激光精密测量 [基于ＡＲＭ的条码精密测量系统]

　　摘要：本文介绍了一种基于32位高性能处理器的视觉精密测量系统的软硬件设计。图像传感器采集的条码图像通过精密定位算法得到绝对位移值，由以太网接口实现高速图像采集。该系统适用于高精度定位的各种位移测量。

　　关键词：ARM；嵌入式系统；视觉测量；条码

　　引言

　　利用条码技术进行精密测量的典型仪器是1990年Leica公司开发成功的数字水准仪NA2000，这种光电一体化的新型仪器，具有测量速度快、精度高、操作简单、读数直观，能自动计算高差、高程，自动记录数据，计算机数据处理和容易实现基准测量一体化等诸多特点。国内目前对该技术的研究较少，本文提出了一种基于ST半导体公司的32位高性能处理器STR912FW44X6的测量系统方案。

　　系统结构

　　本系统由以下几个部分组成：条码标尺、光学系统、CMOS图像采集模块、STR912主控板、键盘与液晶显示模块、电源模块和计算机测试系统。硬件结构框图如图1所示。

　　系统工作原理如下：带有精密位置信息的条码图像通过光学系统，成像在CMOS图像传感器光敏面上，STR912FW44X6处理器对SVI公司的LIS-1024图像传感器进行自动曝光控制后，采集图像信息，经过算法处理，获得条码带有的位置信息。

　　当系统进行高速图像采集时，STR912FW44X6处理器将采集信号通过以太网接口送往计算机测量系统，进行最终的数据处理。

　　硬件设计

……此处隐藏1841个字…… 读数ds为粗读与精读结果之和：ds=d1+d2。

　　本系统采用了等间隔周期性位移条码，利用条码等间距结构，通过提取与条码等间距对应的特征谱线计算物像比，进而得到条码的等效宽度序列，最后根据条码周期性实现解码。

　　软件架构

　　整个软件采用嵌入式操作系统gCOS-II作为主要载体，软件主要分五个线程，系统上电启动后五个线程并行工作。五个线程分别是：串口控制、FC接口控制、以太网接口控制、系统菜单控制、数据采集和解码。

　　测试结果

　　为了考察系统的性能，设计了与精度为0.004mm的螺旋测微计比对实验。利用螺旋测微计测量条码标尺实际移动的数值，每次条码标尺移动0.500mm，总共测量11次数据，得到11个不同位置处的条码值，计算差值进行比对。测量结果如表1所示。

　　从测量数据看出，系统测量数据的偏差值在士0.0185mm以内，说明系统的测量达到了一定的精度。

　　对系统分辨率作了初步测试。保持条码和测量系统的相对位置不变，连续测量10次数据，如表2所示。

　　测量数据平均值为130.5049mm，系统测量算术偏差在±0.3um内，即现有系统的分辨率约为0.3um。采用系统误差标定，软件算法改进等措施后，有望进一步提高系统的测量精度。

　　结语

　　本系统是一种基于ARM的精密视觉测量平台，实现了条码的精密测量功能。在该平台上进一步开发，形成的系统可以应用于一维、二维长度的精密测量，具有较为广阔的应用前景。