高精度CCD尺寸自动检测系统的光学系统设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com一第J6卷第1期直用光学Vo1．16．No．1J995l耳l995●高精度CCD尺寸自动检测系统的光学系统设计堂韭盟垄窭＼／刘庆王庆有THs2l【天津大学精密仪器系．天津．300072，A【摘要】弁测量诂度为土。,003mm的cc。尺寸检测系统的光学季簪设计特点及远c物镜设计原理-并绐出了测试结果关键调垦1测I~—CC—D垄尘物锂堂墨篓THEDESIGN0F0PTICALSYSTEMINAHIGHACCURACYCCDSIZECHECKINGSYSTEMSu

2、nXuezhuFuWekliaoLiuQ{ng-WangQingyou(TianjinUniversity．300072)Abstract：Theop,tica]syst4mdesignpropertyandacentri~obiecfive~tesighprinciple0faOEDsizecheckingsystemw{thameasuringaccuracy。f．003nmaredescfldandthetest—ingresultsaregiven．、Keywords；sizemeasuring．

3、1ineararrayCCD．acemricobjectire·optca1aystera．1目l言’高精度coo尺寸检测系统是由光学系在光电检测中用CCD传感器作为接收统、CCD传感器和测量电路部分组成。工作器件对物俸几何尺寸进行非接触测量的技术原理如同l所永得到了越来越广泛的应用。C．CD尺寸检测系统对物体几阿尺寸的取样是靠光学系统来完成的、因此光学系统的设计与质量将对谟l量结果有很大的影响，．它直接影响系统的测量稍度。根据高精度CCD尺寸检测的要求我们成功地设计了一套光学系统，使检测-系统的综合测量

4、精度运到l±0．003ram，满足了囝jCCD尺寸检测系统原理使增要求在此检测系统中，光学系统的作用是：1)使被测物体得到均匀地照明；2)使被测物体2工作原理按一定的倍率要求成像或投影在CCD传感9维普资讯http://www.cqvip.com特性譬?：及皂：妻薏竺式可知．光学系统的分辨率可达到．在。中篓_被挚O,‘O02mm。那么设计的赢像物南光‘学≥数元t数’挚为阵Ⅳ。?竺尺Ⅲ为·像为：焦距，一78．93．‘对；磊D：粤÷粤躇：l／e．8，物方线视场2一~10m‘m。¨量大率．由下式{十算：．3．2

5、系‘‘维普资讯http://www.cqvip.com．灯丝}毛皮为2，根据以上成像关系，照很好的校正，因此获得了比较好的成像质量，I1I1系统的外形尺寸可由图2计算得到。畸变值小于0．001mn．满足使羽委求成像本系统设计的集光镜L的光学参数为：物镜的各种像差曲线如4所示。焦距f一30．42mm，相对孔径D／f；1／1．()1；灯丝大小为4mm。聚光镜的焦距为一80．67ram．相对孔径D／，一1．／,1．9。3．3远心成像物镜的设计由于CCDR寸检测系统是通过测量物体在CCD传感器敏感面上所成慷的大小

6、米循定被测物体的几何R寸的，因此由(1)式可．若婴保证测量精度，光学系统的放大率，j；必颓严格准砷远心成像物镜采用如图3所l求帕结构。加一圉4成像物镜像差曲线在上述光学系统基础j：没计的CCD寸自动检测系统．工作性能稳定可菲．在机微结构设计上．采用精密“v”型支撑与定位系统。同时没计了性能可靠的洲量电路系统If1】圉3近心成攮物镜结构为光源可提供稳定精度高于0．1、电流】其优点是通过凋整前后两组之间的问隔0．2～6A可调的稳压稳流电源。，可使光学系统的放大率卢达到精确值。同时．物镜的成像质量也将对测量精度

7、产生4测试结果直接的影响．特别是畸变值的大小是影l¨测在室温】7c～22C和防潮、防尘、防霹量柏度的主要四索。由于物镜采用了如前所的测试条件下，对天津市计量技术研究所提述的结构．使得前后两组透镜的像差可以相供的0．8～8ram的标准轴进行测试．其结互补偿．并使畸变、场曲等各种像差均得到了果如表1所示。表1单位：mn1环准轴径o．7911．0031．2Ol1．4981．5962．00L妒2498彖境o．7881．ooo1．2001．498L．5941．9982．498示值杯准轴直径2．998铲34933．9

8、8749775．98￡l69757．993系统29963．4923．986I．978j．9826．97【7904值}目表1可见，系统的综台测量精度为±0．具有多点、多方位测量，预置被测件上、下公整003mm．测量范围为0．8～8ram．长腰为5O值．自动判断被测件是否合格并予以指示等功～400ram系统除呵数字显示测量结果外．还能单点测试效率不超过5秒。1j维普资讯http://www.cqvip.com5结束语llf}一lZ