线阵ccd在线实时测径系统的研究与设计

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1、线阵CCD在线实时测径系统的研究与设计重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：何小雪指导教师：汪涛副教授专业：光学工程学科门类：光学重庆大学物理学院二O一四年四月ResearchonReal-timeandOnlinelinearCCDCaliperMeasureSystemAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByHeXiaoxueSupervis

2、edbyAss.Prof.WangTaoSpecialty:OpticalEngineeringCollegeofPhysicsofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要现代工业技术的发展对测量技术提出了新的要求，要求测量仪器能实时快速准确地对被测工件的尺寸进行测量，并且为了避免被测工件在测量过程因与测量仪器接触而产生损伤，还要求测量仪器能够进行非接触测量。通过对非接触测量技术和CCD应用技术的研究，本课题设计了以CCD为图像传感器、STM

3、32为主控芯片的非接触在线实时测量系统。本文主要从两个方面对系统进行设计，光路部分和电路部分。在设计光路时，通过查阅文献对比各种光路方案，最终选择成像放大光路，将被测工件的尺寸信息经过透镜成像的方法，成像在CCD的光敏面上。电路部分主要包括电源模块、CCD模块、数据处理模块和USB数据传输模块的设计。本系统中的电源模块利用升压芯片及电源转换芯片实现了通过一根USB数据线对各个不同电压要求的芯片供电的功能。CCD模块中，利用STM32强大的控制功能的定时器功能实现CCD驱动时序的设计，得到了很好的驱动时序波形。数据处理模块中

4、选用具有相关双采样及滤波放大功能的AD9945高精度快速数12位模转换芯片进行数据采集和转换，它可以消除了CCD数据信号中的复位脉冲信号，也能抑制CCD固有的暗电流噪声信号，并可以对CCD的输出信号进行模数转换。数据传输模块中采用USB总线与上位机进行通信，它支持热插拔，使用比串口等更加方便快速，它将AD9945处理后的数据传输到上位机中进行保存和显示。最后对采集的数据进行二值化处理，从数据中提取出被测工件像的左右边缘数据，对这两组数据分别进行曲线拟合，然后求其一阶导数，得到左右边界点，通过边界点横坐标之差求出成像阴影的大

5、小，然后根据光学系统的放大率求出被测工件的测量值。关键字：CCD，STM32，AD9945，测径I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThedevelopmentofmodernindustrialtechnologyputsforwardnewrequirementsformeasuringtechnology.Itneedstomeasuretheworkpiecefastandaccurateintime,andinordertoavoidtheworkpiecebeingdamagedbythecontac

6、tofthemeasuringinstrumentinthemeasuringprocess,itneedstomeasurewithoutcontact.Basedontheresearchofnon-contactmeasurementtechnologyandCCDapplicationtechnology,thistopicdesignedanonlinereal-timenon-contactmeasurementsystemwithCCDastheimagesensor,andSTM32asthemaincon

7、trolchip.Thissystemisdesignedfromtwoparts,opticalandcircuitparts.Inthedesignofopticalpath,thesystemchoosesimagingamplifyinglightpathtoconvertthesizeofthemeasuredworkpiecetotheCCDphotosurface,andthroughCCDphotoelectricconversion,thesizeinformationistransferredtoele

8、ctricalsignal,anditwillbeprocessedbythecircuitpart.Thecircuitpartmainlyincludespowersupplymodule,CCDmodule,dataprocessingmoduleandUSBdatatransfermodule.