一路5V 的电压, 为控制面板和控制部分的其它电子器件提供工作电压和控制电压。

4 控制面板设计
控制面板使用按键方式控制, 通过RS232 接口转换电平后与主控板的单片机连接, 发送控制信号给单片机。控制面板主要由稳压芯片、控制按键、LED 指示灯、RS232转换芯片、51 单片机烧写芯片、89S52 单片机等组成。控制按键采用电平方式输入信号给单片机, 按键为长开开关, 一直处于高电平状态, 当按下一次按键时, 开关闭合, 按键转向低电平状态, 发送信号给单片机。LED 指示灯与各路光源控制按键一一对应, 各路光源控制按键只有在该路LED 指示灯亮的情况下才能控制。LED 指示灯的控制信号由单片机发出, 当连接单片机端与LED 电源输入端有电压差时, 单片机发送信号给指示灯, 控制其发光,此时该指示灯所对应的控制按键可控制。控制按键和指示灯的对应情况由单片机控制程序实现。
5 主控板设计
主控板是整个控制系统硬件的核心, 任何控制信号须经过主控板的zui终处理, 然后才能控制光源。主控板主要分为三大模块: 数据处理模块、DA (数模) 转换模块和集成运放模块。主控板对输入的控制信号进行处理、DA 转换和运放, 控制光源发光。主控板电源输入方式同控制面板相似, 12V 电压分两路输入,其中一路直接供应12V 的电压给集成运放器, 另一路经稳压芯片滤波、稳压后供应5V 的电压给其它电子元件。
5.1 数据处理模块
数据处理模块主要由RS232 转换芯片、89S52 单片机、USB 支持芯片、稳压芯片和EEPROM 等组成, 进行控制信号的转换和处理。数据处理模块的RS232 转换芯片与控制盒的RS232 转换芯片对应, 将RS232 接口的12V 电平转换为单片机的5V 电平。RS232 接口用于接收手动控制信号。外部计算机控制软件的数据传输需要通过USB 接口,然后再由USB 转换芯片传送给单片机。此处采用PDIUSBD12的USB 支持芯片, 通常用于微控系统中与微控制器进行通信的设备, 有八个双向数据位, 用于与微控制器进行数据通信。设计中八个数据位(D0—D7) 与单片机的P0—P7 口相连, 由软件控制片选和读写。USB 接口用于接收控制软件发出的自动控制信号, 由于USB 只有8 通道,因此32 路光源的控制需要分4 次传输。
5.2 DA 转换模块
DA 转换的基本原理是把数字量的每一位代码按权大小转换成模拟分量, 然后根据叠加原理将各代码对应的模拟输出分量相加。主控板采用TLC5628 作为DA 转换器件。TLC5628 是一个八位电压输出数模转换器, 采用简易三总线结构———CLK、LOAD 和DATA。CLK 是连续端口时钟, 下降沿到来时将输入的数字信号锁存到输入寄存器; LOAD 是连续端口下载控制, 下降沿到来时将连续端口寄存器的数字信号输出到输出寄存器, 并马上转换成模拟电压送到器件的输出端点; DATA 是连续数据信号输入线, 包含12 位外部输入的数字数据, 其中8 位为数据, 3位为通道控制信息———用于选择输出的通道, 一位为输出流量控制。本设计中CLK 与单片机的P10—P14 相连,LOAD 与P21 相连, DATA 与P20 相连。控制时序图如图3所示。时序中转换和输出由LDAC 控制, LDAC 相当于输出
开关, 当LDAC 为低电平时输入信号进到TLC5628, 开始进行DA 转换并输出。
5.3 集成运放模块
光源控制信号通过DA 转换后输出模拟信号, 由于DA转换本身性能的限制, 此时输出的模拟信号极为微弱。为了能给执行部件输入足够强的控制模拟信号, 必须对经DA 转换后的信号通过运算放大器进行放大处理。本设计中应用集成运放器作为信号转换后的放大器件, 32 路上光源、下光源控制信号共需36 个集成运放器,分别与DA 转换接口对应连接。需特别注意的是, 与控制部分其它的控制元器件不同, 集成运放器的输入电源为12V。在整个光源控制系统中, 只有集成运放器和LED 所需电源为12V, 其它元器件的输入电源都为5V, 这是由器件本身特性决定的。因此,整个系统的电源由220V 交流电整流、滤波成12V 直流电后, 一部分还需经过稳压芯片的滤波、稳压, 才能提供满足各个器件正常工作所需要的电源。
6 光源本体设计
光源是整套系统的执行部件, 采用LED 组成的上光源和下光源组成, 主控板的控制指令经集成运放后传输给光源电路板, 控制LED 发光。上光源与下光源的LED 分布和排列相同, 根据测量需要, 对上光源实现32 路光源控制, 下光源只进行整体控制。上光源有四环, 从外到内分别为白、红、绿、蓝四色光, 白光和红光各有48 个LED, 绿光和蓝光各有24 个LED。每环平分为八个扇区, 共有32 个区, 即32 路。控制器可以单独调节32 个区域的亮度, 也可以同时调节整环、几个环、整个扇区或几个扇区等多路组合灯的亮度。下光源的LED 均为白光。下光源不分区域, 控制器只调节下光源整个光源的亮度, 不进行分区亮度控制。其LED 布置同上光源一样。主控板处理控制信号后, 通过控制电流强度来调节所有光源的亮度, 电流越大, 光源就越亮。
7 结语
本文完成的光源设计在常规光源基础上扩大了分区,加入了红、绿、蓝三基色光, 可以通过手持控制盒进行手动调节, 也可通过软件进行自动调节。在实际测量中, 该方法能够更加方便更有针对性的提供高强度多波段的光源, 给测量带来方便, 并提高精度。

 
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