基于CCD的高精度测径系统的研究

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1、摘要／f电荷耦合器件(CCD)是本世纪70年代提出的一种新的半导L体器件构想，30年来这种器件的研究及应用已经取得了十分惊人的发展，并且迅速地从实验阶段走向实用阶段，已经成为现代光电子学和现代测试技术中最活跃、最富有成果的新兴领域之一。由于CCD本身具有自扫描，高分辨率，高灵敏度，结构紧凑及象素位置准确等特性，从90年代初，CCD尺寸测量技术作为一种中。y非常有效的非接触检测方法，被广泛地用在工件尺寸的在线检测，本论文主要讨论了一个高精度的CCD测径系统实现方法，物方远心光路在测径系统中的应用，还讨论了影响CCD测量精度的各种因素，并提出了一种利用多项式插值精确测量物体尺寸的方法。利用现有

2、的设备实现了高精度的测径系统。本测径系统测量范围1．10mm，测量精度达到了±1／on。关键词：线阵CCD测径系统远心光路AbstractAsanew．fashionedsemi—conductorcomponent，Chargecoupleddevice(CCD)ispresentedsince1970．Inrecent30years，thereisamazingdevelopmentontheresearchandapplicationofthisdevice．Thistechnicalbecomemoreandmorepracticalandalsoitbecomeoneofthem

3、ostactiveandmostfruitfulfields．Since1990’s，sizemeasurementtechnicalusingCCDhasbeenwidelyusedintheon—linemeasurementofthesizeoftheopponent，asaveryeffectivecontactlessmeasurement．Inthispaper，wehavediscussedindetailthemethodofcompletingahighaccuracydiametermeasurementsystemusingCCD．Theacentricsystema

4、ndthefactorsdisturbthemeasurementarealsobeendiscussedinthispaper．Atlast，wemakeupahighaccuracydiametermeasurementusingthedevicesathand．Experimentalresultsshowthattotaluncertainlyisabout±1／anwithin1～10mmdiameter．KeywordslineararrayCCD，diametermeasurementsystem，acentricobjective垄墨墨三叁兰壁主兰垒笙苎一——第一章绪言§1

5、．1电荷耦合器件的发展及其应用CCD化hargeCoupledDevice)，称为电荷耦合器件。是七十年代初发展起来的新型半导体器件。它是由美国贝尔实验室的W．S．Boyle和G．E．Smith于1970年首次提出的【110后来很快被Amallo等人的实验所证实脚。在经历了几年的研究阶段之后，建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD基本理论。CCD本身是一种半导体器件构思上的创新，因为CCD的基本参数是电荷，而不是电流和电压。CCD应用技术是一项具有广泛应用前景的新技术。三十年来CCD取得的惊人进展足以说明这一点。CCD已经在三大技术领域取得了广泛应用：摄像、信号处理和存储。特别是在像感器

6、应用方面取得了令人瞩目的发展。已经成为现代光电及现代测试技术中最活跃，最富有成果的领域之一。由于CCD本身具有的自扫描、高分辨率、高灵敏度、结构紧凑及象素位置准确等特性，CCD尺寸测量技术作为一种非常有效的非接触检测方法被广泛应用在工件尺寸在线检测，这种测量方法无需配置复杂的机械运动机构，从而减少了产生系统误差的来源。由CCD像传感器，光学系统，微机数据采集系统和处理系统构成的CCD光电尺寸检测仪器的使用范围和优越性是现有的机械式、光学式、电磁式测太原理工大学硕士学位论文量仪都无法比拟的。目前，CCD测径的精度已达到了几个微米，CCD用于钢径、钢坯长度、宽度及厚度等的尺寸检测已在国内开始普

7、遍应用，使用于生产过程检测大大地提高了生产效率，对促进国民经济建设起了推动作用。在Jk-r一年代中期，CCD测径装置已经应用于国外的生产过程自动化，国内在八十年代初期开始了CCD的应用研究，在工业生产中对CCD非接触测量的迫切需求，促进了CCD应用于测径装置的发展。CCD分为面阵CCD和线阵CCD两大类，由于线阵CCD具有造价低，外围接口电路简单等特点，所以在测径系统中使用的都是线阵CCD。CCD测径装置的发展目前有以下