基于FPGA的一維激光位移傳感器的研究.pdf

1、隨著汽車(chē)、電子、金屬加工、食品制藥、薄膜制造等行業(yè)的發(fā)展,激光三角測(cè)頭得到了廣泛的應(yīng)用,基于激光三角法的激光位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量速度快、精度高等特點(diǎn),而國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有成熟的激光三角位移傳感器,對(duì)激光三角測(cè)頭的研究有待深入研究。
　　本課題從激光三角位移傳感器的原理出發(fā),分別對(duì)激光三角位移傳感器的光路部分和硬件電路部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),并分析了各個(gè)模塊對(duì)傳感器精度的影響。主要研究工作如下:
　　1、設(shè)計(jì)了基于FPGA的

2、激光三角位移傳感器,分析了斜入射式和直入射式光路,對(duì)直入射式光路參數(shù)進(jìn)行了研究和確定,論證了斯凱姆普夫拉格(Scheimpflug)條件,闡述了激光三角位移傳感器各個(gè)部分在硬件選擇時(shí)需要考慮的因素。
　　2、設(shè)計(jì)了基于FPGA的信號(hào)采集與處理電路。根據(jù)激光三角位移傳感器中對(duì)電源的不同要求,實(shí)現(xiàn)了激光三角位移傳感器電源方案。實(shí)現(xiàn)了CCD電路和CCD驅(qū)動(dòng)電路,使CCD正常工作并采集到光強(qiáng)信息。
　　3、激光三角位移傳感器的硬件工

3、作需要硬件邏輯驅(qū)動(dòng),介紹了基于VerilogHDL的FPGA設(shè)計(jì)流程,完成鎖相環(huán)、CCD驅(qū)動(dòng)邏輯、數(shù)據(jù)采集邏輯和FIFO數(shù)據(jù)緩存邏輯設(shè)計(jì)。
　　4、定性分析了激光三角位移傳感器的誤差來(lái)源及減小誤差的措施。采用硬件邏輯實(shí)現(xiàn)光點(diǎn)定位算法,包括質(zhì)心法、閾值加權(quán)質(zhì)心法和平方加權(quán)質(zhì)心法。并對(duì)激光三角位移傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合,得到測(cè)量曲線(xiàn)。通過(guò)算法反算,進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量范圍3.5mm;分辨率4μm,最大誤差