本课题所采用的传感器是线阵CCD传感器。CCD图像传感器（Charged Coupled Device）于1969年在贝尔试验室研制成功，之后由日商等公司开始量产，其发展历程已经将近30多年，从初期的10多万像素已经发展至目前主流应用的500万像素。CCD又可分为线型（Linear）与面型（Area）两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机（DSC）、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。CCD图像传感器作为一种新型光电转换器现已被广泛应用于摄像、图像采集、扫描仪以及工业测量等领域。作为摄像器件，与摄像管相比，CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元的几何精度高、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。
[13]Kim，Pyunghym，Rhee，Sehum，Three-dimensional inspection of ball grid array using
[14]laser vision system．IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing，V01．22，No．2，1999：34-38
毕业设计(论文)
开题报告
题目:基于线阵CCD的卷绕过程跑偏检测与控制系统设计
院系名称：电气工程学院专业班级：自动1004班
学生姓名：臧新乐学号：************
指导教师：王伟生教师职称：副教授
2014年3月1日
毕业设计（论文）开题报告
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写
[11]Patrick O’Shea,Stephen Sousk. Practical Issue with 3D-NoiseMeasurements and Application toModern Infrared Sensors[C].Proc.SPIE,2005:262-271.
[12]LechZnamirowski&a1.Programmable. Analog/Digital Arrays in Control and Simulation[J]. AnalogIntegrated Circuits and SignalProcessing, 2004,39(4) : 654-658.
CCD传感器是一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。它具有光电转换、信息存贮和延时等功能，而且集成度高、功耗小，已经在摄像、信号处理和存贮三大领域中得到广泛的应用，尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。此外CCD还有以下特性：
．由于各方面技术都还不够成熟，系统的精度以及稳定性都不如国外同类产品；
．国内产品品种比较少，目前国内的纠偏控制系统主要使用的主要是可见光斑传感器，对于性能较好的红外线传感器、超声波传感器和CCD传感器也有相应的研究，但应用到实际中的并不多；
．另外从纠偏方式上，以对边纠偏的居多，对于一些特定的场合缺乏灵活度；目前，国内具有较高精度的纠偏控制系统基本上是从国外进口的，占有一定市场份额的厂家主要有：德国的Erhardt+Leimer和BST Pro Mark公司、日本的三桥公司、美国的AccuWeb、Montalvo和Fife公司以及意大利的Re公司，这些厂家产品的性能和质量都能满足工业生产的实际需要，但是价格较高。同时国内从事完整的高精度纠偏控制系统研发和生产的厂家极少。因此，研发具有自主品牌的高精度纠偏控制系统具有很重要的意义，替代国外产品，从根本上提高印刷包装行业的发展。
2000~4000字左右的文献综述：
文献综述
在工业生产中有各种卷绕系统的自动化生产流水线上，经常由于各种原因导致卷筒材料的横向跑偏，不能保持直线运行，如果不及时纠正，就会直接影响产品的规格或质量，造成不必要的经济损失。例如，在轻工、印刷、纺织等行业中，要进行薄型物料（如塑料薄膜和纸张、布匹Байду номын сангаас可绕行带材）的线位自动探测和跟踪。在软包装（如造纸、分切机、涂布机、塑料印刷、印染、胶卷等）生产线上，卷筒材料在行进过程中，由于前道工序收卷不整齐或本机组中的机械误差、导辊偏差、振动以及带材张力的波动等原因，均有可能导致卷筒材料的横向跑偏，造成带材特征标志线偏离预先设定的基准位置，形成带材跑偏。如果不对这个跑偏问题加以纠正，不仅会严重影响到生产流水线工序上的产品质量和生产效率，还会增加能源和原材料的浪费。
6)残像：对某像素扫描并读出其信号电荷之后，下一次扫描后读出信号仍受上次遗留信号电荷影响的现象叫残像。
7)等效噪声曝光量:产生与暗输出(电压)等值时的曝光量称为传感器的等效噪声曝光量。
在世界已进入信息时代的今天，以数字化、计算机、通讯、电视和多媒体为主要特征的信息革命正在兴起。作为视觉传感器的CCD摄像器件，在光电图像信息获取与处理中起着极其重要的作用。CCD图像传感器的市场十分广阔，前景十分看好。
[15]Lin K．F，Schaefer G A low cost compact CCD grating spectrometer．Industry
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2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
1．本课题要研究或解决的问题
从较薄的塑料薄膜到较厚的钢板，从较窄的卷材到较宽的卷筒，无论是在放卷、收卷还是在行进过程中，卷材由于受到不可控制力的作用，会不可避免地产生幅宽中心偏离基准中心线的现象，从而造成卷材的跑偏。因此，为保证生产的正常运行，需要设计跑偏检测与控制装置，对生产线实施有效的纠偏控制。本课题的要求是基于线阵CCD传感器跑偏检测系统的设计，红外线及超声波传感器可以用来检测带材的边缘，根据位置偏差产生纠偏控制信号，从而保证物料在自动化生产流水线上平整运行。线阵CCD传感器不仅可以进行对边纠偏，还能适应对中、对线等多种纠偏方式，是一种较新的纠偏方法，目前被用在最高端的纠偏控制系统中。
3)暗输出特性：暗输出又称无照输出，系指无光像信号照射时，传感器仍有微小输出的特性，输出来源于暗〔无照)电流。
4)灵敏度：单位辐射照度产生的输出光电流表示固态图象传感器的灵敏度，它主要与固态图像传感器的像元大小有关。
5)弥散：饱和曝光量以上的过亮光像会在象素内产生与积蓄起过饱和信号电荷，这时，过饱和电荷便会从一个像素的势阱经过衬底扩散到相邻像素的势阱。这样，再生图像上不应该呈现某种亮度的地方反而呈现出亮度，这种情况称为弥散现象。
对于本课题所采用的控制器，可以有多种选择。但多采用C8051F系列单片机。
单片机自20世纪70年代末诞生至今，经历了单片微型计算机SCM、微控制器MCU及片上系统SoC三大阶段，前两个阶段分别以MCS-51和80C51为代表。随着在嵌入式领域中对单片机的性能和功能要求越来越高，以往的单片机无论是运行速度还是系统集成度等多方面都不能满足新的设计需要，这时Silicon Labs公司推出了C8051F系列单片机，成为SoC的典型代表。C8051F具有上手快(全兼容8051指令集)、研发快(开发工具易用，可缩短研发周期)和见效快(调试手段灵活)的特点，C8051F系列单片机能够满足绝大部分场合的复杂功能要求，并在嵌入式领域的各个场合都得到了广泛的应用：在工业控制领域，其丰富的模拟资源可用于工业现场多种物理量的监测、分析及控制和显示；在便携式仪器领域，其低功耗和强大的外设接口也非常适合各种信号的采集、存储和传输；此外，新型的C8051F5xx系列单片机也在汽车电子行业中崭露头角。正是这些优势，使得C8051单片机在进入中国市场的短短几年内就迅速风靡，相信随着新型号的不断推出以及推广力度的不断加大，C8051系列单片机将迎来日益广阔的发展空间。
3）具体分析跑偏信号采集以及纠偏控制等设计，并通过人机界面可进行参数设定、状态监测。设计分硬件和软件两大部分：①硬件部分：光源、光路部分设计；线阵CCD图像传感器外围电路设计；人机界面电路设计；执行机构部分的电路设计及PCB电路板等设计：②软件部分：线阵CCD驱动程序设计、信号采集处理程序和纠偏执行程序等设计；
1)精度、响应速度以及稳定性在不断地提高；
2)随着各种科学技术的发展，纠偏控制系统的种类越来越多，主要种类有：电感式纠偏控制、红外线纠偏控制系统、超声波纠偏控制系统以及CCD纠偏控制系统等；
3)纠偏方式发展得更加多样化，主要有：对线纠偏、对边纠偏、对中纠偏、对比度纠偏等方式；
4）纠偏控制系统的实际应用场合越来越广，针对不同行业、不同生产过程定制不同的纠偏产品，大大方便了用户的选择，为纠偏控制系统的发展奠定了良好的基础。而国内对纠偏控制系统的研究起步较晚，发展也很缓慢，与国外的产品相比存在很大的差距，主要表现在以下几个方面：
4）最后通过实验验证系统设计的可行性和实用性。
[1]劳达宝，杨学友，吴斌等.一种视觉示教与纠偏的焊缝跟踪方法[J].仪表技术与传感器，2009(5)：86-88.
[2]黄伟成.基于线阵CCD的边缘测量及重构技术研究[D].2008
[3]生凯章，赵晓燕．新型数字式光电纠偏系统的设计与应用[J]．机床与液压，2006(7)：173-174
本课题从纠偏控制系统的基本工作原理出发，分析了纠偏控制系统的各个组成部分，在此基础上，设计出了一套基于CCD传感器和单片机的跑偏检测与控制系统。设计工作要有步骤的进行，以下就是进行本课题研究的一些具体安排：
1）阅读国内外大量文献，为进行课题设计做最基本的知识储备；
2）开始初步进行设计，做出系统的结构框图，对所设计的系统有一个大框架的构想；
为了消除卷材跑偏对产品质量的影响，以及因卷材跑偏带来的能源与原材料的不必要消耗，实现对上述卷材生产流程的自动化控制，本课题要设计一种基于线阵电荷耦合元件（charge-coupled device，简称CCD）的具有自动检测、自动跟踪、自动纠偏等功能的自动化纠偏系统。