CN112781488A

CN112781488A - 一种基于线阵ccd的工件尺寸测量装置

Info

Publication number: CN112781488A
Application number: CN201911095350.XA
Authority: CN
Inventors: 陈国庆; 张火明; 陆萍蓝
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-11

Abstract

本发明提供了一种利用线阵CCD传感器测量工件尺寸的装置。该装置主要包括光学成像系统(LED(1)，滤光片(2)，凸透镜(3‑1,3‑2)，高精度电源(7)，线阵CCD传感器(4)，A/D转换器，单片机，计算机等几部分。其中为了获得平行且稳定度比较好的光线，采用高精度电源来驱动LED，并且用滤光片来获得近红外光。通过光学成像系统，将待测物体的尺寸进行一定程度的放大，间接提高了线阵CCD的分辨率。在信号处理电路方面，采用计算机的MATLAB软件处理输出信号，减小噪声干扰。利用单片机给CCD提供驱动脉冲，简化了电路，同时也减小了电流噪声的影响。单片机对输出的信号进行数据处理，然后在计算机上显示出来。该装置可以有效的对工件的尺寸进行测量，并且误差小，精度高，方便测量，具有很高的应用价值。

Description

一种基于线阵CCD的工件尺寸测量装置

技术领域

本发明涉及一种利用线阵CCD对工件尺寸进行测量的装置，具体是一种以单片机与线阵CCD为主体的对工件尺寸进行精密测量的装置。

背景技术

在现在工业制造中，需要精确的知道工件的尺寸等，这样才能尽量减小误差，提高工件的精确度，以此来提高产品质量，甚至生产出新的产品。以往都是采用激光测量或者是以电容传感器为基础进行测量，非常容易受到环境的影响，并且误差相对较大，不适合用于复杂环境或者精确测量。

利用线阵CCD对工件尺寸进行测量可以适用于各种复杂的环境，并且安装测试容易，精度很高。利用线阵CCD进行测量具有效率高，速度快，无损伤等特点。并且线阵CCD具有自扫描的特点，使其能够实现快速的动态测量。目前利用线阵CCD对物体的尺寸进行测量的装置中，光源稳定性一般较差，致使CCD上被覆盖的光敏单元数不精确，特别是边缘点处的工件影像十分模糊，无法精确测量工件的尺寸。后续对信号的噪声处理也不理想，误差较大。显示时多采用数码管，电路复杂并且显示位数有限。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了减少外界环境与噪声干扰的方法，能够有效的提高测量精度。

本发明提供了一种光照系统，包括多个相邻波长的LED组合得到在确定范围内连续波长的光源。每个LED后面对应一片窄带滤光片，可以得到相对平行且稳定度高的近红外光。通过透镜将物体的影像放大，覆盖更多的光敏单元，间接提高了CCD的分辨率。将CCD输出的信号用MATLAB软件进行处理，减小信号中的噪声。单片机对数字信号进行处理后，在计算机上显示放大后工件的尺寸。

本发明具有以下优点：

(1)本发明使用了多个相邻波长的LED，并用滤波片进行滤光，得到更加稳定的近红外光。

(2)本发明采用MATLAB软件进行噪声信号的处理，使电路更加简便，也减少了线路中电流噪声的影响。

(3)本发明使用单片机对数据进行处理，处理速度快，操作方便。

(4)本发明利用计算机显示数据，可以显示出更多的位数，提高显示精度。

附图说明

图1为工件通过凸透镜成像于CCD上的示意图；

图2为利用单片机产生驱动信号，驱动线阵CCD工作的电路图；

图3为对CCD输出信号后的处理；

图4为整体工件测量系统流程图。

图标：1-高精度电源；2-LED；3-窄带滤光片；4-1,4-2-凸透镜；5-被测工件；6-线阵CCD；7-透镜支架。

具体实施方式

本发明采用多个波长相邻的LED，并且在每个LED的后面都有一个滤光片，利用窄带滤光片进行滤光，得到近红外光。由于LED被固定在某处，所以具有较高的稳定度。光线通过凸透镜后变为平行光。由于物体的尺寸一般较小，而线阵CCD的分辨率很难直接提升，直接测量会很不方便并且会产生测量误差。所以在被测物体后面加上一个成像透镜，将物体的尺寸进行一定程度放大后成像于线阵CCD上，覆盖更多的光敏单元，这样就间接提高了CCD的分辨率，更有利于精确的测出工件的尺寸。在测量时应该使透镜与支架垂直，并且透镜的焦点与工件的中心应该处于同一位置，被测工件才能成正确的像。

本发明通过单片机来驱动CCD，简化了电路，并且可以实现在线调试。利用MATLAB软件对输出的信号进行处理，尽量减小信号中的复位噪声与暗噪声。利用MATLAB软件进行处理比利用差动放大，低通滤波电路要更加简便，并且可以实时在线处理，不用更换测量元件。

将计算机输出的信号进行A/D转换，利用单片机对得到的数字信号进行处理，将结果在计算机上显示出来。计算机上得到的结果并不是工件的真实尺寸，还应该根据透镜与CCD之间的位置计算出其放大倍数，除以放大倍数后才是工件的真实尺寸。

Claims

1.一种利用线阵CCD测量工件尺寸的装置，其特征在于包括光学成像系统，线阵CCD(TCD1251UD)，信号处理部分，A/D转换芯片(ADS7825)，单片机(AT89C52)，计算机显示部分。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述光学成像系统采用了多个LED，并且每个LED后面都有一片窄带滤光片，可以得到稳定的近红外光，更好的将工件成像于CCD光敏面上，减小边缘误差。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于采用了凸透镜得到平行光并且对工件尺寸进行了一定的放大。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于线阵CCD具有灵敏度高，自扫描，像素位置准确，容易实现与单片机的智能化接口等优点，并且成本低，测量结构简单，可以实现多种环境的测量。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于信号处理部分采用MATLAB软件对信号进行处理，减小电流噪声等信号中的噪声。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于采用单片机驱动CCD工作，简化了电路。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于利用计算机显示工件尺寸，节省空间，显示数据位数更多，提高了显示精度。