基于CCD的高精度线径测量系统研究

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1、摘要本文介绍了CCD在非接触测量中的应用，阐明了线阵CCD非接触测量系统的组成及需要解决的问题。本文建立了基于线阵CCD的线径高精度测量系统，在对照明系统改进的基础上，采用曲线拟合求拐点的方法来提取信号的边缘特征，最后根据透镜的放大倍率口得到低于CCD像素尺寸直径。论文中分析了仪器的误差，并画出了误差校正曲线，以达到提高了测量精度的目的。最后用另一种衍射的方法对相同的物体进行了测量，比较后得出了两种方法的优劣。本测量系统的测量范围为O．5～9．5mm，总的不确定度为±7．04删。关键词：线阵CCD，非接触测量，测量系统，拟合AbstractThispaperintroduc

2、estheapplicationoflinearCCDinnon-contactmeasurement,claritiesthe。structureofnon-contactmeasuringsystemandproblemneededtoresolve．Intheexperimentofthisthesis，a1-fiIghaccuratemeasurementsystembasedonlineararrayCCDismadeup；theilluminationsystemisimproved，andcurvefitisadoredtoobtainthem咄value．F

3、inally’thesizeoftheobtainedobjectislessthanthepixeldimensionaccordingtolensmagnificationB．Inthethesis，theerroranalysisoftheinstrumentsanderrorcorrectioncurveispresented，sothemeasurementaccuracyisrelativelyhigll．InadditiontheS&lTleparameterismeasuredbyusingdiffractiontheory．Atlast，thetwomea

4、sRcementmeansat℃comparedWimeachotherandtheevaluationforbothmeansisgiven．Experimentalresultsshowthattotaluncertaintyisabout±7．04pmwithin0．5～9．5mm．KEYWORDS：LineararrayCCD，Non-contactmeasuring，Diametermeasurementsystem，CurvefitⅡ太原理工大学硕士学位论文1．1CCD简介第一章综述CCD(ChargeCoupledDevices)，电荷耦合器件，又称为CCD摄

5、像器件或CCD图像传感器，是七十年代初发展起来的新型半导体器件，它是美国贝尔实验室的W．S．Boyle和G．E．Smith于1970年首先提出的。后来很快被Amallo等人的实验所证实。在经历了几年的研究阶段后，建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD基本理论。CCD是一种集光电转换、存贮、自扫描转移、输出于一体的半导体器件，现已取代摄像管，成为最常见的图像传感器。它可直接将光学信号转换为数字电信号，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是：1．体积小重量轻：2．功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3．灵敏度高，噪声低，动态范围大；4．响应速度快

6、，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5．应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低【4引。CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD及红外CCD等三大类【2】。通常将CCD内部电极分成数组，每组称为一相，并旌加同样的时钟脉冲。所需相数由CCD芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。线阵CCD有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，太原理工走学硕士学位论文不能处理复杂的图像。面阵

7、CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。1．2现代工业生产对直径测量的要求在现代工业生产中，经常会遇到线材和棒材加工，例如电缆、电线、钢丝、裸铜线、轧钢、纤维、橡胶、小钻头、灯丝的生产加工。这些线材和棒料往往都是在自动化生产线上加工的，加工速度快，生产效率高，其加工水平的提高往往是与测量技术的不断提高密切相连的，可以说产品质量在很大程度上是由监测仪器的精度所决定的。应用传统的接触测量，由于接触力的作用，测量精度较低，而且无法实现动态测量；应