基于线阵CCD的电缆材料缺陷检测系统

基于线阵基于线阵CCDCCD的电缆材料缺陷检测系统的电缆材料缺陷检测系统 xx 第6期仪表技术与传感器Instrument Technique and Sensorxx No16 基于线阵CCD的电缆材 缺陷检测系统徐国盛 潍坊学院信息与控制工 程工程学院 山东潍坊 261061 摘要 为了提高现阶段XLPE电缆 缺陷检测的精度与速度 运用TCD132 D芯片 建立了陷检检测系统 该系统在平 光的照射下 通过线阵CCD控制电 获得电缆材 缺陷信号 使用虚拟示波器DSO 2902对缺陷信号进 采集 传输 借助于计算机进 分析处 从而精准 地检测出缺陷 由数据采集系统对计算机内的信号数据进 处 从而 实现对缺陷具体尺寸和所处位置的检测 结果表明 该系统分辨 可达到20 m 误差小于5 缺陷的检出率达10 0 关键词 线阵CCD 虚拟仪器 缺陷 数据采集 TN247 A 1002 1841 xx 06 0073 03Cable Materials DefectsInspecting SystemBased onL inearCCDXU Guo2sheng Informa tionand Control Engineer ingD epartment W eifangUn iversity W eifang261061 Ch ina Abstract In orderto improvethe presentauracy andspeed ofXLPE cable materials impuritytesting this paperset uptheimpurity testingsystem usingthe TCD132D chip The inspectingsystem ofdefects incable materialsbased onCCD obtainedsig2nals ofdefects incablematerialswith irradiationof parallellight byputer lineararray CCDcontrol circuit The defect signalswere collectedand transferredby usingvirtual oscillographDSO22902 and thedefectsignalswere analyzedand processed byputer The defects were preciselyfigured out The dataof signalsmemorized inputerwere processedbyusing softwaresys2tem ofdata collecting Thereby the inspectionof precisesize andlocation ofdefectswereachieved The resultshows that the re2solving powerof thismethod canreach20 m andthe erroris lessthan10 The possibilitythattheimpurity particlescan becheckedout isup to100 Key words linear CCD virtual oscillograph defects data acquisition0 引言1 系统检测原 交联取聚乙烯 XLPE 电缆绝缘 中的缺陷是限制电缆耐 电强度和寿命的主要因素 1 整个系统由线阵CCD器件 光电探测器 高亮度平 光源 毛玻璃片 透镜 调压器 电缆 虚拟示波器及 计算机等组成 其中 线阵CCD选用1024像元的TCD132D 它将光源的光信号转换成电 信号并通过虚拟示波器送入计算机加以分析 在该实验系统中 由一个小型挤出机或流变仪将抽样的电缆 挤成带 状连续试样 试样在熔融状态下经过一个冷辊压光 宽度为20mm 厚度 为015mm 透明度较好 连续 进 用线状光源透射照明试样 CCD摄像系统垂直于试样 进方向一维扫描 确定CCD器件的数据率 3 扫描频率和检测速度 系统检测原 如图1所示 缺陷颗粒经过透镜按一定的比例成像到CCD器件的像元阵列表面 CCD 器件上的微光敏元阵列转换成离散的分布电荷 经过CCD器件模拟移 位寄存器输出成为时间序列的离散电压信号 再经过低通滤波器解调 使其成为含缺陷信息的光滑的时域信号 利用虚拟示波器将信号转化为数字信号在计算机中进 处 光学系统中 分辨率受CCD器件的分辨率和透镜组影响 因此 CCD器件和透镜组的选择首先要根据仪器的分辨率的需要 另外 还要考虑仪器的成本 该仪器采用了TCD132D型线阵CCD 共有1024个像元 像元间距为14 m 透镜组采择ZENT镜头 目前 高压XLPE电缆生产中 超净 干法交联 三层进挤是3项主要 的生产技术 后2项可以采用先进的设备解决 而第一项非常困难 作 为电缆 生产厂家或电缆生产厂家来说 除了具有超净化的管 水平外 还必须具有一定的检测手段来检测XLPE电缆 中缺陷颗粒数 和大小 基于线阵CCD的电缆材 缺陷检测系统可以高速 高分辨率 大抽样 体积地对kg数 级的原 缺陷含 进 抽样检测 目前国际上通 的测 方法有激光扫描法和电子摄像法 对于激光扫描法 由于系统制造复杂和造价高等原因影响了实际应用 电子摄像法以电荷耦合固体电子摄像器件CCD为核心 具有制作简单 精度高 成本低 性能稳定等优点 因此在开发激光扫描式XLPE电 缆绝缘 缺陷测 装置的基础上 2 开发了基于计算机控制的电子摄 像式XLPE电缆绝 缺陷检测系统 该系统具有测试速度快 性能稳定 分辨率高 测 误差小等特点 实现了对缺陷的横向 纵向尺寸和横向 纵向位置的准确的全面检 测 并且提高了检测的速度和准确性 基金项目 国家自然科学基金 50577012 xx 04 24 收修改稿日期 xx 03 27图2为一维摄像系统电学信号 考虑缺陷颗粒的细节形 74 Instrument Techniqueand Sensor Jun1xx 比较电 以高速比较器LM319为核心构成 将信号与一比较电平比较 输出TTL电平 再经过2级带有迟滞回 的非门和电容整形滤掉高速比较器常伴有的 毛刺 输入和输出的图形如图4 a 图4 b 所示 为了避免影响系统的精度 一般电容的选择应小于20pF 比较电平的 产生 2个运放 1个二级管和1个电容构成了峰值保持电 由于跟随器和二极管正向很低的阻抗和极小图1 系统检测原 的电容 充电过程很短 从而使比较电平跟输入比较器的 模拟信号一样都随照明光源波动而同向波动 保证了测 精度 图4所示为缺陷颗粒信息 貌 可设其透射率函数为0 1分布 在透射光照射下 材 中缺陷颗粒被成像到CCD器件像元阵列表面 像 的光强分布函数I x 为物的光强分布函数I0 x0 经光学系统尺度变 换得到的 x 与光学系统点扩散函数的卷积 想的像光强分布函数I I x 经CCD器件的光敏元阵列转化为空间一 维离散分布的电荷函数g x 再经CCD模拟移位寄存器输出成为时间 序列的离散电压信号E t 通过解调网络后 形成连续分布的载有缺 陷颗粒尺寸信息的时间信号S t 图2 检测系统电学信号2 电信号处 及数据采集CCD输出的信号与照明光强随动的比较电平比 较 输出TTL电平 用高频脉冲填充到缺陷信号中去 填充到信号中的 数据采集主要以89C51单片机为核心 用一个固定高频的脉冲填充到缺陷颗粒信息中 通过计数器计数得到 的脉冲数就可以表示为缺陷颗粒的尺寸 图5为数据采集系统图 高频脉冲数即可以表示缺陷颗粒的尺寸电平产生电 如图3所示 4 5 单片机将信息再输送到计算机中 信号处 电 主要包括 比较电 和比较图5 数据采集系统89C51单片机的P1 1口时刻监视经过处 后的CCD信号 当第一个高电平出现时 说明一个周期的视频信号开始 在整个视频周期内 如果有缺陷信号 通过P1 2口控制计数器图3 信号数据处 计数开始和停止 并通过总线将脉冲数读到89C51中 最 后通 第6期 徐国盛 基于线阵CCD的电缆材 缺陷检测系统1 75过通讯接口输入到计算机中 如果填充到缺陷信号中的脉冲数超过了计数器的计数能 Q7位出现 高电平 三极管集电极低电平输入到P1 3口上 89C51将 读入脉冲数 只在大颗粒的数 加1 说明该缺陷的颗粒很大 尺寸的大小已经没有 实际意义 6 表1 实验系统检出缺陷数据缺陷123456尺寸 m横向L1282150336167441 19240719392132159141位置 cm横向d111xx801114016111380190纵向 L227616733616743616740313086167153133纵向d233121871451xx016 2109222178284175 3 软面板设计在W indows环境下 应用C Builder6 0面向对象的编程技术开发的虚拟 仪器可视化通用系统 具有友好的图形用户接口 其界面见图6 主要 用于对测试数据文件的事后处 或对被测对象进 实时仿真测试 用户可以方 地设计满足自己需要的仪器系统 通过表1可以看出 在3m长的试样中 所标定的6个缺陷全部被检测出 其中最大的441192 m 最小的92132 m 检测精度可达0101个像素点 缺陷检出率达100 5 结束语文中提出了利用CCD传感器测 电缆 中的缺陷 并运用虚拟示 波器实现对数据采集和处 等方面进 了较为详细的论述 该系统具有测试速度快 性能稳定 分辨率高 测 误差小等特点 实现了对缺陷的横向 纵向尺寸和横向 纵向位置的准确的全面检 测 并且提高了检测的速度和检测的准确性 分辨 可高达20 m 误差 一般小于5 远小于10 的要求 这些优点使得其市场前景 为广阔 参考文献 1 HYNECEK J CDS noisereduction ofpartially resetcharge2detectionnodes IEEE Circuits and SystemsI Fundamental Theoryand Applica2tions xx 49 3 276 280 2 赵洪 崔思海 王暄 等 激光扫描式高压交联电缆 杂质颗粒测图6 缺陷检测系统测试界面 仪的研制 中国电机工程学报 1996 16 2 139 141 3 卓宁 孙华燕 张海江 一种新的提高CCD成像分辨率的方法 光从界面 中可以很容 了解缺陷测 系统的全部功能及全部运 状态 界面的左侧部分是显示虚拟示波器DSO 2902的参数设置部分 在检测过程中 虚拟示波器DSO 2902的主要参数设置为 采样频率为10MHz 采样深度为8K 通道 探头 比选为1 1 电压为1V 格 触发方式选用自动触发 耦合方式为DC方 式 右侧为缺陷检测的波形显示部分 在进 缺陷检测时 该部分可以显示 出实时的缺陷波形 下方4个框内各值的大小是数据采集系统传送上来的 并经过运算后 的缺陷实际横向尺 纵向尺寸与横向位置 纵向位置情况 通过设定工具栏的按钮 可以实现电机转速的设定 电源的开关 电灯 的开关与检测电平的转换 以及对历史实验数据的打开 保存 并控 制对示波器的输出 数 通过界面状态栏 在测试时就能很方 地对系 统状态进 监视 最终在屏幕上显示出要测试的电缆 中所有的缺陷 并依次显示出每 个缺陷的横向 纵向尺寸与横向 纵向位置信息 4 实验及结果分析学学报 xx 25 6 777 180 4 MEZAR ISV STR INTZISM G Video objectsegmentation usingBayes2based temporaltracking andtraject ory2based regionmerging IEEE Trans CircuitsandSystems forVideo Technology xx 14 6 782 795 5 王玉田 杨妮 晓琳 基于CCD技术的浮法玻璃厚度测 系统的研究 仪 表技术与传感器 xx 6 72 74 6 李虹 常 华 基于USB接口的CCD数据采集系统 仪表技术与传感器 xx 8 56 58 作者简介 徐国盛 1979 硕士 主要从事信号与信息处 信号检测方面的研究 E2mail xuguosheng666666 163 本刊仪器与仪表栏目介绍该栏目侧 重选用新技术应用与传统产业改造相结合 能显示强大应用潜 的稿 件 如集散控制技术 虚拟仪器 现代控制技术 智能仪器仪表的设 计思想 制造与应用技术等 本刊计算机应用栏目介绍该栏目侧重大 小型机 工作站 测控系 统等的开发和应用 先进的计算机软硬件的开发 应用和体会 计算 机并 处 技术等应用