短电弧机床工作介质自动跟踪系统

论文摘要

本文首先重点介绍了运动目标的数据采集及处理系统。在非接触位移测量领域中,电荷耦合器件CCD是具有较高灵敏度的光电传感器,其测量精度高,能自动连续地进行检测。本论文在分析用于激光三角测量的线阵CCD测量系统要求的基础上,研制了应用于线阵CCD的几种电路。研制了CCD自动增益调整电路。该电路根据CCD爆光时间与输出模拟电压的线性关系,通过单片机调节数字控制电位计x9313器件,调整CCD驱动电路的频率,从而改变CCD的爆光时间,以保持输出信号在不失真的范围内。实验证明,这个系统能够自动调整不符合采集要求的CCD增益,提高测量精度。研制了双通道数据采集电路。该电路利用快速A/D转换器AD9048、双端口存贮器IDT7134组成高速采集与缓冲电路,实现了双通道CCD信号的同步高速采集。研制了采用现场可编程门阵列FPGA的CCD驱动与数据处理电路。本文利用Verilog HDL硬件描述语言进行设计,将FPGA器件配置成专用于线阵CCD信号的硬件数据处理器,达到数据实时处理的要求,并同时将CCD驱动电路集成在FPGA器件内,缩小了电路面积,提高了系统的集成度。在此基础上通过系统总体硬件和软件流程的设计,运用图象差分、形心跟踪等算法来对运动目标进行分析,并通过VC++语言在PC机上编程通过接口与伺服控制系统相联系,以控制机械云台由方位和俯仰两个四相步进电机实现工作介质浇注口对形心目标的自动跟踪及浇注。最后,考虑到电磁干扰,本文通过电磁干扰概念的提出理论上电磁干扰的产生及预防,并且结合实际问题提出了在实际数字电路的设计过程中应该如何解决一些常见干扰,以及预防和避免干扰的具体措施,和一些注意事项,并且提出了我们所使用的高速板卡的抗干扰设计的一些注意问题,以及软件的抗干扰问题,使系统整体得以优化,以达到最好效果的实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源和背景
• 1.2 课题的意义
• 1.3 课题研究线路和实施方案
• 1.4 本课题研究的目的
• 第二章 光点形心自动跟踪系统总体设计
• 2.1 概述
• 2.2 系统总体硬件设计
• 2.3 系统总体软件设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 图象采集及处理
• 3.1 CCD 基本原理
• 3.1.1 电荷的产生与存储
• 3.1.2 电荷的藕合
• 3.1.3 电荷的检测
• 3.2 CCD 主要特性
• 3.3 CCD 技术的应用
• 3.4 CCD 在非接触尺寸、位置测量中的应用
• 3.5 CCD 自动增益调整
• 3.5.1 光源光功率的调整
• 3.5.2 驱动电路的频率调整
• 3.5.3 实验结果
• 3.6 双通道 CCD 信号数据采集
• 3.6.1 电路要求
• 3.6.2 CCD 信号的二值化处理
• 3.6.3 CCD 信号的量化处理
• 3.6.4 双通道 CCD 信号数据采集电路
• 3.7 基于 FPGA 的CCD 数据采集及处理系统的研制
• 3.7.1 引言
• 3.7.2 FPGA 在 CCD 驱动电路中的应用
• 3.7.3 FPGA 在 CCD 信号数据处理中的应用
• 3.7.4 采集及处理系统
• 3.7.5 系统性能
• 3.8 本章小结
• 第四章 短电弧加工技术的发展趋势
• 4.1 短电弧加工
• 4.2 短电弧机床工作介质自动跟踪系统的意义
• 4.3 本章小结
• 第五章 软件设计及其算法
• 5.1 软件流程
• 5.2 软件设计及算法
• 5.2.1 形心光点的检测算法
• 5.2.2 软件程序
• 5.2.3 目标的跟踪定位
• 5.3 本章小结
• 第六章 电机控制
• 6.1 伺服控制单元
• 6.2 云台控制程序设计
• 6.2.1 云台控制参数的计算
• 6.2.2 云台控制程序设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 系统抗干扰设计
• 7.1 抗干扰综述
• 7.2 干扰的分类
• 7.3 消除干扰的措施
• 7.4 数字电路的抗干扰因素
• 7.5 阻止干扰传播途径
• 7.6 提高器件的抗干扰能力
• 7.7 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 附录一:自动增益调整照片电路
• 附录二:CCD数据采集电路照片
• 附录三:基于GPGA的数据处理电路（带CCD驱动）照片