基于線(xiàn)陣CCD的尺寸測量研究

摘要：在當今國內工業(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(xiàn)陣CCD用于尺寸測量的非常有效的非接觸檢測技術(shù)。本測量系統是以89C2051、TCD1206UD和ICL7135等芯片構成的，完成了由照明、成像、數據處理到顯示等過(guò)程。本設計具有穩定可靠、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，本系統包括了LED顯示，不僅價(jià)格便宜，而且測量結果方便可見(jiàn)，增加了本設計的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：TCD1206UD；89C2051；尺寸測量；驅動(dòng)

電荷耦合器件CCD(Charge Coupled Devices)是20世紀70年代初期發(fā)展起來(lái)的新型半導體集成光電器件，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，將可視范圍內的景物通過(guò)感光敏元將光信號轉變?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(jiàn)的圖像。CCD分為線(xiàn)陣CCD和面陣CCD，線(xiàn)陣CCD因其驅動(dòng)簡(jiǎn)單，信號相對易于處理等特點(diǎn)廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域中的尺寸和位移的測量，而面陣CCD則主要是應用于圖形和文字的傳輸等。
本測量系統由89C2051控制TCD1206UD測量微尺寸，經(jīng)過(guò)照明系統、信號轉換、數據處理等過(guò)程，最后通過(guò)LED顯示出來(lái)。具有穩定可靠、測量精度高等特點(diǎn)，適用于各種高靈敏、高精度的檢測。

1 系統工作原理
系統原理如圖1所示，此系統是以89C2051為核心，TCD1206UD，ICL7135等器件一起構成的。

照明系統提供穩定的照明光，被照明的物體經(jīng)成像物鏡成像在線(xiàn)陣CCD的光敏陣列上，暗帶部分的長(cháng)度反應了被測物體的長(cháng)度。CCD視頻信號經(jīng)過(guò)二值化電路處理后，二值化信號經(jīng)過(guò)A／D轉換器ICL7135把模擬信號轉換成數字信號，信號再經(jīng)過(guò)89C2051的處理通過(guò)LED顯示出來(lái)。

2 系統硬件設計
2．1 光學(xué)系統設計
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化為亮，而是有個(gè)緩慢的過(guò)渡區。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)系統能提高測量精度。

如圖2所示，本照明系統以一個(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、亮度便于調整等優(yōu)點(diǎn)，目前正廣泛運用于數字儀表顯示和CCD應用技術(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點(diǎn)恰好為透鏡L2的物方焦點(diǎn)，擴展成為所需要的平行光，照射到待測器件上，經(jīng)成像系統(成像物鏡L3和光闌組成)成像于CCD上，形成陰影。