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墙纸印刷涂层厚度在线检测方法研究

时间:2013-07-03 08:41:10  来源:电子设计工程  作者:高 敏, 李 洋, 李 慧

  摘要: 为了有效地解决墙纸在生产过程中印刷涂层厚度在线检测问题,以达到提高墙纸产品生产质量和生产的效率的目的,本课题对墙纸印刷涂层厚度在线检测问题进行了研究。 基于激光传感器原理,以 TI 公司的 TMS320F2812DSP 芯片为核心处理器,解决涂层厚度测量的一系列问题。 该系统能够实现在线动态检测和非接触测量。
  关键词: 涂层厚度; 激光传感器; DSP; 非接触; 在线检测
  
  当今发达的社会中, 墙纸已经普遍成为美化环境的装饰材料,在很多场所都适用,比如:家庭、商业、行政、娱乐等等随处可见。 随着人们生活质量的提高,对墙纸的需求量越来越大,对墙纸质量的要求也越来越高。 印刷厚度不均匀(尤其发泡墙纸)导致墙纸拼接时凹凸不平,影响美观。 因此印刷涂层厚度是墙纸质量的重要指标之一, 准确地测量墙纸印刷涂层厚度已经成为其生产中不可或缺的环节。 快速准确地非接触在线检测技术越来越受到关注,它影响着生产线的质量及自动化。
  本设计提出了基于 DSP 的墙纸印刷涂层厚度在线检测系统。 采用激光传感器测量原理,将经过传感器测量获得的信号经过一系列处理后,送入 DSP 对其进行数据处理,最后显示输出。 实现了非接触快速在线动态测量。
  本课题主要针对墙纸上涂有一色或者两色时的涂层厚度进行测量和处理,当涂有多种颜色时,纷繁的视觉效果使得人眼忽略了厚度不均导致的拼接缺陷。 而当颜色较少时,那种凹凸不平的视觉差异会非常明显,严重影响使用的效果。 在本论文中首先就涂有一色时如何测量以及数据的处理进行分析和研究。 在后续的文章中会继续研究涂有两色时的厚度测量。
  1 激光传感器测厚原理及其实现方法
  1.1 光学三角法测量思路
  对于激光传感器常常使用的是三角位移测量法, 原理是:光源发射出一条光射到被侧物体表面,而在另一个方向通过成像可以观察反射光点的位置, 最后计算出光点的位移;因为入射的光和反射的光构成了三角形,由此称呼此方法为三角形测量法; 三角形测量法包括直射式和斜射式测量,图 1 所示为直射式三角法测量等效光路。
  1.2 墙纸涂层厚度测量实现方法
  通过对各种类型的传感器进行比较, 最终AG现金网选择了OMRON(欧姆龙)ZS 系列激光传感器。 此系列采用的是 2D-CMOS?(640pix×480pix)的图像芯片且利用线形状的光束 ,有效地完成了高速度和高精度检测。 可以实现 0.25 μm 的分辨率,与此同时实现 100 μs 的数据处理周期。 此外还可以实现同一时刻多点进行稳定检测。
  当传感器在线检测墙纸涂层厚度时, 由于墙纸不可避免地会产生不同程度的抖动, 从而影响到测量结果的准确性。 因此,从生产的成本和生产的简单性来考虑,AG现金网采用以下的方法来解决。 在激光传感器要测量的墙纸处,给墙纸一个依靠力—即在墙纸的后方安装一根辊子, 这样在测量的时候,基本上解决了外在环境引起的抖动问题。 相比较有些研究采用两个传感器测量, 不仅成本降低而且设备简单处理方便。
  2 墙纸涂层厚度在线检测系统结构
  系统整体结构如图 2 所示。 模数转换—由激光传感器输出的反应墙纸涂层厚度变化的信号, 然后送入处理器(DSP)经过一系列的处理,最终将结果通过液晶显示器(LCD)显示输出,以方便人们读取数据。
  3 系统的组成
  3.1 滤波、放大(信号的调理)
  由于激光传感器输出的信号不可避免的含有某些噪声, 因此首先要对该输出信号进行一阶低通滤波 (模拟滤波),其次又由于其输出信号的微弱性,使得AG现金网必须对它进行一定程度的放大处理。 这样才有助于后面信号的快速准确地处理。
  3.2 ADC 转换模块(精度、速度)
  ADC 转换模块电路图如图 3 所示。 本系统要完成精确地检测 μm 的变化,要实现系统所要求的精度(信噪比),在实现精度系数的指标外,与此同时还要满足采样的速度(即采样的周期)。 基于上述的考虑,AG现金网选择的是芯片 AD976(AD公司生产的),用来完成本设计的要求。 AD976 的分辨率:16位,可以达到的精度(精度高)。其采样的速度:100 kSPS(每秒采样 100 000 次),满足本设计的要求。除此之外,它还有以下特点:电源:5 V;max 功耗:100 mW(功耗比较低);参考电源:2.5 V 等[3]。
  3.3 DSP 信号处理器
  经过上面几个步骤的处理,将输出的信号送入 DSP(数字信号处理器)进行算法处理,以得到AG现金网需要测量的墙纸涂层厚度的数据。 DSP(TI 公司的 TMS320F2812)比之单片机,优点:处理数据的速度很快而且有强大的 EV(事件管理器)功能。 其功能框图以及外围电路设计如图 4 所示。
  3.4 LCD(液晶显示器)
  串口通信电路如图 5 所示。 将 DSP(TMS320F2812)的异步通讯串行接口(全双工 SCI 口)与 MAX232(电平转换芯片)连接,通过串口(DB9)接至 LCD(液晶显示 )即可 读出数据。
  4 系统的软件设计
  4.1 AD 采集模块的软件实现
  DSP 通过外部扩展模块 XINTF(6 区 )的片选信号 ,连同DSP 通用 GPIO 口一起给 16 位 AD 转换发出控制信号 ,最后经过数据总线(16 位)送入 CPU 进行处理[4]。 AD 转换程序流程图如图 6 所示。
  4.2 DSP 系统软件实现
  DSP 一般采用 C 语言编程 ,其集成开发环境为 :CCS 软件。 只需要对他的各个存储器的结构有一定的认识,就可以使用它的各种功能来实现AG现金网的目的。 软件流程图如图 7所示。
  5 结束语
  该系统提出了一种利用激光传感器测量墙纸印刷涂层厚度的方法,并结合 DSP 设计了一种可实现的的涂层厚度测量系统 (非接触式在线检测)。 将该系统应用于涂层厚度测量,可满足高精度、非接触、在线、动态等等检测的要求,实现了生产中的实际需要。
  参考文献略
  
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