在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中,機器視覺系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機器視覺系統(tǒng)主要由照明系統(tǒng)、鏡頭、攝像機、圖像采集卡和圖像處理系統(tǒng)組成,通過光源、鏡頭及CCD等成像器件匹配圖像采集及處理系統(tǒng)來進行產(chǎn)品的檢查、識別等,此技術(shù)可大大減輕人工目檢產(chǎn)品質(zhì)量的負擔,有效地提高檢測效率,并有利于生產(chǎn)管理。照明系統(tǒng)是機器視覺系統(tǒng)的重要組成部分,是保證采集圖像質(zhì)量和應(yīng)用效果的關(guān)鍵,而光源控制器是照明系統(tǒng)的核心,其主要作用就是針對具體應(yīng)用場合提供不同的照明亮度和照明方式,從而提高照明光源的品質(zhì),獲得高質(zhì)量的圖像。當前國內(nèi)多數(shù)廠商生產(chǎn)的光源控制器是手動調(diào)節(jié)或通過RS232與Pc機通信進行調(diào)節(jié),使用較為不方便,效率低,且成本較高。本文設(shè)計了一種新型光源控制器,該控制器以ST公司基于ARM Codex—M3內(nèi)核的STM32微控制器STM32F107VCT6 為核心,通過即插即用,傳輸速度高 的USB接口與Pc機進行通信,實現(xiàn)Pc端應(yīng)用軟件對光源控制器參數(shù)的實時設(shè)定。利用STM32片內(nèi)定時器實現(xiàn)PWM數(shù)字調(diào)光,以及脈沖頻率,占空比的大范圍調(diào)節(jié),并通過定時器之間的協(xié)同工作保證精確定時。此外,該控制器實現(xiàn)了三種照明模式,分別是普通模式、頻閃模式和外部觸發(fā)模式。這種設(shè)計能夠靈活適應(yīng)機器視覺檢測系統(tǒng)在不同場合應(yīng)用中的需要。
1 總體方案設(shè)計
簡單地說,光源控制器的主要功能是接收PC主機發(fā)來的預(yù)先定義好的各種命令和設(shè)置參數(shù),經(jīng)過主控制器處理,然后通過驅(qū)動電路控制LED光源按照設(shè)定實現(xiàn)數(shù)字PWM調(diào)光。
光源控制器按照體系架構(gòu)可以劃分為軟件部分和硬件部分,其中軟件部分又可以分為Pc端用戶界面應(yīng)用程序,USB驅(qū)動程序,控制器硬件固件。硬件部分可以分為主控模塊和LED驅(qū)動模塊。主控模塊主要負責完成與Pc機的通信,命令響應(yīng),以及事物管理,它是整個控制器的核心部分。LED驅(qū)動模塊主要為LED光源提供合適的驅(qū)動方式。LED光源常用的驅(qū)動方式有電感式驅(qū)動和電荷泵式驅(qū)動,其中電感式驅(qū)動電路適合驅(qū)動若干個相串聯(lián)的LED。LED亮度控制方法可分為模擬調(diào)光和數(shù)字PWM調(diào)光兩種。模擬調(diào)光通過改變LED電流來調(diào)整亮度。其缺點在于LED會隨著正向電流改變而產(chǎn)生色偏現(xiàn)象,無法滿足精度的要求。PWM調(diào)光通過開啟和關(guān)閉LED來改變正向電流導通時間以達到亮度調(diào)整效果。由于LED都是以恒定的電流導通,因此不會出現(xiàn)模擬調(diào)光技術(shù)的色偏移問題。故本設(shè)計采用電感式驅(qū)動、PWM恒流調(diào)光。