细丝直径测试仪讲诉

1、西安工业大学北方信息工程学院课程设计 ( 论文 )题目：细丝直径测试仪系别：光电信息系专业：光电信息工程班级：B100105学生：B10010521学号：任课教师：李媛2013 年 10 月基于远心光路成像系统的线阵CCD 直径测量仪摘要近年来，随着新型光电器件的不断涌现、单片机数据处理能力的提高和生产全面质量管理的要求， 非接触式智能化仪器将逐步取代传统上的机械测量仪器本文设计了一套基于线阵CCD 的非接触直径测量仪器，该装置可以对0.5mm 30mm的工件进行测量，测量精度为 5m。本文论述了 CCD 光电尺寸测量装置的基本原理，分析了光学系统各部分的形式，采用柯拉照明和远心光路成像，以保

2、证成像质量和测量精度。 用微分法提取被测工的边缘信息， 详细论述了信号处理电路中的各个模块的实现方法， 并将微分法处理电路和单片机控制系统作为重点。同时还给出了 CCD 测量直径系统的控制程序流程图及部分程序。 通过实验得到测量结果， 对几个重要参数进行了分析， 最后就影响系统测量精度的几种主要误差进行了讨论，给出消除误差的方法，以便达到更高的测量精度。关键字： 线阵 CCD 直径测量远心光路微分法MSP4301ABSTRACTIn recent years, along with new optoelectronic devices flowing out continuously 、the

3、capacity of MCUdata processing improving,and the requirements of overallproduction quality management, non-contact Intelligent machines will replace the traditional mechanical instruments gradually. In this paper, I designed a set of portable non-contact measurement instruments based on linear array

4、 CCD, which can measurethe workpiece from 0.5mmto 30mm,with measurement precision 5Inm .this paper, I discussed the basic principle of CCD photoelectric measurement devices, analyzed the form of parts of optical system, adopt Kohler illumination and telecentric beam path design in order to ensure im

5、age quality and accuracy. Adopting differential theory extracted edge information of measured workpiece, and discussed the signal processing circuit in the realization of the various modules in detail, and made the differential processing circuitry and single-chip control system as emphases,at the s

6、ame time I gave control program flow chart of CCD diameter measurement system and related parts procedures of it. Through experimental measurement results, I analyzed several important parameters, discussed several major errors which influences the accuracy of system in the end, gave the method of e

7、limination of errors, in order to achieve higher measurement accuracy1.Key Words:LineararrayCCDDiameter measurementTelecentric optical pathDifferential theory MSP4302目录1绪论41、 1前言41、 2国外发展现状41、 3国内发展现状51、 4论文的主要内容62测量原理和方案论证62、 1方案一传统测量细丝直径的方法62、 2方案二利用衍射法测量细铜丝直径62、 3方案三利用分光法测量细铜丝直径72、 4方案四利用远心光路成像测量

8、直径92、 5设计方案的论证与选择采用112、5、1设计方案一的论证112、5、2设计方案二的论证112、5、3设计方案三的论证112、5、4设计方案四的论证122、5、5设计方案的采用123机械系统设计123、 1原理结构图123、 2成像结构图133、 3整体结构设计134精度分析154、 1机械设计系统对测量精度的影响分析154、 2被测工件的均匀性对测量精度的影响164、 3杂光、光通量变化对测量精度的影响164、 4仪器误差175总结185、 1设计总结185、 2学习体会18参考文献2031 绪论1、1前言光电自动检测技术在工业自动化生产中有着极其广泛和重要的用途。然而，目前产品零

9、件尺寸的检测大多数是人工测量的接触式和静止测量，所以检测速度低，生产效率低，劳动强度大，远远跟不上目前自动化生产的需要。尤其在全面质量管理过程中，更需要先进的、智能的检测手段。目前，国内外常采用激光扫描光电线径测量，但是这种方法受电机的温度及振动的影响， 扫描恒速度的限制，会产生高温使其降低寿命。我们研制的基于线阵 CCD 便携式非接触直径测量仪器正是适应当前社会自动化生产的急需而设计的， 该测径仪是一种光、 机、电一体化的产品。尤其适用于电缆、电线、玻璃管、轴类零件的外径测量，对保证产品质量，降低原材料消耗， 降低生产成本， 提高劳动生产率有着重大的经济效益和社会意义。对各种细丝直径的测量常

10、常关系到工业产品的级别， 如钟表中的游丝、 光导纤维、化学纤维、各种细线、电阻丝、集成电路引线以及种类仪器、标尺的刻线等。传统的测量方法多数为接触法，其它的有电阻法、称重法。也有采用光学方法的，如光学显微镜法、干涉法、扫描法、投影放大法、比较法等。然而，大多检测方法检测速度低， 生产效率低， 劳动强度大， 远远跟不上目前自动化生产的需要。尤其在全面质量管理过程中，更需要先进的、智能的检测手段。目前，国内外常采用激光扫描光电线径测量， 但是但激光衍射细丝测量法比较适合于静态的高精度测量 , 当用于动态测量时会由于被测丝的晃动导致衍射条纹快速移动而失准 , 也难以快速得到测量结果 , 同时还具有结

11、构复杂、 格昂贵等缺点 , 不太适于现场快速测量细丝直径。 基于 CCD技术的快速发展及后续处理算法的日益真实有效故 CCD在现代自动化生产中扮演者越来越重要的作用。 为满足大工业化生产线阵 CCD测径仪便应运而生， 该测径仪是一种光、 机、电、算于一体的产品。尤其适用于电缆、电线、玻璃管、轴类零件的外径测量，对保证产品质量，降低原材料消耗，降低生产成本，提高劳动生产率有着重大的经济效益和社会意义。1、2国外发展现状社会的进步重要体现就是科技的进步，科技进步主要体现使用劳动工具的进步。从 18 世纪工业革命以来，科学技术以前所未有的速度在突飞猛进的发展，特别是近 50 年来，随着现代化生产和加

12、工技术的发展，对于加工零件的检测速4度与精度有了更高的要求，向着高速度、高精度、非接触和在线检测方向发展。为此，工业发达国家对于检测仪器与设备速度与精度一直作为检测仪器的主要指标。 CCD 测径仪特别适用于电缆、电线的在线自动检测，对保证产品的质量，降低原材料消耗， 降低生产成本， 提高劳动生产率有着十分重要的意义，所以各国政府都很重视对测径仪的研究。英国 Beta AS3 系列全新的激光测径仪：LD1040-S(单向直径测量仪 )、LD1040XY-S( 双向直径测量仪 )，精度： 0.1 m，测量范围最广，单向测径仪最大可测直径达 330.3mm，双向测径仪最大可测直径值达 100mm，测

13、量精度最高，最高测量精度可达 0.1 m，是目前同类产品中的最高的测量精度。日本生产的 LS-7000 系列高速、高精度 CCD 测量仪器，如：LS-7030M （配备测量摄影机）测量范围：0.3mm30mm，测量精度： 2m，重复性精度： 1.5 m。LS-7010M（配备测量摄影机） 测量范围： 0.04mm6mm，测量精度： 0.5 m。1、3国内发展现状国内由于自身的工业加工水平有限、测量原理的不完善和结构搭理欠合理，所以，国内生产的测径仪测量精度没有国外的精确， 河北省激光研究所光电检测控制室生产的 JCJ-1 激光测径仪，是专为玻璃管生产线上玻璃管外径的测量、控制、分选而设计的集激

14、光、精密机械、计算机于一体的智能化精密仪器。通过激光光束高速（ 200 次/ 秒）扫描被测玻璃管，计算机实时采样处理，实现玻璃管直径在线非接触检测、控制，测量范围：0.5mm 60mm，测量精度： 0.01mm。广州一思通电子仪器厂生产的ETD-05 系列激光测径仪，测量范围：0.2mm30mm，测量精度： 2m，ETD-05 系列激光测径仪是一种基于激光扫描测量原理而设计的高精度非接触式的外径测量设备， 仪器采用二维测量模式， 有效消除工件振动造成的测量误差， 特别适合生产现场的实时测量， 适用于通信电缆、 光缆、同轴电缆、漆包线、 PVC管、铜管、纤维线等圆形线材的在线检测，也可用于其它各

15、种圆形工件的外径测量。南京亿佰泰科技有限公司生产的 TLSM100 激光扫描测微仪， 测量范围： 0.2mm30mm，测量精度： 3m，是一种高精度、非接触的尺寸测量仪器。 它通过激光束的扫描获得被测目标的尺寸， 广泛用于测量热的、软的、易碎的以及其它传统方法不易测量的物体， 而且很适合生产中的在线测量或者线材、棒材、管材、机械和电子元件以及其它生产过程的监控。 TLSM100 的自动方式适用于连续的测量；手动方式适合单次测量。它可以设置上下偏差、峰值限制，当超限后做相应的报警；还可以计算最大值、最小值、平均值。例如：可以测量旋转圆柱体的最大值、最小值，辊子的偏差。我们研制的基于线阵CCD5测

16、径仪测量范围： 0.5mm 30mm，测量精度： 5m，适用于对被测工件进行静态测量，也适用于生产现场的实时测量。1、4 论文的主要内容（ 1）深入了解 CCD，尤其是在线阵 CCD 结构与工作原理的基础上， 选择合理的线阵 CCD，设计出合理的测量直径系统。 对整个光电测量装置进行系统分析， 包括 CCD所构成的测量直径系统的基本原理和输出信号处理电路。（ 2）在进行光电测量装置设计时，对光学系统进行了详细分析，并用ZEMAX软件设计柯拉照明系统中的集光镜、聚光镜和成像物镜。（ 3）提出线阵 CCD 测量方案：基于单片机的硬件测量法。单片机的硬件测量法是从 CCD 出来的电信号经前置放大，

17、滤波电路进行二值化处理， 然后送入单片机，在经单片机处理后送入 LED 显示。（ 4）设计实验分别对几组直径应用上述方法进行测量，对测量结果进行比较、分析，同时对产生测量误差的主要原因给予分析。2 测量原理和方案论证2、1方案一传统测量细丝直径的方法传统测量细丝直径的方法通常有两种； 细丝称重法和游标卡尺或者螺旋测微器手工测量。细丝称重法即就是将一定长度的细丝称重后，把丝细看成均匀细长的圆柱体，然后根据材料密度求出细丝直径。是一种间接测量法。游标卡尺或者螺旋测微器手工测量法。2、2方案二利用衍射法测量细铜丝直径我们选择了最简单的一种模型， 它是常规的夫琅和费衍射。 即把金属丝当成一个平面的狭缝

18、，其工作情况如图 2-1 所示。光源发出的平行光束垂直照射在单缝 (金属丝 )上。根据惠更斯 -菲涅耳原理，单缝上每一点都可以看成是向各个方向发射球面子波的新波源 ,子波在接收屏上叠加形成一组平行于单缝的明暗相间的条纹 .和单缝平面垂直的衍射光束会聚于屏上 x=0 处，是中央亮条纹的中心 ,其光强为 I0; 与光轴成 角的衍射光束会聚于 x=x( )处， 为衍射角，由惠更斯 -菲涅耳原理可得光强分布6图 2-1夫琅和 衍射2u,uI Io sin2Dsin（2-1 ）u 式中 D ， 入射光波 . 当 =0 ，I=I0 ，是中央主极大。当 sin =k/D ，其中 k=1，2，I=0，是暗条

19、。由于 很小，故 sin ，所以近似 暗条 出 在 =k/D 。中央亮条 的角 度 =2，/D其他任意两条相 暗条 之 角 =，/D即暗条 以 x =0 中心。当使用激光器作光源 ，由于激光的准直性，可将透 L1 去掉。如果接收屏 离金属 ( zD)， 透 L2 也可省略。由于 tg =x/z，且 tg sin， 各 暗条 衍射角 sinkx（ 2-2 ）Dz由此可以求得金属 直径 Dkz（2-3）xk式中 k 是暗条 数； z 金属 与 量平面 的距离； XK 第 k 暗条 距中央主极大的距离。2、3方案三利用分光法测量细铜丝直径 光管D1 出的 外光 分光 分成两路2 ： 量光路和参考光路

20、。 量光和参考光分 照射到两只相同型号的光 接收管T1、 T2 上。D1 中心 率 880 nm 的 口 外 光管 ； T1、 T2 高一致性、 性度的 口光 三极管 ；截止波 850nm 的低通 波片可有效地消除可 光干 7图 22分光法光路图在测量光和参考光的照射下，T1 和T2 的输出电压分别为V1 和 V2 ，在测量光路中没有被测细丝时， V 1 =V 2 ，此时V 1、V 2的差动电压值 V i = 0 。 当测量光路有被测细丝时，细丝在 T1的检测窗口上产生一个宽度为细丝直径d ，高度为检测窗口高度h 的投射阴影 ，导致V 1 发生变化 ，变化量V 1与投射阴影面积d? h 成正比

21、 ;由于在电路中采用了负反馈自动光强调整技术，使发光管发射的光强稳定不变，此时V 2 保持恒定值不变 ;以 V 2作基准 ， V 1、 V 2的差动电压值V i =V 1，将 V i放大即可得到与被测细丝直径成线性关系的电压信号，达到测量细丝直径的目的。8图 23分光法原理图2、4方案四利用远心光路成像测量直径采用物方远心光路 6 。在光电检测中，常常在生产线上对工件进行动态测量或在实验室中进行静态测量，如测量钢丝直径、 玻璃管直径或轴类零件等， 为了提高测量精度，常采用远心光路和柯拉照明一起配合使用。对物体( 工件 )大小的测量，一般是将物体按一定倍率要求，经光学系统成像在CCD 的接收面上

22、，然后对 CCD 输出信号进行测量。图 24成像原理图按照此种方法进行物体线性尺寸测量时，光电器件与物镜之间的距离应保持不变，其测量精度在很大程度上取决于像平面与光电器件接收面的重合程度。 由于在测量过程中， 工件常常会沿光轴方向有所移动， 使像平面与光电接收面不可能真正重合，因而产生了测量误差如图 2 -4 所示。图 2 -4 中 B1B2 为被测物体； B1 B2表示被测物体像的大小； M1M2 为光电器件接收面， 由于 B1 B2与 M1M2 二者不重合，使像点 B1B2在 M1M2 上形成弥散班，在 CCD 器件 4 接收面上，实际测量像的大小为M1M2 ，显然它与实际的像长B1B2是

23、不同的。这就使测量产生了很大的测量误差。为了消除这种误差， 可以通过控制主光线的方向来达到，我们在设计成像物镜时选择了远心光路，如图2 -5 所示：9图 25物方远心光路被测工件被均匀照明后，经光学成像系统按一定倍率成像于线阵CCD 传感器上，基于线阵CCD 测量直径系统原理图如图2-6 所示 :2-6线阵 CCD 测量直径系统原理图则在 CCD传感器光敏面上形成了被测工件的影像，这个影像反映了被测工件的直径尺寸，两者之间的关系由高斯公式表示为：l ldd (2-1)111l l f 其中： l- 物距l -像距f -像方焦距10 -光学系统的放大率d-被测工件的直径大小d-被测工件直径在 C

24、CD 上影像大小 知道物距、像距并测出工件影像d的大小，即可求出被测工件的尺寸。2、5设计方案的论证与选择采用2、5、1设计方案一的论证传统测量细丝直径的方法通常有两种； 细丝称重法和游标卡尺或者螺旋测微器手工测量。细丝称重法即就是将一定长度的细丝称重后，把丝细看成均匀细长的圆柱体，然后根据材料密度求出细丝直径。 但此方法的缺点是浪费材料、 花费时间多、精度不高，而且不能测量细丝某一处的直径，是一种间接测量法。游标卡尺或者螺旋测微器手工测量法具有测量方便、 花费时间少的优点， 但缺点是对于直径是微米数量级的细丝由于机械压力往往卡断细丝或者使细丝变形、测量误差大。2、5、2设计方案二的论证一般的

25、光学测量细丝直径的方法有：光学成像法、 光学显微镜法等， 如果采用一般的光学仪器测量， 由于光的衍射现象， 所以被测细丝越细， 测量误差就越大。采用光学衍射法测量细铜丝直径在理论上已经很成熟，但实际应用中存在一定困难，特别是在测量精度提高时。其中的关键困难在于：1、当光经衍射后产生的衍射图样微弱，信号的信噪比比较低。2、还由于衍射图样的锐度不大，条纹位置不明显，给测量带来很大困难。3、特别是在实时动态测量过程中，造成测量结果不稳定，重复性差。4、测量的细丝直径小于 1mm时，在这个直径下不能形成明显的衍射条纹即衍射法在原理上存在不足。2、5、3设计方案三的论证采用分光法在测量实质上是干涉法测量

26、但也有不足：1、如果细丝有垂直于测量光方向的晃动，且晃动的幅度使投射阴影超出检测窗口之外，将会改变阴影面积进而产生较大的测量误差。2、光照在细丝上会产生微弱的衍射效应，衍射会导致线性度变差3、环境光扰动会降低信噪比，影响测量精度。4、光电三极管对温度有一定的敏感性，会随温度的变化而产生灵敏度的变11化。5、分光法也不适合于与计算机的连接以及后续图像采集与处理保存。2、5、4设计方案四的论证采用远心光路的CCD 细丝直径测量系统，与同类测量系统比较具有以下优点：1、测量速度快，测量精度高，抗干扰能力强等优良特点。2、是一种非接触式的测量系统，属无损伤测量， 不影响加工系统正常运行，非常适合于生产

27、线上尺寸的测量。3、该设计方案集成化程度高，可与计算机相联，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， 并在生产过程中出现质量问题时进行报警提示，便于控制和自动化生产。2、5、5设计方案的采用综合上述分析及我们小组的讨论研究， 我们决定采用方案四采用远心光路的 CCD 细丝直径测量系统测试仪的设计方案。3 机械系统设计3、1原理结构图图 3 1原理结构图123、2成像结构图图 32成像光路图图 33 远心光路图3、3整体结构设计微型 CCD 光谱仪器的结构微型 CCD 光谱仪器的总体结构如图所示。由于特殊的小型化设计要求，在微型 CCD 光谱仪器的设计中，使用了反射式平面衍射光栅

28、，采用车尼尔一特纳的变形结构由两个球面反射镜组成成像系统， 这种结构比较容易通过内部光阑来抑制杂散光， 避免从入缝看到第二反射镜面。 使用多模光纤将待测量光导入， 取代了普通光谱仪器的入射狭缝， 可以在光纤的纤径范围内，调节狭缝高度的大小。引入线阵型 CCD 取代老式的感光板，可以直接高13速地采集图象数据， 再送交计算机进行快速分析， 基本上可以做到在线分析， 科学仪器与装置仪器的体积也将大大减小。图 3 4 系统总体结构图1. 光纤（狭缝）2球面反射镜3平面反射光栅4球面反射镜5线阵型 CCD在上述系统中， 光由光纤入射， 经过球面反射镜 2 进行准直， 反射光入射到光栅表面发生衍射，色散

29、后的光线经过反射镜 4，由其聚光后形成光谱面投射到线阵 CCD 的表面进行接收 3 ，同时进行光电转换产生相应的电信号，经数据采集卡采集并将其转化为数字信号， 交计算机分析处理， 然后显示结果。 由于 CCD 可以对光谱进行高频扫描， 而且计算机的处理速度极快， 整个采集分析的周期大大缩短，理论上可以做到在线测量，保留实时的测量数据 5 。144 精度分析4、1机械设计系统对测量精度的影响分析由于工件的影像与背景之间的界限并不是亮暗分明， 影像边缘的照度是渐变的。使得 CCD 的输出亮暗信号不是“ 1”或“ 0”的变化，而是在亮暗信号之间有一定的过渡区。经过反复的实验得到 CCD 输出信号的波

30、形如图 41 所示：图 41CCD 输出信号波形图从图中可以看出凹下去的部分就是被测工件挡住光的部分， 这条线和凹形槽的交点就是被测工件的边缘， 边缘点处的光照变化率最大， 采用微分法求出两边缘点的距离。便于分析将过渡区简化为线性区进行分析，简化42 图如下：图 42CCD 输出信号的过渡区过渡区中近似于线性变化，设该过渡区的斜率为 k（信号幅度增长率）则由实验可以得出：V亮V暗KmT式中： V 亮 -CCD亮信号电压； V 暗-CCD 暗信号电压；m-过渡区中 CCD输出信号的脉冲数；T-CCD视频信号的周期由于过渡区的存在，将使 CCD输出信号携带大量的噪声， 从而影响测量精度。15由线性

31、过渡区可知， 过渡区的斜率 k 越大即过渡区越短， 影像边缘清晰度和对比度就越高。设计系统时，尽量增大 k 值。当 T 给定时，只有增加亮暗差值或者减少 m值才能增大 k 值。由于光源的波动等因素的影响， CCD输出信号的电压将上下波动，从而使 CCD输出信号的亮暗信号的反差比发生变化， 导致 CCD输出信号脉冲有时多一个或少一个， 反映到被测工件外径值时即测量结果会多出 5m，有的少 5m，这种误差在仪器检测精度 5m的范围内是允许的，在测量的过程中会产生系统误差， 为了消除这种误差， 我们采用系统误差加减修正量的方法， 即首先测量一个标准件外径， 测量结果与已知标准值比较， 超出的部分即为

32、系统偏差。在检测过程中通过键盘输入偏差来修正，使测量结果接近标准值。4、2被测工件的均匀性对测量精度的影响在生产过程中， 轴类零件，电缆或电线的外径有时不很均匀。 被测工件经过光照在 CCD成像，线径不等时则被照部分 CCD输出脉冲数与均匀被测工件被照部分的 CCD输出脉冲数不等， 反应到测量结果上就会产生测量误差， 在设计中，我们采用对被测工件的多次测量， 然后求取平均值的方法来消除这种误差。 粗大误差也影响测量精度， 但它是有外界条件的突然变化引起的， 当外界条件改变时引起 CCD输出信号的不稳定，只要保证外界条件持续稳定， 则粗大误差就很少发生。4、3杂光、光通量变化对测量精度的影响在实

33、验过程中， 发现杂光的影响其后果是很严重的，它造成整个像面的不均匀，轻则影响测量精度， 重则使 CCD测径仪器不能正常工作。 杂光的主要来源是照明系统发出的光束， 一部分在工件表面上反射进入光学系统， 一部分在管壁上无规律地进行反射，最后才投向像面，使整个像面照度均匀性受到破坏，因此，在设计光学系统时要注意消除杂光的影响。光源光通量的变化， 将引起 CCD输出脉冲信号的变化， 从而影响测量精度。 引起光通量的变化的主要原因是照明系统电源电压的变化和光源的老化造成的。 我们知道，在线阵区 CCD阵列的输出大小和曝光量成正比，或者与光强或光积分时间t 之积成正比。这就意味着，如果要求 CCD有一个

34、固定的输出电平， 就必须调整光强或光积分时间，光强增大到一定程度时，电荷包达到极大值， 阵列响应进入饱和区， 这时光强的增大而电荷不再增加。 CCD响应曲线最好应用区域是“近饱和”状态区域，这样光学衰减和光源老化的动态效应对亮暗信号的反差比将减少。降低了光噪声对测量精度的影响。因此，在选用光源时，我着重考虑了光源的照度应在“近饱和”状态区域，保证光照度基本稳定，提高检测精度。选用均匀稳定的GaN绿色 LED光源。（1）光源不稳定引起的误差在测量过程中， 光强的理想状态是保持不变的， 但是光源需要供电， 无论是采用直流供电还是交流供电电压都不可能是恒定的。为了消除或减少光源的影16响，在本系统中

35、采用高质量高密度GaN 绿色 LED 光源， GaN 绿色 LED 光源可产生较短的波长，提供可靠的操作。它安全、均匀的光线只含有极少的杂讯，可提供极高的解析度。理想的光源应该是点光源，实验中用的GaN 绿色 LED 光源不是点光源，通过柯拉照明使得照在被测工件上的光强分布均匀，电压不稳定引起的误差可以忽略不计。（2）CCD 感光单元灵敏度不均匀误差CCD 感光单元灵敏度不均匀性是CCD 器件的一个重要指标。CCD 感光单元灵敏度误差是由于在 CCD 期间制造过程中半导体材料杂质的不均匀造成的，各个感光单元的有效面积不一致也是影响 CCD 感光单元灵敏度不均匀误差的一个因素。由示波器上的波形可

36、以计算出边缘点的斜率为 k180mv/m，CCD 感光单元灵敏度不均匀误差小于 10%，CCD 饱和曝光量为 2v，CCD 感光单元灵敏度不均匀产生的误差为 2x10%/180=1.1m。（3）单片机硬件计数存在误差由于被测工件成像后经过二值化处理变成高低电平， 通过对电平计数来测量被测工件直径尺寸。 测量被测工件过程中， 元器件的电器性能存在影响， 比如芯便对程序的响应时间，开关的反应速度等，为了减少测量误差在实验的过程中，尽量采用性能能好的电器器件。 同时成像物镜光路的放大倍数为 -1 倍，计数频率是 CCD 像元输出的 8 倍，CCD 的像元尺寸为 7m，计数器的一个计数周期对应0.87

37、5 m，因而单次测量的计数误差为0.875 m。（4）环境造成的影响杂散光，环境温度变化，电磁干扰等环境条件对测量结果的影响比较复杂，属于小的随机误差，可以忽略。4、4仪器误差系统的误差 7 来源为：2222系统Hesmmmt仪器的总误差来源为：22系统随机175 总结5、1设计总结本课题的研究是采用采用远心光路以线阵CCD- 光电传感器TCD1501D及光学镜头为基础构建的光学测量系统，对 CCD 的输出信号采用微分法提取被测工件的边缘信息， 由单片机对数据进行处理完成测量工作。 本文从光学系统设计入手展开研究： 包括测量直径系统的构建、 线阵 CCD 测量器件的选择、 光学镜头的设计及实验

38、研究， 同时对系统组成的硬件电路、 程序设计做了相应的介绍。综上所述，本课题的研究主要做了以下方面的工作： 设计了基于线阵 CCD 的直径测量系统。包括线阵 CCD 的选型，光源的选取，光学镜头的设计，介绍线阵 CCD 光学测量原理。在进行光电测量装置设计时， 对光学系统进行了详细分析，并用 ZEMAX 软件设计了柯拉照明系统中的集光镜、聚光镜和成像物镜。本论文从实验上实现了使用 CCD 技术进行非接触测量， 特别是对输出信号不采用传统意义上的阈值处 理法，而 采用微分 法对工件的 边缘信 号进行提取 ，用 MSP430F149 单片机进行数据处理并编制相应的程序。 用 CCD 测径系统对几组

39、直径做实验研究，分析了测量系统的误差。由测量结果可知，测量精度在5m 之内。如果从以下几个方面进行改进，可以得到更高的测量精度。光学系统的设计、 光学系统的准确调节、 镜头装调和校验。 测量时，若 CCD感光面与像面不重合， CCD 将接收到模糊的图像信息，造成测量误差，以后可以采用增加瞄准部分来解决。 CCD 传感器的像元尺寸的几何位置精度高，可靠性高，寿命长，适合较恶劣的自然环境， CCD 技术被应用在几乎所有的成像相关的领域，随着科学技术的发展以及CCD 技术的研究和应用， CCD 技术将得到普及和推广。鉴于我小组成员的知识结构及经验有限，论文基于线阵CCD便携式直径测量系统设计还存在许多不完善的地方， 有待于在今后的研究中进一步完善。也希望学校在这方面对学生多给予实践上的帮助， 脱离了实践的设计往往是个空中楼阁，想要真正把这些问题做到还得大家的共同努力。5、2学习体会在这次课程设计中，我们运用到了本学期所学的专业课知识，如： ZMAX软件、光电仪器设计知识等。 虽然从未独立应用过它们， 但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高， 这是我做