[实用新型]基于FPGA的激光测径装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及线缆检测领域，更具体地涉及一种基于FPGA的激光测径装置。

背景技术

近年来，我国线缆行业发展迅速，然而我国的线缆制造企业生产线上大部分没有安装在线检测设备，仍然沿袭落后的劳动密集型生产模式，大部分线缆品种生产工艺落后、产品质量一致性无法得到有效的保证。评价线缆产品品质的重要参数有如外径、偏心指标的在线测量设备，为了提供线缆产品的成品质量，亟待研发能够满足高精度检测要求并适应高速生产线抖动环境的线缆直径在线检测装置。

线缆直径的测量方法有很多，主要分为接触测量和非接触测量两种。其中接触测量方法有直接利用尺寸工具进行抽样检查、电磁式接触测量等。用尺寸工具测量，精度不够且测量速度缓慢，主要用于离线抽样分析场合；用电磁式测量，测量精度和速度都难以得到保证，亦不能满足测量的实时性要求。近年来，科研人员提出了激光扫描成像、光电投影成像、激光衍射等非接触式光电测径原理，通过光电传感器将线缆直径信息转化为电信号进行处理，具有检测快速，测量精度高等特点。

无论是基于何种光电检测原理，其模数转换及后续的信号处理电路的设计直接关系到传感器数据采集及处理的速度和精度指标，是检测装置研发中必不可少的重要环节。目前绝大多数检测装置都是以单片机或数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)作为核心信号处理单元，通过软件的方式来实现检测工作流程的。由于光电传感元件的工作频率往往高达数兆赫兹，而且在线检测方式下高速生产线以及线缆工件抖动的工作环境要求检测装置的检测时间尽可能短。基于单片机的传统设计架构不仅对处理器的最大工作主频具有严格的限制，而且对软件工作方式下带来的程序指令执行时耗、软件系统可靠性设计等均提出了更为苛刻的要求。如何在高频环境下满足检测系统的高速高精测量指标是检测装置设计工作的关键。

因此，有必要提供一种基于FPGA的激光测径装置来克服上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的激光测径装置，以实现对线缆直径的高速可靠的、高精度的在线检测。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于FPGA的激光测径装置，用于实时检测线缆的直径，包括光学机构、光电传感器、放大单元、波形处理单元、模数转换单元、FPGA处理器及显示单元，所述光学机构与所述光电传感器的输入端对接，所述光电传感器的输出端与所述放大单元电连接，所述波形处理单元分别与所述放大单元及所述模数转换单元电连接，所述FPGA处理器分别与所述模数转换单元及所述显示单元电连接，待测线缆横贯于所述光学机构的光路中，所述光电传感器获取待测线缆在所述光学机构的光路中的光学影像并转换成模拟电信号，所述放大单元将所述模拟电信号进行放大，所述波形处理单元将所述放大后的模拟电信号进行波形处理，所述模数转换单元将波形处理后的模拟电信号转换成数字信号并传送至所述FPGA处理器，所述显示单元显示待测线缆的直径数据，其中，所述FPGA处理器包括驱动模块、信号提取模块及数据显示模块，所述信号提取模块分别与所述模数转换单元、驱动模块及所述数据显示模块电连接，所述数据显示模块与所述显示单元电连接，所述信号提取模块提取并处理所述模数转换单元转换输出的数字信号，并将处理后的数据传送至数据显示模块，所述数据显示模块与所述显示单元电连接，所述驱动模块驱动所述信号提取模块及所述数据显示模块。

具体地，所述光学机构包括依次排列的半导体激光器、准直镜及聚光镜，所述准直镜与所述聚光镜位于同一光轴上，待测线缆位于所述准直镜与所述聚光镜之间，所述半导体激光器位于所述准直镜的焦点处，所述光电传感器位于所述聚光镜的焦点处，所述半导体激光器产生激光光源并发射至所述准直镜形成平行光，所述准直镜形成的平行光经过待测线缆遮挡而部分入射至聚光镜上，入射至聚光镜上的平行光经聚光镜汇聚至所述光电传感器上。具体地，所述待测线缆的截面中心位于所述准直镜与所述聚光镜的光轴上且所述待测线缆的轴向与所述光轴正交。所述光电传感器为电荷耦合元件，所述半导体激光器产生的激光经过准直镜后变为平行光，平行光经过被测线缆时，一部分光被物体遮挡，其余光通过聚光镜聚焦照射到电荷耦合元件上，电荷耦合元件内部的像素单元(光敏二极管)在曝光时产生电压信号，而背光时，不产生信号或者产生可以忽略不计的暗电流信号，从而将光学影像转化为电压信号形式。