摘要：本文基于視頻分化技術(shù)給出直接對石墨軸承同軸度進行檢驗的裝置和新方法,并提供了詳細視頻分劃生成 硬件電路原理圖,該電路可實現(xiàn)單片機對SRAM寫圖形信號,在地址刷新電路作用下把SRAM中的圖形數(shù)據(jù)并行輸出,經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換與CCD的視頻信號疊加在 顯示器上顯示,實現(xiàn)視頻分劃生成技術(shù),通過單片機軟件編程實現(xiàn)自動檢測功能。

關(guān)鍵詞：CCD;石墨軸承;視頻分劃;質(zhì)量檢測

視 頻分劃生成技術(shù)通過電子技術(shù)和單片機技術(shù)實現(xiàn)圖形與圖像的疊加,運用疊加的圖形作為瞄準測量標記進行人工或自動測量。石墨軸承度是目前長壽命電能表中的關(guān) 鍵轉(zhuǎn)動件,其質(zhì)量好壞直接影響電能表的質(zhì)量特性。電能表廠商目前最好的檢測方法是運用工具顯微鏡檢測石墨軸承的質(zhì)量,但對石墨內(nèi)外圓的同軸度測量,用工具 顯微鏡就比較麻煩。本文為實現(xiàn)石墨軸承內(nèi)外圓同軸度的檢驗提供了一種較簡便的方法。

石墨軸承檢驗原理

將 石墨軸承放置于檢測工作臺上,通過人工自動定心裝置,使石墨軸承定位于正確的位置上,采用背光透射照明,保證石墨軸承的中心與CCD光軸基本重合,圖像清 晰。通過攝像物鏡與CCD接收石墨軸承的圖像,把視頻圖像信號送往視頻疊加器,在顯示器上顯示。CCD視頻圖像經(jīng)視頻疊加器,對三個同心圓環(huán)進行疊加,三 個同心圓環(huán)的中心同步可調(diào);內(nèi)圓作為基準圓,檢測時對準石墨軸承的內(nèi)圓;兩個外圓直徑對應(yīng)石墨軸承的同軸度公差且同步可調(diào),以保證標準公差不變。檢測時, 只要石墨軸承的外邊緣落在兩個外圓之間,判定為石墨軸承的同軸度合格。

主要指標與功能

石墨軸承檢驗的主要技術(shù)指標是圖形分辨率和檢測分辨率。指標分別為512×512像素和0.03mm。主要功能是自動判定內(nèi)外圓同軸度合格性(人工上料,半自動定位)。

精度分析

這里,攝像頭水平方向分辨率為Sx,垂直方向分辨率為Sy,圖形分辨率為512 ×512 像素,本裝置CCD 攝像機視場范圍為7.95mm ×6.04mm ,則：

S_x=7.95/512=15.5mm,

S_y=6.04/512=11.8mm。

設(shè)人眼對準誤差為d1,對準石墨軸承的方法是用同心圓環(huán)中內(nèi)圓作為合適的圓瞄準石墨圓環(huán)的內(nèi)圓。兩個外圓的半徑差作為公差范圍,石墨圓環(huán)的外圓落在兩個圓環(huán)內(nèi),判別誤差為一個像素, S_x較大,

同心圓調(diào)整誤差,調(diào)整同心圓與石墨軸承內(nèi)圓套準的誤差為一個像素。

由于干擾產(chǎn)生的誤差為一個像素d3=±15.5mm。由于上述均為隨機誤差, 根據(jù)隨機誤差綜合原則有：

單片機實現(xiàn)的視頻疊加器

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可以知道,理論上只要干擾隨機誤差大于±26.8mm就可以判定內(nèi)外圓同軸度合格。這里,系統(tǒng)設(shè)定。 視頻疊加器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵,視頻圖像信號通過CCD攝取輸入,制式為PAL制式。視頻圖形信號由視頻疊加器產(chǎn)生,它的掃描方式和圖像信號一致同步。該系統(tǒng) 要求產(chǎn)生三個同心圓環(huán)圖形,該圖形通過按鈕調(diào)節(jié),在顯示器所顯示的CCD攝取圖像上自由移動,且半徑自動放大和縮小。本系統(tǒng)采用AT89C51和地址刷新 電路設(shè)計視頻圖形圖像疊加器。

硬件電路

硬件電路框圖如圖1所示。AT89C51單片 機系統(tǒng)主要功能是向RAM寫圖形數(shù)據(jù),其中,WR控制二選一地址選通,單片機15位地址總線自動刷新RAM地址總線,WR控制線控制RAM的讀寫狀態(tài)與緩 沖器。圖形數(shù)據(jù)可通過緩沖器由RAM的數(shù)據(jù)總線寫入RAM。從RAM中讀取圖形數(shù)據(jù)時,WR控制選通地址刷新電路的15位地址總線,同時RAM地址自動刷 新,讀出圖形數(shù)據(jù),通過并串轉(zhuǎn)換,輸出串行數(shù)據(jù),控制模擬開關(guān)IC4053。當控制電平為高電平時,模擬開關(guān)輸出可調(diào)的圖形灰度電平,控制電平為低電平 時,模擬開關(guān)輸出視頻圖像信號,由此實現(xiàn)圖形信號和視頻圖像信號的疊加。

圖1 硬件框圖

地 址刷新電路的任務(wù)是與視頻信號同步自動刷新RAM地址。它由同步分離、像素振蕩器、八分頻電路、字節(jié)計數(shù)器、行計數(shù)器、二選一開關(guān)組成。同步分離應(yīng)用于 CCD視頻圖像信號,分離出行同步、場同步脈沖和奇偶場脈沖;像素振蕩器受行同步脈沖控制,進行行正程振蕩和行逆程停振。振蕩器周期就是圖像點時鐘脈寬, 其輸出就是圖像點脈沖;八分頻電路的輸入為圖像點脈沖,輸出作為字節(jié)時鐘;字節(jié)計數(shù)器對字節(jié)計數(shù),低六位對應(yīng)RAM地址總線的A0~A5位。字節(jié)計數(shù)器每 計一個脈沖就對RAM刷新一次。行同步信號作為字節(jié)計數(shù)器的清零信號,每計滿64個字節(jié)脈沖,就由行同步信號清零,重新開始對下一行的字節(jié)脈沖計數(shù)。行計 數(shù)器對行同步信號計數(shù), 行計數(shù)器每計滿512行,由場同步信號清零,重新對下一場的行同步脈沖計數(shù)。行計數(shù)器的八位輸出對應(yīng)RAM地址總線的A7~A14位,同樣,計數(shù)器每計一 個脈沖,RAM地址換行刷新。對于隔行掃描的CCD,一幀圖像分為奇數(shù)場和偶數(shù)場,如果圖形數(shù)據(jù)在RAM中是逐行存放,又直接用字節(jié)計數(shù)器和行計數(shù)器的輸 出去刷新RAM,那么將得到錯誤的圖形數(shù)據(jù)。如果期望疊加一個圓,屏幕上將顯示上下兩個橢圓。將奇偶場脈沖信號與RAM的A6相連,可以解決隔行掃描和逐 行寫圖形之間的矛盾。

二選一開關(guān)輸出由單片機控制。寫圖形數(shù)據(jù)時,由單片機地址總線自動刷新RAM地址,讀圖形數(shù)據(jù)時由高速地址總線自動刷新RAM地址。

軟件設(shè)計

軟 件設(shè)計流程框圖如圖2所示。程序首先進行鍵盤初始化圖形存儲RAM清零,二選一開關(guān)切換至單片機,根據(jù)圓心和半徑的大小調(diào)用畫圓子程序,計算同心圓坐標并 寫入顯示RAM。然后將開關(guān)切換至地址刷新電路,在顯示器上得到初始的圖形之后,系統(tǒng)處于等待。按鍵采用中斷方式響應(yīng),判別鍵號,對圖形的中心位置或同心 圓大小改變進行分析,對顯示RAM內(nèi)容進行修改,使顯示的圖形位置和半徑大小發(fā)生變化。

圖2 軟件框圖

利用該硬件電路,根據(jù)計算機圖形學編寫軟件,可以實現(xiàn)直線、十字線、橢圓等圖形的視頻疊加,也可以實現(xiàn)漢字或數(shù)字的視頻疊加。

調(diào)試和結(jié)論

在 CCD視頻信號經(jīng)過同步分離后,先經(jīng)過一個延時電路再控制像素振蕩器,這樣刷新電路產(chǎn)生的地址位置會在屏幕上變化。而單片機存儲在RAM中的圖形數(shù)據(jù)沒有 變化,這相當于在屏幕上對應(yīng)的坐標(0,0)是隨著延時電路的調(diào)節(jié)而變化,在SRAM中數(shù)據(jù)不變的情況下,地址刷新電路刷新RAM時按照新的坐標疊加圖 形,實現(xiàn)了三個同心圓在屏幕上同步移動。該系統(tǒng)避免了通過軟件實現(xiàn)三個同心圓的同步移動,大大減少了軟件調(diào)試的工作量。

字符疊加的視頻輸 入要求2.5V以上,而系統(tǒng)中CCD視頻信號的電壓在1.0V左右,因此需要把CCD視頻信號的電壓上拉。這里采用三極管電壓放大,將視頻上拉2V的電 壓,保證字符疊加的正常工作。但是,視頻輸出信號如果不處理,直接在顯示器上顯示,則會發(fā)現(xiàn)屏幕過亮。因此,在字符疊加器出后,要去掉上拉的直流電壓,這 里采用電容濾波和三極管跟隨,保證視頻信號不失真。

由于顯示器水平方向像素之間的點距與垂直方向上的點距呈現(xiàn)4：3的關(guān)系,在圖形軟件的圓算法中,得到將是一個橢圓形。因此,在圓的算法中,坐標系中的圓在水平方向上縮小1/4,再經(jīng)過屏幕坐標與RAM的轉(zhuǎn)換后存儲在RAM中,從而就得到一個圓,且。

實驗表明,該系統(tǒng)可快速實現(xiàn)對石墨軸承的質(zhì)量檢驗,其精度能夠滿足要求,且穩(wěn)定可靠。同時,也大大降低了工人的勞動強度,得到電能表企業(yè)的應(yīng)用。