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基于FPGA精密激光测径仪开发

收藏本文 2024-02-09 点赞:23075 浏览:105972 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:测量是机械工业生产中的一个必经历程,它作为质量制约的一个重要依据,联系着产品品质的提升和设备制造的进展。在机械产品的测量领域,尺寸的测量是最重要,也是最普遍的内容。而在尺寸测量里,轴类零件的直径测量运用最多,涉及的领域也最广泛,例如车床的丝杠、导轨、汽车的曲轴、转向阀的阀芯等等。目前常见的车床丝杠精度通常在20-50μm左右,汽车转向阀阀芯的精度甚至制约在7-10gm以内,可见,轴类零件的直径测量不仅普遍,而且测量精度也往往要求较其他零件高。传统的测量方式由于其精度低,受人为因素影响较大,往往不能满足高精度轴类零件直径测量的要求。随着非接触测量技术的进展,尤其是激光测量技术的出现,结合CCD运用技术和EDA技术,将尺寸测量引入一个新的时代,激光测径仪越来越多地运用在轴类零件的直径测量领域。本论文首先规划了激光测径的案例,按照机械机构和硬件电路两个方向进行了布局。搭建了用于测量的光学机械结构,并对硬件测量的基本电路做了相关设计。本论文着重探讨了基于FPGA的直径测量策略,通过利用硬件描述语言VerilogHDL完成了以CCD驱动、数据采集、处理、数制转化、显示等几个历程的模块设计。首先利用CCD驱动模块实现CCD视频信号的正常输出,通过片内的信号采集和处理模块制约电路的模数转化功能,并将结果送入片内进行处理、计算,获得的结果通过数据缓存、数制转换等一系列历程后送入显示模块,并最终制约液晶屏显示测量结果。设计完成后,通过一系列的实验对激光测径仪的各个设计部分进行调试,并通过对标准试样的测量验证了激光测径仪的精度和可靠性。关键词:激光论文测径论文FPGA论文硬件描述语言论文

    中文摘要4-5

    Abstract5-8

    第1章 绪论8-13

    1.1 引言8-9

    1.2 探讨背景9-11

    1.3 课题来源及探讨目标11

    1.4 本论文的组织结构11-13

    第2章 精密激光测径仪的整体案例设计13-22

    2.1 激光测径原理13-14

    2.2 测径仪整体案例布局14-15

    2.3 激光光源的选型15-18

    2.4 图像传感器选型18-21

    2.5 本章小结21-22

    第3章 基于FPGA的硬件制约案例及外部电路设计22-34

    3.1 FPGA芯片介绍与选型22-23

    3.1.1 FPGA芯片的原理22

    3.1.2 FPGA芯片的选型22-23

    3.2 FPGA最小系统电路23-25

    3.3 信号前处理电路25-29

    3.4 模数转换与电平转换电路29-31

    3.4.1 模数转换29-30

    3.4.2 电平转换30-31

    3.5 数据发送和数据显示电路31-33

    3.5.1 数据发送31-32

    3.5.2 数据显示32-33

    3.6 本章小结33-34

    第4章 基于Verilog HDL的测量系统设计34-67

    4.1 硬件描述语言与Verilog HDL34

    4.2 测量系统的开发流程34-38

    4.3 测量系统的顶层设计38-40

    4.4 CCD视频信号驱动模块40-45

    4.4.1 时序驱动原理及要求40-41

    4.4.2 CCD驱动设计流程41-43

    4.4.3 CCD驱动模块程序封装及仿真实验43-45

    4.5 数据采集与处理模块45-49

    4.5.1 二值化的思想45

    4.5.2 固定阈值法的运用及其不足45-46

    4.5.3 浮动阈值法的确立46-47

    4.5.4 数据采集与处理模块的工作流程47-48

    4.5.5 计算历程48

    4.5.6 数据采集与处理模块的程序封装及仿真实验48-49

    4.6 数制转换模块49-55

    4.6.1 数制转换的目的及计算思路49-50

    4.6.2 数制转换模块的工作流程50-53

    4.6.3 数制转换模块的仿真实验53-55

    4.7 液晶显示模块55-59

    4.7.1 LCD1602显示制约原理55-56

    4.7.2 液晶显示制约流程及状态转移图56-58

    4.7.3 液晶显示模块程序封装及仿真实验58-59

    4.8 FPGA测量系统调试及验证59-66

    4.8.1 Quartus Ⅱ 8.1对全局功能的仿真(前仿真)59-60

    4.8.2 Quartus Ⅱ 8.1对全局时序的仿真(后仿真)60-61

    4.8.3 硬件电路各信号波形调试61-62

    4.8.4 标准试样直径测量实验62-65

    4.8.5 设计的未来改善方向65-66

    4.9 本章小结66-67

    第5章 总结和展望67-69

    5.1 全文总结67

    5.2 探讨展望67-69

    致谢69-70

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