（工程力学专业论文）贯流风叶表面圆跳动激光检测系统的研制.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 我国是空调生产大国，目前国内的空调配件贯流风机叶轮生产线上产品质量检测手 段落后，尤其在圆跳动检测方面。已有的检测装置大多只能进行手工或半机械化操作， 无法保证产品质量和产品合格率。激光检测技术作为一种相当有效的检测方法以其快 。2 一) 、一7 一 速、高精度、非接触测量等特点广泛应用于工业生产的在线检测中。7 本文对现有的激光 ， 捡测技术进行了分析和研究，立足于技术成熟的c c d 成像光学法，提出了显微放大c c d l ，一、 、 成像的新方法爝激光检测技术和微机控制技术相结合，组成多点快速非接触叶轮圆跳 7 一一i 动检测系统。f 此外，本系统也可对金属和非金属线材的外径进行在线检测。一c v 一 本文主要的研究内容与创新如下： 1 综合应用光、电、机及计算机技术，对圆筒状叶轮的1 2 个工作截面的圆跳动， 同时进行非接触多点快速测量。其c c d 计数电路代替帧存储电路，使测量效率大大提高， 测量1 ：个截面，每个截面4 0 个测量点，测量时间能缩短至2 o 秒以下。 2 基于l a b w i n d o w s c v i 平台，编写与调试了具有虚拟仪器面板，包括测量、分析、 评定、测量结果保存和输出全过程的系统软件。其操作界面简单、明了、友善。 3 根据光学成像原理，并从夫琅和费圆孔衍射的规律入手，推导出像点弥散斑的能 量公布曲线，求出了像点弥散斑直径，用像点弥散斑方法，评价该光学系统的像质。此 外，推导出物像边缘亮度分布曲线，通过设置c c d 输出信号的电压阈值，求出物象边缘 真实值的补偿值。 整机调试和实际测量结果表明，系统的软件和硬件设计均达到技术要求，系统工作 稳定可靠，在实验室条件下进行长时间联机考核，得到了小于o o l m m 的圆跳动测量 精度。，。 j 。j 7 关键词：j 凰跳动，激光，c c d 传感器：) 多点快速测量? 一一一。- 止 5 6 l蔓 1 c l c 9 【一仁= = ：卜4 十、：= ：吐 - 7 433 同步信号的产生 4 3 3 1 同步周期的确定 7 4 l s 叫 图4 3 系统工作时序发生电路 c c d 是一种模拟性与数字性相结合的器件，其模拟输出信号的大小与两个参数有 关，一个足照在c c d 光积分器上的光强，另一个是c c d 光积分器的积分时间。光照 强度是一定的。为了确定积分时间，可根据图4 2 给出的c c d 光积分器灵敏度与入射 光波波长关系曲线n “”7 1 计算求得，但这一理论计算涉及参数较多，要对实际检测系统 准确计算非常困难。为此，采用了实验的方法来确定积分时间。 c c t ) 光积分器的积分是由其光栅来控制，积分时间的长短是由加在光栅上的控制 脉冲的周期长短决定。为此，在c c d 驱动电路设计时，将积分控制信号的周期设计成一 种可变形式，通过一组拨动开关，可方便地改变积分周期的大小。为了便于电路设计， 莳先需要确定积分时间的范围，该范围确定要从信号处理和数据采集系统的设计来考 虑。为了提高光积分器输出信号频率，信号的采集和数据传输采用了分开进行方法，这 样可以不会因为数据传输慢而影响数据的高速采集。数据的采集采用p c 总线接1 ：3 电路， 逐点实时采集光积分器输出信号，这样可大幅度提高光积分器输出信号的频率，大大提 高输出信号的信噪比，这可从上面的分析结果得知。为了保险起见，同时结合电路设计 要求，本系统积分时间最少确定为1 3 3 5 1 m s 。 一- - 一 3 4 华中科技大学硕士学位论文 = 自自自| 目| 目j 鞠i | e 目 最长的积分时间可根据暗时输出电压与积分时间和温度的关系来确定。光积分器 作为一种电荷耦合器件，其暗电流信号随积分时间增加呈线性增长关系。另一方面，光 干j 分器还要受到环境温度的影响，温度越高，其热噪声也越大，这些都是信号中噪声的 主要来源，为了保证光积分器的输出信号的信噪比要求，噪声应限制在一定的水平以下。 图4 3 所示是暗时输出电压，与积分时间和环境温度的关系曲线。根据这一关系曲线， a j 确定光积分器最长积分时间。从信号处理与数据采集系统考虑，信号中噪声的水平应 低于采样最小分辨位数，这样才不会因噪声影响信号的大小。 在以上分析的基础上，对各种光积分时间进行了实验。实验是将光路系统、光积 分器，信号处理和数据采集系统及微机全部连接起来进行测试。实验分两项进行，一是 测试信号大小，另一项是测试噪声大小。信号测试时，将光强信号照在光积分器上；噪 卢测试时，将光强信号转至目视窗口，使光积分器上无光照射，因此，这时的噪声实际 上二包括了光积分器噪声、信号处理噪声、数据采集系统噪声等所有电路噪声。先从最小 积分时间开始，逐渐增大积分时间。积分时间为最小，即为1 3 3 5 1 s 时，信号输出为 0 4 v ，这表明光强度太弱；积分时间为2 6 8 0 6 m s 时，信号幅度为1 2 v ；当积分时间增 至4 53 2 3 m s 时，信号幅度已达4 5 v ，但约2 分钟后，出现噪声信号，随后噪声逐渐增 大。从上述实验结果，可得出如下结论： 积分时间的增加，可大幅度提高信号幅度。 积分时问的增加，也会使噪声加大。 在积分时间的增至4 5 3 2 3 m s 时，开始并未出现噪声信号，而在约2 分钟后出现噪 声，并随时间逐渐增大，然后逐渐稳定在一定水平上，这表明，光积分器热噪声，电路 噪声的影响也是一个不容忽视的因素，同时也验证了前面的分析。 根据以上分析和实验结果，本系统积分时间选定为2 0 4 8 0 m s 43 32 产生同步信号的电路原理 确定积分时间后，实际中要每隔这个周期发送s h 脉冲来控制c c d 的积分周期，由 于w i n d o w s 是多任务操作系统，在软件中定时会非常不准确，所以使用4 0 4 0 来作为计 数定时器。 一_ 一 3 5 华中科技大学硕士学位论文 4 0 4 0 为1 2 位二进制串行计数器，每当时钟c l k 有一个下降沿到来时，计数器的 计数值加l ，其输出q l q 1 2 随之变化。实际运行时，先将d 触发器的输出q 置0 ，并 清零4 0 4 0 ，同时不断检测d 触发器的输出q 是否变为1 。4 0 4 0 被清零后，q l q 1 2 分别 在卜一2 “个c l k 周后变为l ，将高5 位和低位通过跳线柱分别与与非门相连，当设定 时间到来时，与非门输出0 ，经反向后给d 触发器上跳脉冲，其输出q 变为1 ，程序检 测到q 的变化后则可判定积分时间结束，可进行下一步操作。 l c l k q l q 2 r s t q 3 q 4 q 6 q 7 q 8 q 9 q 1 0 q 1 1 q 1 2 4 4 步进电机的控制 图4 4 同步信号产生电路 本系统选用江苏金坛四海电机电器厂生产的4 2 b y 0 0 9 型步进电机和$ 1 1 2 0 4 6 a 型驱 动器。步进电机的步距角为0 9 。，与驱动器相连，驱动器接收脉冲信号，每个脉冲的 下跳沿到来时，驱动电机转动一步。上位机通过p c 总线的数据线d 2 d o 给驱动器脉冲 信号即为控制步进电机的转动。 3 , 6 一 华中科技大学硕士学位论文 51 c c d 信号调理和计数电路 第5 章测量模块的设计 c c d 的输出信号经过三级管放大电路放大后，得到满足后续测量要求的信号v 。 接收到高速比较器l m 3 1 1 的反向输出端，与由精密电阻控制的阀值电压做比较，比较得 出的结果，即高电平的宽度与后一级的门相连，这样可以控制门的关启时间。若0 s 中 较低的电平时间长，则l 1 3 1 l 输出的高电平的时间长，即“门”开启时间长，此期间通 过的c l k 2 脉冲就越多，4 0 4 0 计数值就越大；反之则4 0 4 0 的计数值就小。通过这样的 过程就可测得照到c c d 上的光线的宽度。 5 2 数据同步传输电路 图5 1c c d 信号的调整和计数电路 根据设计要求，对圆筒状叶的1 2 个截面的圆跳动时进行非接触测量，这是个典 型的多点快速测量问题，其数据传输是关键之一。滚筒旋转一周，在1 2 个采样截面， 3 7 华中科技大学硕士学位论文 沿圆周各自均匀采集4 0 个数据，每点数据有i i 位二进制数，这样有大量数据需按时序 要求从c c d 传输至微机。微机控制下的串行数据传输能满足这样的要求a 其电路图如图 5 2 所示。 i c 2 p 1 71 3 a 7m 晨 一， i ， p 1 61 2 0 6 8c l k p l s1 l q 5c l k p 1 4i 0 o t 36 q 4 p i t5 0 3 d i l4 q 2 2 j t q i b p i o3 l l 曲 7 4 l s l “ i c 4v c c 1 3 灿 1 2 q 7m r d 1 1 3i l 8c l k d i l 2l 0 q 5 c l 芷 p 1 1 16 o p i l o5 d 1 94 q 2 2 q lb d 1 83il q 0 ? 4 l s i “ 图5 2数据同步传输电路 数据传输电路由八位移位寄存器 7 4 l s l 6 4 为串行输入，并行输出， c l 。k 为时钟。 7 4 l s l 6 4 和7 4 l s l 6 5 组成。 带有清除位的8 位移位寄存器。m r 为清零端， m r 为0 时，所有输出清零。 m r 为l 时，c p 若为0 ，则各触发器不动作，保持原态。 嘛为l 时，当c p 上跳沿到来时，数据由q o 逐位移到q 7 ，最低位则依照d n ，d “ 的值变化。若d 。吣都为i ，则低位补1 ：若有一个为0 ，则低位补0 。 7 4 l s l 6 5 为并行或串行输入，串行输出，带状态控制端p l 的8 位移位寄存器。c l k i ， c l k 2 为双时钟，s e r 为串行输入端。 华中科技大学硕士学位论文 凡的负脉冲到来时，并行数据输入端d o - - d 7 的数据可直接对触发器置数，将数 捌送入寄存器。 j ，l 变为l 后，若c l k l ，c l k 2 均为0 ，则寄存器保持原状，此时，c l k l ，c l k 2 中 的个上升沿到来时，串行输入端s e r 的数值被送入寄存器内部的q o 上，其它各级已 仔入的数据也依次右移一次。 所有7 4 l s l 6 4 和7 4 l s l 6 5 的c l k 脚均连接在一起。由上位机给出同步脉冲。每1 6 个脉冲过后总线读一次数，则1 2 个测试模块的计数值会从近到远依次被读入上位机。 每点数据的ll 位二进制数，由7 4 l s l 6 5 的信号线s e r 连接；而1 5 个采样截面间的数据， 出7 4 s 1 6 5 的信号线n x t 两两连接，将各测点数据串行连接起来。这样用一条数据线， 实现丁在规定的时钟c l k 控制下，采样数据并入串出传输至p c 总线接口电路板。再通 过7 4 t s 1 6 4 ，在c l k 控制下数据串入并出p c 总线。 图5 3 数据同步传输电路 3 9 华中科技大学硕士学位论文 54 c c d 的电平转换 根据c c d 工作原理要求，所有驱动脉冲信号的电平为低电平0 5 v 、高电平1 2 v 。因 此，上述信号产生后，还要进行电平转换和驱动。图5 3 所示为t t l m o s 转换电路。图 4 7 中的阻容网络可保证t t l t o m o s ，其接收标准的r t l 电平，输出驱动m o s 电路的高 电压、电流。 4 0 一 华中科技大学硕士学位论文 第6 章系统软件设计 6 1 基于l a b w i n d o w s c v i 平台的虚拟仪器开发 为了提高虚拟仪器的使用性能，降低用户的误操作率，该仪器面板从用户使用角度 发，充分考虑人对信息感知、分析、评价、决策和操作等各个环节生理和心理来设计， 体现了软件是虚拟仪器的核心，虚拟仪器的面板是用户与仪器之间交流信息的纽带这一 设计思想”训。该软件是基于w i n d o w s 操作系统的应用程序，因而具有w i n d o w s 程序的 一切优点，如图形化界面、多任务、多窗标准化操作等。虚拟仪器面板提供各种形象逼 真的图形化控件，用户可直接用键盘或鼠标“拨动”面板上的各种虚拟键与虚拟开关， 完成相应功能掉用，其入机界面远远优与普通的命令行或菜单式软件；虚拟仪器面板的 另外一个特点是。可以实现实时面板事件处理。系统软件在不断处理前台任务过程中， 如果用户同时按动某个虚拟键所对应的热键或在该虚拟键上按动鼠标时，后台输入处理 程序便产生一个相应的事件，系统根据该时间的优先级别，决定是否将该事件送至面板 对象处理程序。 l a b w i n d o w s c v i 是美国n i 公司推出的一种集成化编程环境，它采用可视化编程方 法，并蚌】c o d e b u i l d e r 这一自动程序生成工具快速产生c 源代码，大大提高了编程效率， 提供各种灵巧方便的界面生成、编程、调试工具，使得编程、调试轻松自如。此外， l a b w i l l d o w s c v i 还提供丰富的数值分析，数字信号处理函数库，为用户开发虚拟仪器 系统节省大量的编程时间开销。 62 w i n d o w s 的d d e 原理 d d e 是一种动态数据交换机制( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ，d d e ) 。使用d d e 通讯需 要两个w i n d o w s 应用程序，其中一个作为服务器处理信息，另外一个作为客户机从服务 器获得信息。客户机应用程序向当前所激活的服务器应用程序发送一条消息请求信息， 服务器应用程序根据该信息作出应答，从而实现两个程序之间的数据交换。 w i n d o w s 的d d e 机制基于w i n d o w s 的消息机制。两个w i n d o w s 应用程序通过相 一_ _ - _ _ _ _ - _ _ 一 4 1 华中科技大学硕士学位论文 互之间传递d d e 消息进行d d e 会话( c o n v e r s a t i o n ) ，从而完成数据的请求、应答、传 输。这两个应用程序分别称为服务l l 导( s e r v 啪和客p ( c l i e n t ) 。服务器是数据的提供者， 客户是数据的请求和接受者。 d d e 会话由客户程序启动。客户程序把一条消息( w m _ d d e _ i n i t i a t e ) 传播给当 日u 运行的所有w i n d o w s 程序。这条消息指明了客户程序所需要的一般数据( 应用程序、 二e 题) 。拥有这些数据的d d e 服务器可以响应这条被传播的消息。此时，d d e 会话就 ，1 ：始了。 由于在每个主题中，d d e 服务器可以支持一个或多个数据项，所以在客户请求数 据时应同时指明应用程序名、主题名和项目名。应用程序、主题、项目是d d e 中三个 最基本的概念。 63 应用程序软件的模块化设计 根据多点快速非接触圆跳动测量系统的特点，结合虚拟仪器软件框架的要求，设 汁了套具有高度交互性、实时性与直观性的虚拟仪器面板软件，如图5 3 所示。 6 3 1 主界面 主界面( 如图6 1 ) 上实时显示了1 2 个检测点的实测值，跳动值和预先设定的阀值， 当某个检测点的跳动超过阀值时，相应的警报灯就会点亮提示超差。 每个工件测量完毕后会在屏幕中部显示其最大跳动值和对应的截面号。 在主界面上包括了启动、停止按纽。以及参数设置、系统设置、数据管理等功能按 纽。 。4 2 。_ - 一 华中科技大学硕士学位论文 632 系统设置 图6 1软件主界面 图6 2系统设置面板 4 3 华中科技大学硕士学位论文 系统设置是对整个系统相关的参数进行设置，如图6 2 。分为工件参数管理( 如图 6 3 ) 和j 操作者管理( 如图6 4 ) 。 图6 3操作者管理面板 图6 4工件参数管理面板 4 4 华中科技大学硕士学位论文 6 3 3 参数设置 这个面板每批工件检测前做的参数设置，也可将其保存在标准转子库中，供以后 再次使用，如图6 5 。 6 3 4 检测结果的数据管理 图6 5参数设置面板 此模块应用d d e 机制将生成数据自动导入m i c r o s o f te x c e l 中保存、管理，在需要 查看或报表输出时，程序会自动调用e x c e l 并将数据按规定的格式显示，如图6 6 。 4 5 华中科技大学硕士学位论文 幽6 6 数据臂理 华中科技大学硕士学位论文 第7 章系统调试与精度分析 7 1 圆跳动仪性能指标的软硬件实现 1 测量效率2 秒 系统对圆筒状叶轮的1 2 个采样截面，沿圆周各自均匀采集4 0 个数据，每个数据 的时问由三部分组成：步进电机走动时间t ；c 0 1 ) 积分时间t 。；数据传输时间t 。 系统软件设定步进电机每步间隔3 m s ，每走l o 步，圆筒被测一点。则tl = 3 9 = 2 7 m s ； c c d 积分时间t 2 = 2 1 4 8 0 m s ： 对每点数据应占据1 6 位二进制数，为预防毛刺，取3 次求均值，串行数据传输时 间t 2 3 1 2 1 6 “s ：o 5 8 m s 。 所以，系统对叶轮测量效率为( t 。+ t 。十t 。) 4 0 = 1 9 6 2s 。 2 测量分辨率0 o l m m ， 中求出像点弥散斑直径d l = 2 w 厂- - 7 7 7 pm ，可知显微物镜的实际分辨率为 7 7 7 “m ，满足测量分辨率的要求。 3 测量范围2 砌 由于c c d 光敏面尺寸为2 8 6 7 2 m m ，光学系统的放大率约为1 0 倍，所以该系统的 、 测量范围2 眦。 7 2 实际测量结果 72 1 系统标定 根锯被测叶轮的尺寸要求，选定1 2 套测量装置，各套放大倍数a i 如表6 1 所示。 表6 1 系统标定系数表 l 01 234567891 01 1 i 放人倍数( f i ) 1 0 29 91 0 01 0 19 91 0 09 t 79 91 0 4 1 0 21 0 31 0 1 4 7 华中科技大学硕士学位论文 对该实际工件的相应各点，用准确度为pm 级的电感测微仪所测量的圆跳动值作 为参考值，附于表中。 722 联机测试 系统标定后在实验室进行联测试，以下测量结果是在室温2 0 左右，系统连续工 作6 小时条件下得到的。测量结果如表6 2 、6 3 所示。 表6 2 中所示的实际工件各测点圆跳动的c c d 像元计数值，乘以转换系数1 4 舱i ， 能得到表6 3 所示的各测点圆跳动( “m ) 。 表6 2 一实际工件各测点圆跳动的c c d 像元计数值( 个数) 弋i 0l2345 67891 01 1 次数 l1 5 62 l o3 0 13 7 53 9 63 8 03 8 24 2 5 3 3 0瑚 2 3 41 0 8 21 5 42 0 73 0 23 7 73 9 53 7 63 8 04 2 83 3 1 2 9 72 3 l1 0 7 3 1 5 5 2 0 92 9 93 7 83 9 93 7 53 7 84 3 23 3 22 9 82 3 01 1 0 41 5 32 0 83 0 13 7 63 9 63 7 93 8 54 2 93 2 92 9 92 3 21 0 7 51 5 22 0 73 0 33 7 53 9 53 8 13 7 74 3 23 3 02 9 92 2 9 1 0 9 6 1 5 5 2 0 73 0 13 7 93 9 73 7 63 8 64 3 13 3 12 9 62 2 92 2 0 7 1 5 62 0 92 9 73 8 03 9 93 7 93 8 14 3 33 3 02 9 5 2 3 11 0 9 b 1 5 32 0 82 9 83 8 1 3 9 63 8 33 8 24 2 63 3 13 2 3 31 0 8 9 1 5 4 2 1 03 0 2 3 7 74 0 23 3 7 9 4 3 23 2 93 0 12 3 21 0 8 1 01 5 22 0 92 9 93 7 63 9 93 8 13 8 14 2 83 2 83 2 3 11 0 7 t 均值1 5 42 0 8 43 0 0 33 7 7 43 9 7 43 7 9 03 8 1 14 2 9 63 3 0 12 9 8 52 3 1 2 1 0 8 3 示值嗖： 动性2 5 9 71 4 4 01 6 6 51 5 9 01 7 6 12 1 1 12 3 6 218 6 20 9 0 92 0 1 02 1 6 32 7 7 0 ( ) 一_ - - _ - _ _ _ - _ _ - - - _ _ _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ - _ _ _ _ l _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ - _ _ _ - _ - _ _ _ _ - _ 一 4 8 华中科技大学颁士学位论文 j j 目= j 自= = ，目t = # j 目- | = = = _ g ；- 自_ _ _ - - _ - _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i li _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ - 表6 - 3 多点速非接触圆跳动检测系统对一实际工件各测点圆跳动测量值( j f lm ) 01 234567 891 01 1 阙跳动 仅测值2 1 1 42 9 4 74 2 045 2 3 15 6 2 05 3 0 65 5 0 06 0 7 54 4 4 4 4 0 9 73 1 431 5 0 i i m j 小值以 o6 6 71 6 2 10 0 9 50 5 9 605 3 10 1 1 30 3 6 20 4 1 30 1 3 50 7 9 91 3 8 70 0 6 7 差( j 分析以上测量结果，补测件外径的测量误差小于0 o l o m m ；被测件圆跳动的测量 误差小于0 o l o m m 。由测量结果可知，叶轮圆跳动仪的精度满足了设计要求。 7 3 系统的误差分析 激光检测空调叶轮圆跳动系统作为一个多点快速检测光电系统，影响测量精度的 误差来自光、机、电的各个环节，分析整个测量系统的方案，其主要误差来源有以下几 个方面： 1 c c d 探测精度 包括从c c d 接收、经后续电路及软件处理所得测点高度值的精度。我们以在实验室 中用c ( ：d 探测器直接测量放在平晶上鉴定的3 块块规来标定其精度，其最大差值小于 4 “m ，故l = 4 “m 。 2 测量环境误差 测量环境对测量稳定性影响很大，除温度与气流等对准直光束有影响外，它对电路 稳定性和机械稳定性等都有影响。经实测，这项误差在2 小时内的最大差值为a2 = 4 m 3 光电探测器安装误差 光电探测器不在接受物镜的焦面上，或在焦面上有微小的位移时，对外径的测量影 响较小，取3 = 1 “m 。 4 9 华中科技大学额士学位论文 4 光学系统的各种实际像引起的误差 对本光学系统依据像差理论分析，在物方远心光路中，其显微物镜畸变的校正无法 保证高精度的测量。经实测，这项误差值a4 = 7 m 。 根据随机误差的综合计算公式可得： 6 ；缸i 函丽- 9 1 p m 5 0 华中科技大学硕士学位论文 第8 章全文总结 随着工业自动化的发展和产品质量意识斩提高，自动测控技术的重要性目益显著。 目前，激光动态非接触检测的方法很多，有些技术比较成熟，并广泛应用于生产线上。 本文分圻了多种方法的优缺点，结合圆筒状叶轮圆跳动测量的特点，依据准确性、经济 形性、可行性的特点，提出了显微放大c c d 成像法，同时在硬件电路和软件设计中设 法解决了显微物镜引光路造成的像点造成的像点弥散问题，从而大大提高了测量精度， 且系统造价不高，调试容易。 本系统的基本原理为以的激光束与滚筒相切入射后，入射显微镜，经放大后成像于 c c d 靶面上，由于滚筒的存在，使得一部分光线被挡住，相对应的检测象元五信号输 出，通过分析阵列传感器的信号输出可求出被测点偏离光轴的相对距离。步进电机驱动 滚筒转动后，可测被测截面圆的圆跳动值。沿滚筒轴向放置多套测量模块，他们与上位 采用同步串行的通讯，即可快速非接触的检测整个滚筒的圆跳动。 通过认真细致的研究与实践，完成了以下的工作： 1 根据实际要求对课题进行整体设计； 2 根据光学成像原理，分析了远心准直激光束切入叶轮边缘，在光学系统像方焦 平面成像的光路原理： 3 通过设置c c d 输出信号的电压阈值，求出物象边缘真实值的补偿值，解决了物 象边缘不清晰导致的测值偏差的问题； 4 对所采用光学器件进行设计及选择； 5 尝试用夫琅和费圆孔衍射规律推导像点弥散斑直径； 6 探讨了解决物像边沿不清晰导致的测值偏差问题； 7 根据所选的c c d 芯片计算出其光积分时间，进而确定系统的同步信号的周期； 8 设计并实现系统的硬件电路； 9 设计并编写系统软件，完成对整个过程的控制和测量结果的处理； 1 0 调试整机，测试其精度和可靠性，并对整机进行误差分析。 通过使用单位的实际使用和评估，证明本课题完成的仪器可在很短时间内( 2 秒) ， 一_ 一 5 l 华中科技大学硕士学位论文 非接触的测量贯流风叶的1 2 个截面，并达到用户需要的精度，基本实现了本课题的预 期目标。 本系统稍加改动，即可用于钢材、建材、光纤、塑料件等多种行业。随着工业自 动化的发展和产品质量意识提高，自动测控技术的重要性日益显著，本系统必然会具有 更加良好的应用前景和经济效益。 5 2 华中科技大学额士学位论文 致谢 日、j 光飞逝，本人即将完成硕士研究生的学业。在我的硕士学习阶段和硕士论文设计 过程中，我的导师陈传尧老师、曹继光老师自始至终给予了悉心的指导和耐心的帮助。 两位导师一直以他们严谨的治学态度和诲人不倦的育人精神熏陶和影响着我。他们不但 在我的学业上付出了极大的精力和热情，在生活中也给予了无微不至的关怀和帮助。在 此，我向我尊敬的导师们表示无限的敬意和最真诚的感谢! 他们传授给我的知识和积极 向上的态度将使我终生受用。 在这瞿，我还要郑重感谢我的父母及家人，是他们一直鼓励我在漫长的求学生涯中， 始终保持旺盛的斗志，没有丝毫的后顾之忧，没有他们无私的付出，我不可能完成学业， 我想在这里再次谢谢他们i 同时，本人也要感谢本实验室的李顶根博士、王桃发硕士、李瑞斌硕士、张士兵硕 士、王莉硕士等同志的指导和帮助。他们对我的日常生活和工作给予了很多支持与帮助， 对我的沦文也提供了宝贵的意见和建议。一并谢谢他们i 最后，在这里感谢所有关心和帮助过我的人。仅以此文回报他们的理解和支持l 作者于华工园 2 0 0 3 年4 月 5 3 华中科技大学颁士学位论文 ；l | 目_ j _ 4 ；= ；l j _ q ；= = e ；，= 自- _ _ | _ i _ _ - 一i i i i _ - 参考文献 【1 1 魏玉祺，冯洪江。奥克斯探寻链条深处的奶酪。企业管理。2 0 0 2 ，1 0 。 【2 】国家标准g b l l 8 3 8 0 。位置公差，北京：国家标准局。1 9 8 0 【3 】d i s m i t h g a l l ，l s w a t k i n s 1 i g h ts c a t t e r i n g 1 9 9 7 ，1 6 ( 1 ) ：2 3 9 5 【4 】l g c o h e n d y n a m i c m e a s u r e m e n to f o p t i c a l f i b e rd i a m e t e r r e v s c i i n s t r u m 1 9 7 3 ，4 4 ：1 7 4 9 【5 】b t m e g g i t t g e o m a n t r i c a lm e a s u r e m e n to ff i b e r o p t i cs t a r t e rt u b su s i n ga n o v e lo p t i c a l t e c h n i q u e o p t i c & l e a e rt e c h n o l o g y 1 9 8 9 ，2 1 ( 5 ) ，3 4 3 - 3 4 4 f 6 】l s w a t l i n s c o n t r o lo fm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s p r o c o ft h e1 e e e 1 9 8 2 ，7 0 ( 6 ) ：6 2 6 【7 】h m p r e s b y g e o m e t r i cm e a s u r e m e n to fp e r f o r mr o d sa n ds o r t i n gt u b e s a p p l o p t 1 9 8 2 ，2l ( 1 9 ) ：3 5 2 8 3 0 【8 j 同本专利。细管内径测量装置。昭5 7 1 4 2 5 0 5 。 【9 】a b f e d o r t s o v af a s to p e r a t i n gl a s e rd e v i c ef o rm e a s u r i n gt h et h i c k n e s so f t r a n s p a r e n t s o l i da n d l i q u i df i l m s r e v s c i i n s t r u m 1 9 9 2 ，6 3 ( 7 ) ：3 5 7 9 - 8 2 【1 0 】c h e n w e i m i n a n c w t y p eh i g hp r e c i s i o n l a s e rt h i c k n e s s g a u g e s p i e 1 9 0 0 ，1 2 3 0 ：4 1 9 - 4 2 0 【1 1 】n k o j i a m n o n d e s t r u c t i v em e a s u r e m e n t o fi n n e rr a d i u so fa t r a n s p a r e n t c i r e l a rp i p e j j p n s o c p r e c i s e n g ( j a p a n ) 1 9 9 8 ，5 4 ( 1 0 ) ：1 9 3 9 4 5 i1 2 】r i c h a r dh o b e l l a s e r t e c h n o l o g yp r o v i d e sp r e c i s e o n n o n - c o n t a c td i m e n s i o n a l m e a s u r e m e n t a p p l o p t 1 9 9 2 ，2 1 ：1 3 2 6 【1 3 lj , s a n c h e z ，r w h e e b n e r a n dl s w a t k i n s o n - l i n em e a s u r e m e n to fg l a s st h i c k n e s s d e p o s i t e di nt h em c v d f i b e rp e r f o r mp r o c e s sp r e s e n t e da ti o o c 8 1 ，s a nf r a n c i s c o ，p a p e r f u g 2 ，d l g e s t 1 9 8 2 ：6 2 1 4 艾勇。最新光学应用测量技术。武汉：武汉测绘科技大学出版社。1 9 9 4 。 1 5 郝群。激光准直和c c d 测量技术在大型尺寸形位误差测量中的应用研究。北京。 清华大学。博士论文。1 9 9 7 。 f 1 6 高稚允，高岳。光电检测技术。北京：国防工业出版社。1 9 9 5 。 5 4 华中科技大学硕士学位论文 j - 目= j = j = g = = = 蕾 li _ _ _ ；- _ _ - - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ - - j _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - 17 陈本智，陈光梧。在线实时检测玻璃管外径和壁厚尺寸的新技术。计量学报。1 9 9 5 ， 1 6 ( 3 ) ：2 2 l 一2 2 5 。 1 8 孙学珠等。c c d 传感器检测玻璃管外径和壁夺取的研究，计量与测试技术。1 9 9 5 ( 5 ) ：卜5 。 1 9 d a i m p a p u r t 用激光测量外径，国外计量。1 9 8 9 ( 1 ) ：1 5 1 6 。 2 0 蔡文贵，李永远，许振华。c c d 技术及应用。北京：电子工业出版社。1 9 9 2 。 2 1 王庆有，孙学珠。c c d 应用技术。天津：天津工业出版社。1 9 9 3 。 2 2 ；纫定元，糜正瑜。光电器件导论。上海：上海科学技术文献出版社。1 9 8 9 。 2 3 疗如章，刘玉凤。光电器件。北京：国防工业出版社。1 9 8 8 。 2 4 + 每中林，汪开源。光电子器件。南京：东南大学出版社。1 9 9 1 。 2 5 马树源，梁晋文，章恩耀。以半导体激光器为光源的准直研究。北京：计量学报。 1 9 9 3 。1 4 ( 3 ) 。 2 6 潘君骅。关于非球面制造技术。光学技术。1 9 9 8 ( 3 ) ：2 3 2 5 。 2 7 全奉先，辛启明。波带板法检测非球面技术。光学技术。1 9 9 8 ( 3 ) ：3 4 3 4 2 8 张新平，徐品方。用于高斯光束均匀化的非球面透镜系统分析与设计应用光学系 统设计。应用光学。1 9 9 4 ，1 5 ( 3 ) ：1 2 一1 5 。 2 9 e u g e n e t e c h t ，a l f r e dz a j a c 光学。北京：人民教育出版社。1 9 8 0 。 3 0 胡玉禧，安连生。应用光学。合肥：中国科技大学出版社。1 9 9 6 。 3 1 张以谟。应用光学。北京：机械工业出版社。1 9 8 8 。 ：j 2 孙学珠，付维乔，刘庆，王庆有。高精度c c d 尺寸自动检测系统的光学系统设计。 应用光学。1 9 9 5 ，1 6 ( 1 ) ：9 1 2 。 3 3 麦伟麟。光学传递函数及其数理基础。北京：国防工业出版社。1 9 7 9 。 3 4 谭浩强。c 程序设计题解与上机指导。北京：清华大学出版社。1 9 9 2 。 3 5 l a s e rd i o d ew i t hv i s i b l ew a v e l e n t h6 5 0 n mp r o d u c tg u i d e t o s h i b a 1 9 9 2 1 5 1 3 6 l a s e rd i o d eg u i d eh o o k 1 9 9 2 3 7 m f t o m p s e t ta n de j z i