[实用新型]基于FPGA的快速边缘测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及精密测量装置，具体涉及一种基于FPGA技术的快速边缘测量装置。

背景技术

边缘测量是机械工业中常见的测量内容，如机械加工中轴类零件外径的在线测量、生产线中零件的分选等，随着机床导轨、无缝钢管、油田钻杆、冷拉丝线、汽车中的曲轴和凸轮轴、滚动轴承等相关制件的精度水平提高和批量化生产的普及，对于边缘测量技术有了更高的要求，实现快速精确地在线测量是目前的发展趋势。

目前已知的边缘测量方法主要有接触式电感测量、光学照相成像测量和激光三角测量等方法。其中，接触式电感测量法的特点是垂直与水平测量范围较大，动态比率较高，能够综合测量工件的表面微观形貌和表面轮廓，但其速度及效率低，且易磨损划伤工件；光学照相成像测量和激光三角测量等方法效率低，对测量环境要求高，仅仅适用于静态的测量。

在目前已有专利中：

发明专利CN200410037608.8《CCD间隙衍射法微钻直径测量方法及装置》，其特征在于：以激光作光源，经过准直扩束后，形成平行光束，照射在被测微钻与可上下移动的参考棱缘构成的衍射间隙中，通过间隙后的衍射光束再经一会聚透镜，聚焦在位于其焦点平面的CCD接收屏上形成衍射条纹，CCD将摄取的光信号转化为电信号，输出至计算机进行数据处理后，测得微钻直径。

但是，上述专利存在以下缺陷：其测量过程需要将CCD转化的电信号输出至计算机处理得到结果，处理速度低，只能用于静态测量，无法运用于在线动态测量环境。

在目前公开发表的文献中：

文献“一种基于AVR单片机的线阵CCD测量系统”（《苏州大学学报》（自然科学版）2006，V04（34-37）），其特征在于，利用AVR单片机开发的线阵CCD驱动器，和相关数据采集系统通过EPP(enhanced parallel port)协议与计算机通讯，并将其用于测量实验中。

上述文献中的类似测量系统采用的是单片机技术，由于单片机的时钟频率较低，并且需用软件实现数据采集，这使得采集速度和效率降低，大大影响了测量时间。由此可见，对于工程实际中提出的实现快速在线测量和抗外界环境干扰的要求，采用单片机的测量系统无法实现。

综上，为了克服上述已有技术在工况条件下响应速度较慢，难以满足在线动态测量的缺陷，有必要提供一种新型的快速边缘测量装置。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于FPGA的快速边缘测量装置，该测量装置可以实现实时的在线测量，特别是可以运用于振动较大、运动不规律的复杂工况条件。

本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案：

本实用新型提供的基于FPGA的快速边缘测量装置，其由光学机械结构、外部硬件电路、基于FPGA的控制系统和控制盒组成，其中：光学机械结构通过数据线与控制盒相连；控制盒包含液晶显示器及按键，内嵌了所述外部硬件电路的电路板和基于FPGA的控制系统的集成电路板。

所述的光学机械结构可以由成一条直线依次分布的光源发生装置、带通滤波装置、CCD传感器和激光接收装置组成。

所述的光源发生装置附带水平准直调节部分，该装置提供的平行光束为低照度单色光。

所述的外部硬件电路和基于FPGA的控制系统可以采用FPGA开发的可编程控制电路和Verilog HDL控制程序。

上述的外部硬件电路包括CCD驱动电路、信号前置处理电路、A/D采集电路及FPGA芯片集成系统外围电路，其中：CCD驱动电路输出的OS端和DOS端接入信号前置处理电路的输入端；信号前置处理电路的输出端接入A/D采集电路，再联入FPGA系统定义好的8位引脚；A/D采集电路产生8端数字信号输出。

上述的CCD驱动电路可以采用受FPGA控制的驱动CCD传感器的外部电路。

上述的信号前置处理电路可以采用对CCD输出的信号进行包括差动放大、低通滤波在内的基本处理的电路。

上述的A/D采集电路是指可以将信号前置处理电路处理后的信号进行A/D转化的标量化处理电路，该A/D采集电路采用CMOS工艺制造的8位高速并行A/D芯片，最大转换速率为20MSPS。