基于ccd的非接触在线检测仪设计

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1、基于CCD的非接触在线检测仪设计来源：大比特商务网摘要：检测技术是一门应用非常广泛的技术。在许多领域都会对各种加工件、各种运动物体进行检测，以保证产品的合格率和生产、生活的安全性。传统的检测方法有人工检测，也有用机械式、光学式或电磁式检测仪器进行的检测。关键字：检测技术,CCD技术,照明系统1.引言检测技术是一门应用非常广泛的技术。在许多领域都会对各种加工件、各种运动物体进行检测，以保证产品的合格率和生产、生活的安全性。传统的检测方法有人工检测，也有用机械式、光学式或电磁式检测仪器进行的检测。尤其是人工检测全凭实际工作经验，若部件结构复杂，不但增加了工人的劳动强度，而且精度、效率也

2、会随之降低，既不能完成非接触检测，又不能实现在线检测，同时还增加了检测时给工作人员所带来的危险性。因此，随着科技的日新月异，势必要有一种更加完美的检测技术，那就是CCD技术。在此，以一个基于CCD在线非接触检测的实例——《拉升钢丝绳直径的在线检测仪》对CCD技术进行一下探讨。2.系统组成整个检测系统由照明系统、被测工件系统、成像物镜、CCD光电检测系统和计算机测控系统(8031单片机和8279键盘/显示芯片等)构成。稳压稳流调光电源为远心照明系统提供稳定的照明光，被照明的工件经成像物镜成像在线阵CCD的光敏阵列面上。由于工件不透光，工件的像在中间部分形成暗带，两侧形成亮带。暗带的宽

3、度就是工件尺寸所成像的大小。线阵CCD在驱动脉冲的作用下完成光电转换并产生视频信号。其系统原理图如图1。63.CCD光电检测系统在CCD光电检测系统中，CCD的选型是十分重要的。CCD的种类繁多，而且它们都有各自的特点和不同的应用，所以CCD型号的正确与否将直接影响到所测信息的正确与否。在本系统中要求的测量范围为15mm～45mm，测量精度和相对要求较高，所以只要选择1000像元以上的线阵CCD就可以满足本测量系统的精度要求。因此本系统应选用TCD1206UD，它的有效像元数为2160，像元尺寸为0.014×0.014mm，像元中心距为0.014mm，足以满足本测量系统的要求。该器

4、件的主要技术指标：像元单元数2160像元总长为30.24mm像元中心距14μm驱动频率1MHz行周期2.5ms灵敏度45V/lx·s在1MHz数据率情况下工作时，有效像元输出时间为2.16ms,钢丝绳直径信号产生于2.16ms期间。输出信号的暗电平可控制在1.0V左右。而高电平可接近10V，相差比较大。当光学系统调整得比较好时，图像边缘的信号比较陡，测量误差较小。TCD1206UD的工作原理和驱动电路如下：(1)工作原理。TCD1206UD在图2所示的驱动脉冲作用下工作。当ΦSH脉冲的高电平到来时，正值Φ1电极下均形成深势阱，同时ΦSH的高电平使Φ1电极下的深势阱与MOS电容存储势

5、阱沟通。如图3所示，MOS电容中的信号电荷包通过转移栅转移到模拟移位寄存器的6Φ1电极下的势阱中。当ΦSH由高变低时，ΦSH低电平形成的浅势阱将存储栅下势阱与Φ1电极下的势阱隔离开。存储栅势阱进入光积分状态，而模拟移位寄存器将在Φ1与Φ2脉冲的作用下驱使转移到Φ1电极下势阱中的信号电荷向左转移，并经输出电路由OS电极输出。由于结构上的安排，OS端首先输出13个虚设单元信号，再输出51个暗信号，然后才连续输出S1到S2160的有效像素单元信号。第S2160信号输出后，又输出9个暗信号，再输出2个奇偶检测信号，以后便是空驱动。空驱动数目可以是任意的。由于该器件是两列并行分奇、偶传输的，

6、所以在一个ΦSH周期内至少要有1118个Φ1脉冲，即TSH>1118T1。ΦR为复位级的复位脉冲，复位一次输出一个信号。(2)驱动电路。TCD1206UD的驱动电路如图4所示：6由晶体振荡器构成的脉冲信号源产生主时钟ΦM。ΦM脉冲经或编程逻辑器件ISPLSI产生ΦSH、Φ1、Φ2、ΦR四路驱动脉冲。在这四路驱动脉冲的作用下，TCD1206UD输出OS信号及DOS信号。将此二路输出信号分别送到差分放大器LF357的正、反输入行差分放大，抑制掉共模的ΦR引起的干扰，得到图3所示的信号波形。SP及ΦC是为用户提供的控制脉冲，SP与CCD输出的像元光电信号同步，可用来做采样保持控制信号。Φ

7、C的上升沿对应于CCD的第一个有效像素单元S1，因而可以用作行同步。当然也可以用ΦSH作行同步，但由于CCD首选输出64个虚设单元信号，所以采用ΦC比采用ΦSH更好。在此检测系统中的照明系统的照明光源和成像系统的成像物镜的选择也是十分重要的，在此只是对钢丝绳的一般检测，因此只需选择白炽灯或卤素灯作为照明光源即可;而成像物镜，在此将选用放大率是β=1，f/=130mm、D/f/=0.5、2ω=140的成像物镜。4.二值化数据采集与单片机接口本系统是用于运动过程中的工件尺