基于LabWindowsCVI的传输带激光测速系统设计.pdf

分会会议论文 DOI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 2 1 0 0 3 6 基于L a b Win d 0 ws C V I 的传输带激光测速系统设计 李志明 李扬 郑莹娜 王新宁 广东工业大学信息工程学院 广东广州 5 1 0 0 0 6 摘要 介绍了固体表面激光相关实时测速的原理 根据这一原理 设计了基于L a b wi n d o w s cV I 开发平台的传输带激光互相关实 时测速系统 详细阐述了L a b Wi n d o w s C V l平台下测速系统的数据采集 数据处理模块 数据显示更新 测量参数设置等模块 的设计 经过实际测试 验证 了测试系统 的可行性 实用性 关键词 相关测速 L a b Wi n d 0 w s cVI 编程 数据采集 中图分类号 T H8 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2f 2 0 1 2 1 0 0 1 3 2 0 4 La s e r S p e e d M e a s u r e me n t S y s t e m f o r Tr a n s mis s io n Be lt Ba s e d o n La bW ind o ws CVI Pla t f o r m L I Z h i min g L I Ya n g Z HE NG Yi n g n a W ANG Xin n in g S ch o o l o f I n f o r ma t i o n En g in e e r i n g Gu a n g d o n g Un iv e r s it y o f T e ch n o l o g y Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 C h i n a Ab s t r a ct I n t r o d u ce d t h e p r in cip le o f t h e s o lid s u r f a ce la s e r co r r e la t e r e a l t ime s p e e d me a s u r e me n t a n d in a cco r d a n ce wit h t h is p r in cip le t h e p a p e r in t r o du ce a r e a l t ime s p e e d me a s u r e me n t s y s t e m f o r t r a n s mis s io n b e lt b a s e d o n la s e r co r r e la t io n p r in cip le a n d L a hW in d o ws CVl d e v e lo pme n t p la t f o r m in clu d in g t h e L a b W in d o ws C VI p la t f o r m d a t a a cq u is it io n d a t a p r o ce s s in g t h e d a t a s h o w u p da t e s me a s u r e n le n t p a r a me t e r s co r r e ct in g in mo d u le d e s ig n t h e a ct u a l t e s t s h o w t h a t t h e f e a s ib ilit y a n d p r a ct ica lit y o f t h e s y s t e m a r e v a lid Ke y wo r d s la s e r co r r e la t e s p e e d me a s u r e me n t L a b W in d o ws C VI p r o g r a m s o f t wa r e d a t a a cq u is it io n 0 引言 在工业生产过程中有许多场合需要对产 品进 行表面的在线速度检测来配合生产计量管理 例 如对钢板 塑料 铝板 合板 布料 纸张的 切割和传送带等需要对它们的速度进行快速 精 确 的测量 为生产提供参数 针对 以上列举的产 品都有平整的表面 对它们的表面进行速度测量 有两种测量方法 接触式测速 和非接触式 测速 接触式测速由于跟被测物体的表面接触会对被 测物体 产生损 伤 有 些恶劣 环境 特殊要 求下 无 法进行 接触式测 速 同时 由于接触表 面 的相 对滑动 机械结构误差大等因素导致不能进行 精 确 的速 度测量 提高 测量 的精 度和速 度是 高 质量 高效率 高精度计量管理工业生产过程 的关键 所在 非接触式激光相关测速跟被测物 体表面不接触 利用激光作为激励信号 反射的 信号为输 出信号 被测物体表面为系统传递 函 数 激光对被测物体照射并根据反射的信号相关 处理 得出被测物体的速度 该方法对被测物体 没有损伤 很好地满足 了无损检测的要求 非接 触激光相关测速使用光信号作为载体对于速度的 微小变化都能够实时的表现出来 实现了表面测 速的高灵敏度 高精度 本文设计 了基于 L a b w in d o w s C V I 的传送带激光相关测速系统 1 激光相关测速理论 对信号的相关处理是信号处理理论 中的一种 重要的信号分析处理方法 相关函数是对信号的 时域描述 信号的相关处理分为白相关和互相关 运算 通过相关运算可以抑制噪声 提高信 噪比 获取有用信号12 1 两路随机信号 t 和Y t 它们 的互相关 函数定义为 R x y r y 州t 1 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 2 5 r r F l0 0 1 3 2 lj 麓 l 1 L J 李志明 等 基于L a b W i n d o w s C V I 的传 输带激光测速系 统设计 箜 对于本文的固体表面激光相关测速系统中 两路信号是一个激光信号经过分光镜分成的两路 信号 这两路信号经传送带反射后由光电二极管 接收转换成电信号 即Y t 是 t 信号的 激 光 延时后的信号 见式 2 力 Jr 0 2 则 1 式可表示为 随机信号 的 自相 关函数 1 J r 坤 一 0 r d t 1 J 0 r 一 一 r o d 由不等式 a 6 12 0 b 可知 下式成立 魁 1 r 1 T 一 r 咖 4 l i 2 J 0T 一 O 一 丁 O d 由于随机信号 t 是平稳随机过程 所以 1 7 o 出 1 J T 一 丁 出 R 7 所 以 4 式化简成 2 J T 0 d z 2 J 0r 一 丁 一 O d f 将 6 式两边 同除以 2 然后将 3 5 式先后代入可得 式 7 说明 当可调延时下 等于传送 带上某 动点在两个被测点之 间经过所需的时问 时 互 相关函数为最大值 即 相关函数 R O 在 7 时取得最大值 丁 以两个被测点之间的距离为 D 则可由式 啪 获得运动固体表面的即时速 2 激 光相关实时测速 系统设计 2 1 激光相关测速系统结构 如 图 1 所示 整个测 试系统 由激光发 射器 传送带 电机 四个 固定滚轮 光敏二极管信号 接收器 N I 公 司的数据采集卡 6 0 2 4 E P C信息处 理平 台等组 成 激光发射器 由一个激光 发射器 一 个分光镜和一个柱面透镜组成 激光器发射一 路激光信号 经分光镜分成两路激光 透镜将两 路激光扩展为两个线状激光 照射到传送带的 图 l 激光相关测速系统结构图 A B两点 A B 两点距离为 D 8 7 m m C D是 两组传送带固定滚轮 减小传送带运行时的上下 波动 减小系统 的误差 照射在A B两点的光斑 是狭长的线状光斑 经反射后两路激光反射到两个 光敏二极管 光敏二极管将光信号转换成电信号表 示为相关信号 和 y 数据采集卡将两路模 拟信号采集到电脑中 以数字信号形式等待处理 P C 信息处理平台将得到的两路信号进行相关运算 并显示每路信号波形和相关后的波形 计算出传 n 送带的速度为 实际运行结构见图2 图 2实际结构图 2 2 L a b Wi n d o ws CV l上位机程序设计 L a b win d o w s C V I 上位机程序 负责整个测试系 统 的初 始化 数据 采集 数 据 处理 和数据显示 等功能 程序 的流程图见 图 3 当系统初始化完 成后进 人 了消息循 环进程 不 断 的响应不 同的 消息进 行 系统 的测试 上 位机 程序 的设 计界 面 见 图4 测试系统程序设计关键模块函数 如下 F r T 1 1 鼍 1 3 3 l 一 分会会议敝 载入主界面 更新相 关的参数 采样速 率 采集信号电压范 围 采样点数 关闭 定时器等等 I 进入消息循环 v I 等待用户选择 T 停止采集消息 开始采集消息 I 退 消 息 停止定时器 开始采集消息 l 停 止定时器 清空 分配的 数 l 清空内 存区 据缓冲内 存 X 使能定时器 一 L 修改 系统 定 时 器计 时 l 退出 程序 运行参数 每隔0 1 秒从 l 采集卡读数据 并处理 波形 硅示 计算速 度 l 图 3 上位机程序流程图 图4程序设计界面 1 程序初始化模块 载 入主 界面板 获取 面板 上控件 设备通 道 号 采集电压范围 采样速率 通道 采样点 数 通道 采样信号的电压上下限 两光斑距 离 图形显示横坐标 范围 并将获取的参数在面 板更新显示 接着创建数据采集任务 创建采样任务函数 n id a q A I C r e a t e T a s k cha n n e lS t r in g k Ni d a q Wa v e f o r mC a p t u r e 式 n u mC h a n n e ls 通道数 目 t a s k I D 任务I D 2 开始采集模块 根据初始化的参数 分配相应的读取数据内 存空间 w a v e f o i n l s d o u b le ma llo c n u mS ca n s R u m C h a n n e ls s iz e o f d o u b le 存储采集的两路信号 R x y d o u b le ma llo c n u m S ca n s n u mC h a n n e ls s iz e o f d o u b le 相关运算后的相关函数数据内存 是w a v e f o r ms 单通道数据大小 的2 倍 接着使能定时器 开始采集数据并处理数据 S e t C t r lA t t r ib u t e p a n e lH a n d le P A N E L T I M ER Ar l TR ENAB L E D 1 参数 l表示定时器被使能 立即进行计时 3 数据采集和相关处理模块 数据采集任务 n id a q A I S ca n O p ch a n n e lS t r in g 般 备 通 道 号 n u mS ca n s 每个通道采样点数 r a t e 每个通道的采样速率 u p p e r 板卡采集电压上限 lo w e r 板卡采集 电压下限 GROUP BY C H AN N E L 臌 通道读取数据 a ct u a lR a t e 实际的采样速率 w a v e f o r m s 读取的数据存储在这个内存区 C o r r e la t e w a v e f o r ms n u m S ca n s 0 n u m S c ans w a v e f o r ms n u m S ca n s l1 n u m S ca n s R x y 将 读 取 来的两路数据进行相关运算 Ma x Min lD R x y n u mS ca n s n u m C h a n n e ls ma x Va lue ma x I n d e x min Va lu e min I n d e x 寻找相关后波形的最大值和对应的坐 标 D e le t e G r a p h P lo t p a n e lH a n d le P A N EL GRAPH 一1 VAL DELAYED D R A W 每次显 示新的波形时需要将旧的波形删除 P lo t Y p a n e lH a n d le P A N E L G R A P H 李志明 等 基于L a b W i n d o w s C V I 的传输带激光测速系 统设计 坌全全 w a v e f o r ms n u mS ca n s 0 n umS ca ns VAL DOUBLE VAL T HI N L I NE VAL S OLI D S Q U A R E V A L S O L I D l VAL R E D 示新的波形 数据采集函数读取来的数据和相关之后的数 据实时显示在图形控件上 4 停止采集模块 停止定时器 清除分配的内存区 S e t C t r lA t t r ib u t e p a n e lHa n d le P A N E I J I M ER ATY R E NAB L ED o 参数0 表示定时器关闭 5 退出模块 停止定时器 清除分配的内存区 退 出程序 S e t C t r lA t t r ib u t e p a n e lHa n d le P A N E I J I M ER Ar I R ENAB L ED 0 f r e e f w a v e f o r m s 释放内存区 f r e e R x y 释放内存区 Q u it U s e r I n t e r f a ce 0 退出 3 实际测试参数 设备号 设备 1 通道 通道 l和通道 2 采样率 1 0 0 0 0 H z 通道 采样点 1 0 0 0 0 个 通道 扫描速率 1 0 H z 数据采集卡电压范围 一 1 2 V 两光斑距离 8 7 ra m 测试速度灵敏度 0 I s 定时器刷新速率 程序实际运行界面如图5 所示 4结论 基于 L a J Win d 0 w s C V I 的固体表 面激光相关测 速 系统 采用了 N I 公司的开发平 台缩短 了开发周 期 优 化 了人机交互界 面 提高 了可视化程度 且具 有更强 的数据处理 能力 和更高的运行速度 图5 程序实际运行界面 实现了信号相关处理理论在工