基于線陣CCD的尺寸測量研究

摘要：在當(dāng)今國內(nèi)工業(yè)中對尺寸的測量大多還是采用千分尺等落后的接觸式的方法，不但效率不高而且精確度不高。文中討論了線陣CCD用于尺寸測量的非常有效的非接觸檢測技術(shù)。本測量系統(tǒng)是以89C2051、TCD1206UD和ICL7135等芯片構(gòu)成的，完成了由照明、成像、數(shù)據(jù)處理到顯示等過程。本設(shè)計具有穩(wěn)定可靠、測量精度高等特點(diǎn)，適用于各種高靈敏、高精度的檢測。此外，本系統(tǒng)包括了LED顯示，不僅價格便宜，而且測量結(jié)果方便可見，增加了本設(shè)計的實用性。
關(guān)鍵詞：TCD1206UD；89C2051；尺寸測量；驅(qū)動

電荷耦合器件CCD(Charge Coupled Devices)是20世紀(jì)70年代初期發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體集成光電器件，它具有靈敏度高、動態(tài)范圍大、像素劃分精度高等特點(diǎn)。CCD是以電荷作為信號，將可視范圍內(nèi)的景物通過感光敏元將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾尚盘?，然后?jīng)存儲、傳輸和檢測，輸出視頻信號，再顯示出入眼能夠看得見的圖像。CCD分為線陣CCD和面陣CCD，線陣CCD因其驅(qū)動簡單，信號相對易于處理等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中的尺寸和位移的測量，而面陣CCD則主要是應(yīng)用于圖形和文字的傳輸?shù)取?br /> 本測量系統(tǒng)由89C2051控制TCD1206UD測量微尺寸，經(jīng)過照明系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等過程，最后通過LED顯示出來。具有穩(wěn)定可靠、測量精度高等特點(diǎn)，適用于各種高靈敏、高精度的檢測。

1 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)原理如圖1所示，此系統(tǒng)是以89C2051為核心，TCD1206UD，ICL7135等器件一起構(gòu)成的。

照明系統(tǒng)提供穩(wěn)定的照明光，被照明的物體經(jīng)成像物鏡成像在線陣CCD的光敏陣列上，暗帶部分的長度反應(yīng)了被測物體的長度。CCD視頻信號經(jīng)過二值化電路處理后，二值化信號經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器ICL7135把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，信號再經(jīng)過89C2051的處理通過LED顯示出來。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計
由于CCD本身的感光單元有一定間距，又有光源的變化、衍射和外界干擾等影響，使照在CCD上的物像不能由暗直接轉(zhuǎn)化為亮，而是有個緩慢的過渡區(qū)。要想有好的成像效果，這就對物體的照明提出了較高的要求，好的光學(xué)系統(tǒng)能提高測量精度。

如圖2所示，本照明系統(tǒng)以一個大功率LED為照明光源，發(fā)光二極管作為照明光源，由于它具有體積小、重量輕、光源單色性好、發(fā)光亮度、發(fā)光效率高、亮度便于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，目前正廣泛運(yùn)用于數(shù)字儀表顯示和CCD應(yīng)用技術(shù)中。發(fā)光二極管LED發(fā)出的光經(jīng)過一片雙膠合透鏡L1會聚到于一點(diǎn)F，F(xiàn)點(diǎn)恰好為透鏡L2的物方焦點(diǎn)，擴(kuò)展成為所需要的平行光，照射到待測器件上，經(jīng)成像系統(tǒng)(成像物鏡L3和光闌組成)成像于CCD上，形成陰影。