基于線陣CCD的尺寸測(cè)量研究

摘要：在當(dāng)今國(guó)內(nèi)工業(yè)中對(duì)尺寸的測(cè)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(cè)量的非常有效的非接觸檢測(cè)技術(shù)。本測(cè)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(guò)程。本設(shè)計(jì)具有穩(wěn)定可靠、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，適用于各種高靈敏、高精度的檢測(cè)。此外，本系統(tǒng)包括了LED顯示，不僅價(jià)格便宜，而且測(cè)量結(jié)果方便可見，增加了本設(shè)計(jì)的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：TCD1206UD；89C2051；尺寸測(cè)量；驅(qū)動(dòng)

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(lái)的新型半導(dǎo)體集成光電器件，它具有靈敏度高、動(dòng)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(hào)，將可視范圍內(nèi)的景物通過(guò)感光敏元將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾尚盘?hào)，然后經(jīng)存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)，輸出視頻信號(hào)，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(dòng)簡(jiǎn)單，信號(hào)相對(duì)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)由89C2051控制TCD1206UD測(cè)量微尺寸，經(jīng)過(guò)照明系統(tǒng)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等過(guò)程，最后通過(guò)LED顯示出來(lái)。具有穩(wěn)定可靠、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，適用于各種高靈敏、高精度的檢測(cè)。

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(zhǎng)度反應(yīng)了被測(cè)物體的長(zhǎng)度。CCD視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)二值化電路處理后，二值化信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器ICL7135把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，信號(hào)再經(jīng)過(guò)89C2051的處理通過(guò)LED顯示出來(lái)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(gè)緩慢的過(guò)渡區(qū)。要想有好的成像效果，這就對(duì)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(cè)量精度。

如圖2所示，本照明系統(tǒng)以一個(gè)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(guò)一片雙膠合透鏡L1會(huì)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(cè)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。