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文献综述

摘要

线阵CCD是工业领域常用的非接触自动检测设备的主要部件之一。可以用于非接触检测物体的尺寸、运动速度、加速度、运动规律、位置、粗糙度、变形量、光学特性变化、条码信息等诸多应用中[1,2]。

本课题拟通过线阵CCD，通过非接触法对机械零件外形尺寸进行测量，并探讨影响测量范围、测量精度的主要因素，为设计实际尺寸测量系统奠定技术基础。

前言 随着科研和生产的迅速发展，对透明或不透明的棒件、管件以及线件等工件的直径尺寸实现快速、高精度、非接触、操作方便和稳定可靠的检测是非常必要的，例如对电缆、电线、钢丝、裸铜线、轧钢、纤维、橡胶、小钻头、灯丝的生产加工和测量。本测量系统的设计基于光电测量技术，集光学系统、CCD传感器、微处理器应用于一体[3]。本设计采用了CCD作为光电转换传感器来实现被测物体尺寸的光电非接触测量，它是被测物体直径尺寸测量的一项先进技术。采用CCD进行测量有其独有的特点，首先它本身是光电传感器件，它的光电特性主要取决于材料的物理性质，因此具有较高的可靠性，其次它本身又能自扫描，非常适用于动态快速测量，它的输出信号是数字式的，通过视频处理电路板可以直接与计算机相连，组成智能式的测量系统或质量监测系统。同时，该测量系统测量速度快，测量精度高，抗干扰能力强，是一种非接触式的测量系统，属于无损伤测量。而且，与同类测量系统比较，该测量系统成本低。由于可与计算机相连，可进行测量数据的集中采集和分析，以便进行质量分析和统计[4]。

CCD 简介及应用 电荷耦合器件（Charge Coupled Devices，CCD）是一种新型集成光电传感器件。CCD的广泛应用在机器视觉领域的改革创新中起到了非常重要的作用，它使机器有了获取70%以上信息的能力，加上它易于与计算机配合，使机器具有与人相似的眼睛和大脑等功能成为可能，为走向自动化、智能化奠定技术基础[5]。

CCD从结构上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。线阵CCD有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS 电容或光敏二极管结构，生产工艺相对简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，容易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像。面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。

近年来，随着大规模集成电路的发展，纳米技术的日臻成熟，CCD器件的品质随之越来越高，应用范围得到了极大的扩展。目前CCD 应用技术已经成为集光学、电子学、精密机械和计算机技术为一体的综合技术。由于CCD具有光电转换、信息存储等功能，因而在图像传感、信号处理、数字存储三大领域内得到了广泛的应用。线阵CCD主要应用于在线检测系统、传真系统、医疗仪器、光谱测量以及空间遥感等方面一维尺寸、位移的测量。例如生产现场中各种管、线、带材、间隙的在线测量；产品(比如陶瓷类产品)表面质量评定；在铁路应用方面，可以应用CCD对轮轨、车辆等工作状态进行监测等。而在二维以及三维领域，面阵CCD有着巨大的市场。由面阵CCD构成的摄像机可应用于现场工况监测、银行保安系统的室内监测、工件图像的识别以及太空的天文摄像等。目前面阵CCD在民用领域同样有着广泛的应用，甚至在数码相机、数码摄像机、手机等和大众生活息息相关的应用领域都有着不可替代的作用[6,7]。

基于CCD 器件的尺寸测量原理基于CCD 器件的尺寸测量采用的是光成像法[8]，该系统包括光源，CCD 传感器、CCD 视频信号处理模块、单片机控制[9]与被测工件尺寸显示模块等。单片机的智能化功能使系统可以自标定,剔除了系统误差的影响. 外扩计数器提高了计数频率,从而提高了系统精度[10-12]。