CCD法測量細(xì)絲直徑

1、西安工業(yè)大學(xué)光電工程學(xué)院課程設(shè)計題目：細(xì)絲直徑測試儀專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器班 級：110108學(xué) 號：110108120學(xué) 生：鄭世超任課教師：吳玲玲2014.1219光電儀器設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書一、題目：細(xì)絲直徑測試儀該儀器是用于對細(xì)銅絲直徑的尺寸參數(shù)進行測量的一種測試儀器。二、技術(shù)要求1 方法：非接觸式測量2 銅絲直徑：1±0.01mm3 測量精度：±1%；4 測量狀態(tài)：在線測量；5 超出銅絲直徑公差要有報警功能。三、設(shè)計任務(wù)對該儀器進行總體設(shè)計，具體內(nèi)容如下：1 設(shè)計任務(wù)分析；2 方案論證；3 系統(tǒng)設(shè)計（含局部單元設(shè)計）；4 精度估算。四、設(shè)計要求1.設(shè)計說明書一份(

2、不少于5000字)；2.時間：2014年12月4日2014年12月18日2014年12月18日下午答辯交論文；3.參考文獻：自定 題目：細(xì)絲直徑測試儀基于遠(yuǎn)心光路成像系統(tǒng)的線陣CCD 直徑測量儀摘 要光電檢測技術(shù)將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)對各種量的測量它具有如下特點高精度光電測量的精度是各種測量技術(shù)中精度最高的一種.非接觸測量光照到被測物體上可以認(rèn)為是沒有測量力的因此也無摩擦可以實現(xiàn)動態(tài)測量是各種測量方法中效率最高的一種。隨著新型光電器件的不斷涌現(xiàn)、單片機數(shù)據(jù)處理能力的提高和生產(chǎn)全面質(zhì)量管理的要求，非接觸式智能化儀器將逐步取代傳統(tǒng)上的機械測量儀器。我們設(shè)計了一套基于線陣 CCD 的非接觸直

3、徑測量儀器，該裝置可以對0.5mm 30mm的工件進行測量，測量精度為±5m。這篇文章論述了 CCD測量裝置的基本原理，而且分析了光學(xué)系統(tǒng)各部分的形式，采用柯拉照明和遠(yuǎn)心光路成像， 以保證成像質(zhì)量和測量精度。同時還給出了 CCD 測量直徑系統(tǒng)的控制程序流程圖及部分程序。再對實驗得到測量結(jié)果，進行幾個重要參數(shù)進行了分析，就影響系統(tǒng)測量精度的幾種主要誤差進行了討論，有消除誤差的方法，從而達到更高的測量精度。 關(guān)鍵字：線陣 CCD 直徑測量 遠(yuǎn)心光路 非接觸測量目錄第一章 引言5§1.1研究背景和意義6§1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀6§1.2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀6

4、7;1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀7第二章 測量原理和方案論證7§2.1測量原理7§2.2方案論證9第三章 信號處理電路設(shè)計10§3.1信號處理設(shè)計10§3.2 濾波器的選用11§3.3 信號處理的方法12§3.4報警系統(tǒng)設(shè)計15第四章 誤差及精度分析164.1光學(xué)系統(tǒng)對測量精度影響16§4.1.1影響測量精度的因素及對策16§4.2信號處理電路對測量精度的影響16§4.3被測工件對測量精度的影響17§4.4誤差分析17第五章 總結(jié)17參考文獻19第一章 引言1.1研究背景和意義 光電自動檢測技術(shù)隨著

5、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及復(fù)雜自動控制系統(tǒng)和信息處理與技術(shù)的提高光電檢測技術(shù)作為一門研究光與物質(zhì)相互作用發(fā)展起來的新興學(xué)科已成為現(xiàn)代信息科學(xué)的一個極為重要的組成部分。光電自動檢測作為光電信息技術(shù)的主要技術(shù)之一它是以激光、紅外、光纖等現(xiàn)代光電子器件作為基礎(chǔ)通過對被檢測物體的光輻射經(jīng)光電檢測器接受光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號由輸入電路、放大濾波等檢測電路提取有用信息再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換等接口輸入計算機運算處理最后顯示輸出所需要的檢測物理量等參數(shù)。光電檢測技術(shù)將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)對各種量的測量它具有如下特點高精度光電測量的精度是各種測量技術(shù)中精度最高的一種.非接觸測量光照到被測物體上可以認(rèn)為是沒有測量力的因此也無摩

6、擦可以實現(xiàn)動態(tài)測量是各種測量方法中效率最高的一種。 我們研究的基于線陣 CCD 便攜式非接觸直徑測量儀器正是適應(yīng)當(dāng)前社會自動化生產(chǎn)的急需而設(shè)計的，該測徑儀是一種光、機、電一體化的產(chǎn)品。對保證產(chǎn) 品質(zhì)量，降低原材料消耗，降低生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率有著重大的經(jīng)濟效益 和社會意義。傳統(tǒng)的測量方法多數(shù)為接觸法，其它的有電阻法、稱重法。也有采用光學(xué)方法的。但是大多檢測方法檢測速度低，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，跟不上目前自動化生產(chǎn)的 需要。在全面質(zhì)量管理過程中，更需要先進的、智能的檢測手段。CCD能夠以電荷為信號, 把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號?，F(xiàn)代機械制造行業(yè)中,測量細(xì)絲直徑仍存在一些難以解決的問題。傳統(tǒng)的

7、測微儀等接觸測量法會使被測細(xì)絲變形而影響測量精度,工業(yè)上常用電阻法和稱重法,因測量精度低,只能測量某段細(xì)絲的平均直徑,很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的技術(shù)要求。近年來隨著大規(guī) 模集成電路和激光技術(shù)的推廣, CCD也得到了很大的發(fā)展,由于其具有自掃描、高靈敏、低噪聲、長壽命和高可靠性等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于測量儀器中。我們通過CCD技術(shù)應(yīng)用進行測徑。CCD 在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)中扮演者越來越重要的作用，為滿足大工業(yè)化，生產(chǎn)線陣CCD 測徑儀便應(yīng)運而生，這個測徑儀是一種光、機、電、算于一體的產(chǎn)品。 尤其對保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低 原材料消耗，降低生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率有著重大的經(jīng)濟效益和社會意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.

8、1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)由于自身的工業(yè)加工水平有限、測量原理的不完善和結(jié)構(gòu)搭理欠合理， 所以，國內(nèi)生產(chǎn)的測徑儀測量精度沒有國外的精確，河北省激光研究所光電檢測 控制室生產(chǎn)的JCJ-1 激光測徑儀，是專為玻璃管生產(chǎn)線上玻璃管外徑的測量、控 制、分選而設(shè)計的集激光、精密機械、計算機于一體的智能化精密儀器。通過激 光光束高速（200 次/秒）掃描被測玻璃管，計算機實時采樣處理，實現(xiàn)玻璃管 直徑在線非接觸檢測、控制，測量范圍：0.5mm60mm，測量精度：±0.01mm。 廣州一思通電子儀器廠生產(chǎn)的 ETD-05 系列激光測徑儀，測量范圍：0.2mm 30mm，測量精度：±2m，ETD

9、-05 系列激光測徑儀是一種基于激光掃描測量原 理而設(shè)計的高精度非接觸式的外徑測量設(shè)備，儀器采用二維測量模式，有效消除 工件振動造成的測量誤差，特別適合生產(chǎn)現(xiàn)場的實時測量，適用于通信電纜、光 纜、同軸電纜、漆包線、PVC 管、銅管、纖維線等圓形線材的在線檢測，也可用 于其它各種圓形工件的外徑測量。南京億佰泰科技有限公司生產(chǎn)的 TLSM100 激光掃描測微儀，測量范圍：0.2mm30mm，測量精度：±3m，是一種高精度、 非接觸的尺寸測量儀器。它通過激光束的掃描獲得被測目標(biāo)的尺寸，廣泛用于測 量熱的、軟的、易碎的以及其它傳統(tǒng)方法不易測量的物體，而且很適合生產(chǎn)中的 在線測量或者線材、棒材

10、、管材、機械和電子元件以及其它生產(chǎn)過程的監(jiān)控。 TLSM100 的自動方式適用于連續(xù)的測量；手動方式適合單次測量。它可以設(shè)置 上下偏差、峰值限制，當(dāng)超限后做相應(yīng)的報警；還可以計算最大值、最小值、平 均值。例如：可以測量旋轉(zhuǎn)圓柱體的最大值、最小值，輥子的偏差。我們研制的 基于線陣 CCD 6 測徑儀測量范圍：0.5mm30mm，測量精度：±5m，適用于對被測工件進行靜 態(tài)測量，也適用于生產(chǎn)現(xiàn)場的實時測量。1.2.2國外研究現(xiàn)狀從 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，科學(xué)技術(shù)以前所未有的速度在突飛猛進的發(fā)展，特別是近 50 年來，隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和加工技術(shù)的發(fā)展，對于加工零件的檢測速度與精度有了更 高

11、的要求，向著高速度、高精度、非接觸和在線檢測方向發(fā)展。為此，工業(yè)發(fā)達國家 對于檢測儀器與設(shè)備速度與精度一直作為檢測儀器的主要指標(biāo)。CCD 測徑儀特別適用 于電纜、電線的在線自動檢測，對保證產(chǎn)品的質(zhì)量，降低原材料消耗，降低生產(chǎn)成本， 提高勞動生產(chǎn)率有著十分重要的意義，所以各國政府都很重視對測徑儀的研究。英國 Beta AS3 系列全新的激光測徑儀：LD1040-S(單向直徑測量儀)、LD1040XY-S(雙向直 徑測量儀)，精度：0.1 m，測量范圍最廣，單向測徑儀最大可測直徑達330.3mm，雙 4 向測徑儀最大可測直徑值達100mm，測量精度最高，最高測量精度可達0.1 m，是目 前同類產(chǎn)品

12、中的最高的測量精度。日本生產(chǎn)的 LS-7000 系列高速、高精度 CCD 測量 儀器，如：LS-7030M（配備測量攝影機）測量范圍：0.3mm30mm，測量精度：±2 m，重復(fù)性精度：±1.5 m。LS-7010M（配備測量攝影機）測量范圍：0.04mm6mm， 測量精度：±0.5 m。第二章 測量原理和方案論證2.1測量原理本次設(shè)計測量原理采用物方遠(yuǎn)心光路，如圖2-1。在光電檢測中，常常在生產(chǎn)線上對工件進行動態(tài)測量或在實驗室中進行靜態(tài)測量，如測量鋼絲直徑、玻璃管直徑或軸類零件等，為了提高測量精度，常采用遠(yuǎn)心光路和柯拉圖2-1 物方遠(yuǎn)心光路投影測量原理照明一起配

13、合使用。對物體 (工件) 大小的測量，一般是將物體按一定倍率要求，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像在 CCD 的接收面上，然后對 CCD 輸出信號進行測量。則細(xì)銅絲直徑 D=f´L´d式中：D為所測細(xì)銅絲直徑，d為CCD面上陰影尺寸，f´為物鏡6的焦距，L´為光電接收器8與物鏡6間的距離按照此種方法進行物體線性尺寸測量時，光電器件與物鏡之間的距離應(yīng)保持 不變，其測量精度在很大程度上取決于像平面與光電器件接收面的重合程度。由 于在測量過程中，工件常常會沿光軸方向有所移動，使像平面與光電接收面不可 能真正重合，因而產(chǎn)生了測量誤差如圖 2-2 所示。圖2-2 成像原理圖 2-2

14、 中， B1B2 為被測物體； B1B2表示被測物體像的大??；M1M2 為光電器件接收面，由于 B1B2與 M1M2 二者不重合，使像點 B1B2在 M1M2 上形成彌散班，在 CCD 器件接收面上，實際測量像的大小為 M1M2，顯然它與實際的像長 B1B2是不同的。這 就使測量產(chǎn)生了很大的測量誤差。為了消除這種誤差，可以通過控制主光線的方向來達到，我們在設(shè)計成像物鏡時選擇了遠(yuǎn)心光路，如圖 2-3 所示：圖2-3 物方遠(yuǎn)心光路2.2方案論證方案一、光學(xué)衍射法光學(xué)衍射法測量細(xì)銅絲直徑在理論上已經(jīng)很成熟。但實際應(yīng)用中存在一定困難特別是在測量精度提高時。其中的關(guān)鍵困難在于當(dāng)光經(jīng)衍射后產(chǎn)生的衍射圖樣微

15、弱信號的信噪比比較還由于衍圖樣的不條紋位置不明顯給測帶來很大困難。特別在實時動態(tài)測過程中造成測結(jié)果不穩(wěn)定重復(fù)性差。而且本次的細(xì)絲直徑為1mm在這個直徑下不能形成明顯的衍射條紋即衍射法在原理上存在不足。方案二、分光法 分光法在測量實質(zhì)上是干涉法測量但也有不足、如果細(xì)絲有垂直于測量光方向的晃動 ,且晃動的幅度使投射陰影超出檢測窗口之外 ,將會改變陰影面積進而產(chǎn)生較大的測量誤差，光照在細(xì)絲上會產(chǎn)生微弱的衍射效應(yīng) ,衍射會導(dǎo)致線性度變差、環(huán)境光擾動會降低信噪比 ,影響測精度、光電三極管對溫度有一定的敏感性 ,會隨溫度的變化而產(chǎn)生靈敏度的變化、分光法也不適合于與計算機的連接以及后續(xù)圖像采集與處理保存。以

16、上不足使得反光法對現(xiàn)代化自動化生產(chǎn)有一定的局限但分光法在原理上不存在任何問題。方案三、線陣CCD法CCD細(xì)絲直徑測量系統(tǒng)具有測量速度快測量精度高抗干擾能力強等優(yōu)良特點是一種非接觸式的測量系統(tǒng)屬無損傷測量不影響加工系統(tǒng)正常運行非常適合于生產(chǎn)線上尺寸的測量。該設(shè)計方案集成化程度高可與計算機相聯(lián)可進行測量數(shù)據(jù)的集中采集和分析以便進行質(zhì)量分析和統(tǒng)計并在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題時進行報警提示便于控制和自動化生產(chǎn)。采用線陣CCD細(xì)絲直徑測量系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： 1、測量精度高，測量速度快，抗干擾能力強等。 2、時非接觸式的測量系統(tǒng)，不影響加工系統(tǒng)正常運行，屬無損傷測量，非常適合于生產(chǎn)線上尺寸的測量。 3、設(shè)計

17、方案集成化程度高，可與計算機相聯(lián)，進行測量數(shù)據(jù)的集中采集和分析，以便進行質(zhì)量分析和統(tǒng)計，并在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題時進行報警提示，便于控制和自動化生產(chǎn)。第三章 信號處理電路設(shè)計CCD成像測量技術(shù)是測量方法中的一個較新的分支, 其特點是利用CCD (電荷耦合器件) 對被測物體進行光學(xué)成像, 然后采用圖像處理技術(shù)完成非接觸測量。利用CCD對光纖直徑進行測量采用的就是這種技術(shù)，本設(shè)計采用CCD平行光投影法，即通過照明光路用平行光將被測工件投影在CCD光敏元件上成像，從而通過像的尺寸獲得細(xì)銅絲的尺寸。CCD以脈沖的形式輸出視頻信號，每一個離散電壓信號的大小對應(yīng)著該光敏元接收光強的強弱，而信號的時序則對

18、應(yīng)CCD光敏元位置的順序。CCD用自身電子掃描方式完成信息從空間域到時間域的變換。但是經(jīng)過CCD輸出與被測直徑相對應(yīng)的離散電信號，但此信號幅值較低，質(zhì)量也較差，必須對其進行濾波、放大、整形、二值化等處理后才能輸出給微機進行計算分析。所以本次作業(yè)將重點對CCD輸出信號的后續(xù)工作如濾波電路、二值化電路和微機接口等模塊進行分析設(shè)計。3.1、信號處理部分設(shè)計CCD輸出的視頻信號不能直接進行汁數(shù)處理及用于尺寸計算。首先由于信號微弱，且存在高頻干擾，所以需要進行濾波放大。另外，光源發(fā)光強度不穩(wěn)定，光路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)也不可能盡善盡美，光帶邊緣存在一定色散，輸出信號在光照和陰影邊界處存在著由明到暗的過渡。為了得到

19、與工件尺寸相關(guān)的陰影部分尺寸，需要對CCD輸出視頻信號進行二值化處理，將其轉(zhuǎn)化成矩形波，然后用脈沖填充，計數(shù)器汁數(shù)，再通過微機接口與微機相連，結(jié)合控制程序進行數(shù)據(jù)采集和信息處理。因而整個信號處理階段的流程框圖可以用下圖表示：經(jīng)過測量系統(tǒng)后，CCD成像系統(tǒng)輸出的時序視頻信號應(yīng)當(dāng)如下圖所示：可以知道CCD輸出信號是時鐘頻率為1MHz的小脈沖信號，幅值很小且疊加在一直流電平上，還有噪聲存在，陰影區(qū)和和光照區(qū)分界模糊，此信號不能直接進行計數(shù)。首先應(yīng)通過電容隔直，變成只有交流的信號。3.2 、濾波器選用接下來對信號進行濾波和放大處理，由于我們需要濾掉小脈沖信號，為高頻成分，所以選用一低通濾波器來實現(xiàn)。而

20、該信號幅值非常小，所以采用有源濾波器來對信號進行放大處理，因為有源濾波器除了具有濾波功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)信號的放大和緩沖作用；有源濾波器里面有采樣系統(tǒng)，根據(jù)采樣結(jié)果，施加以大小相同，方向相反的諧波電流，予以抵消，所以，其濾波能力和效果在一定范圍內(nèi)是可變的，適用于信號處理；而且有源濾波器具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波，具有高度可控性和快速響應(yīng)的特點。濾波過程中，需要對通帶以外的頻率成分實現(xiàn)較快的衰減，二階濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)40db/十倍頻的衰減速度，響應(yīng)較快。綜合上述描述，濾波器可以選用二階有源低通濾波器。根據(jù)題意，電路需要實現(xiàn)的功能有：電壓從500mv到3-5V的增益，頻率成分1MHz的

21、濾除。所以濾波器的主要設(shè)計參數(shù)可以設(shè)定如下：截止頻率2KHz；而濾波器的品質(zhì)因數(shù)不可過小，常見的壓控型有源濾波器的Q與增益A有關(guān)系：Q=1/3-A，所以增益不超過3，若要達到題目要求的10倍增益，可以在濾波器的后方級聯(lián)一個放大電路，比如取Q=0.707，得到濾波器的放大增益為1.5，級聯(lián)的方法電路放大倍數(shù)A1=6即可滿足要求。二階低通濾波器傳遞函數(shù)：其中：A0為濾波器增益，為特征頻率，Q為品質(zhì)因數(shù)。二階有源低通濾波基礎(chǔ)電路級聯(lián)一個反相放大電路3.3、信號處理方法經(jīng)過濾波放大后的信號波形可以用下圖近似表示： 3.3.1、二值化處理（不采用A/D轉(zhuǎn)換）由于需要測量測量光纖直徑，就需要知道CCD成像

22、的陰影輪廓位置，而實際七在成像面的投影像輪廓的亮度分布不是突變的，而是有一個由暗到明的過渡過程。過渡過程所占的脈沖個數(shù)越少，也就越有利于暗明界線的正確判斷。用遠(yuǎn)心光路照明時，可以認(rèn)為像的真正輪廓大約在最大亮度的50處，用二值化方法來判斷影像的實際位置和尺寸。這里可以采用比較法，比較法采用電壓比較器，是實現(xiàn)二值化處理最簡單的方法。將CCD經(jīng)濾波放大處理的視頻信號送往該比較器的同相端，用一個電平作為閾值送到該比較器的反相端，對CCD視頻信號進行切割。這樣在比較器的輸出端就可以得到信號二值化處理的結(jié)果，即視頻信號高于閾值的部分均輸出高電平，而低于閾值部分均輸出低電平，形成了具有一定寬度的二值化電平的

23、脈沖信號，將時域上的脈沖信號轉(zhuǎn)化為空間域就可得到所要測量的光纖直徑。比較法最重要的參數(shù)是設(shè)計比較器的閾值。由于在測量過程當(dāng)中，所使用的光源難免會有供電電壓波動、光學(xué)窗口污染、灰塵等因素的變化導(dǎo)致光強的變化，使得CCD輸出的視頻信號發(fā)生抖動，為了避免這些因素對測量帶來的影響，可以采用浮動電平來確定閾值，即實時地取CCD輸出方波的峰值和谷值，然后取其峰、谷值的1/2作為切割比較電平，也就是切割電平隨著峰谷值變化而上下浮動以保證取的是方波的l/2處。二值化流程示意圖如下：經(jīng)過上述二值化處理之后，我們需要進一步得到二值化信號所覆蓋的CCD像元數(shù)目。由于每個CCD像元的尺寸為7.4X7.4um2，直接得

24、到尺寸的話誤差是兩個光敏單元的間距14.8um。為了得到更高的測量精度，可以使用頻率更高的時鐘脈沖對二值化的信號寬度進行填充計數(shù)。由于原始CCD視頻讀出信號OS的頻率為：f=1MHz，每一個脈沖代表7.4um，現(xiàn)在采用10MHz的時鐘脈沖進行填充計數(shù)，那么每個脈沖代表的尺寸為0.74um，可以減小測量誤差。得到測量的光纖尺寸： （n為視頻信號內(nèi)10MHz脈沖數(shù)）3.3.2使用A/D轉(zhuǎn)換測量使用A/D轉(zhuǎn)換進行測量，是指在進行CCD輸出視頻信號進行放大處理之后，將模擬信號通過告訴A/D裝置進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。測量時采用最大轉(zhuǎn)換速率能達到20Ms/s的A/D轉(zhuǎn)換芯片（比如TI公司的TLC5510A），CC

25、D的時鐘頻率為1MHz，這樣的A/D轉(zhuǎn)換芯片完全能滿足處理速度需求。由于CCD的復(fù)位脈沖RS每到來一次，CCD將輸出一個光敏單元信號，利用CPLD在驅(qū)動CCD的同時引出一個CLK信號與復(fù)位脈沖RS同步，這樣就可以保證A/D轉(zhuǎn)換和光敏單元信號的輸出在時間上同步。每次模數(shù)轉(zhuǎn)換完成都將由CPLD產(chǎn)生中斷信號，以提示處理器（比如ARM的STM或者AVR等）提取數(shù)據(jù)。測量系統(tǒng)原理框圖如下：當(dāng)全部像敏單元信號轉(zhuǎn)化結(jié)束之后，A/D器件停止工作，處理器得到一個中斷信號，獲得A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線輸入到緩存器（比如SARM，三星公司的K1S2816BCM芯片，8MX16bit）中緩存。數(shù)據(jù)處理時，處理

26、器從SARM中讀取數(shù)據(jù)。首先濾掉波形中的毛刺，剔除實際應(yīng)用中不可能出現(xiàn)的數(shù)值。然后對數(shù)據(jù)進行計算，由于采用8位A/D轉(zhuǎn)換芯片時，每個像敏單元的模擬信號都被表示為一個0-225之間的十進制數(shù)值，然后將每個數(shù)值與設(shè)定好的閾值進行比較（比如采用剔除毛刺后的最大最小值平均值作為閾值），當(dāng)高于閾值電壓則高位寄存器內(nèi)的值加1，反之低位寄存器內(nèi)的值加1。將所有得到的數(shù)值比較完畢之后，得到低位寄存器的數(shù)值，即得到CCD被光纖遮擋而未能感光的像敏單元數(shù)m，將m乘以CCD像敏單元尺寸7.4um，再乘以光路的放大倍數(shù)即得到光纖尺寸。3.4報警電路設(shè)計 為了對細(xì)絲直徑進行實時監(jiān)控，故設(shè)計此電路系統(tǒng)，當(dāng)單片機檢測到細(xì)絲

27、的直徑的直徑設(shè)定值的上下限時，要進行聲光報警提示。 1. 聲光報警器件的選擇 因為本設(shè)計應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，工業(yè)現(xiàn)場噪聲、光線都比較雜亂，所以聲光報警器件發(fā)出的聲、光強度都要比較大。本設(shè)計選用BC-809聲光報警器。 BC-809聲光報警器介紹： BC-809聲光報警器是一種閃光燈和喇叭同時示警的設(shè)備。閃光燈采用脈沖氙氣燈管制成，聲音使用壓電揚聲器產(chǎn)生，具有高亮度閃光、響亮音頻報警功能。 主要技術(shù)參數(shù)： 工作電壓：AC24VAC240V；電源頻率：50Hz60Hz；功率：30W； 本部分的設(shè)計思路是：單片機發(fā)出控制信號后，通過三極管驅(qū)動繼電器，通過繼電器的二次觸點與聲光報警器相連，驅(qū)動聲光報警器進

28、行聲光報警。2.聲光報警電路 三極管基極輸入電流：繼電器的吸合電流/放大倍數(shù)=基極電流； I = 40mA/100 = 0.4 m A；為使繼電器工作穩(wěn)定，實際基極電流應(yīng)為計算值的2倍以上。 基極電阻計算：（5V-0.7V）/基極電流 = 電阻值； R = 4.3V/0.8mA = 5.375K； 這里本設(shè)計基極電阻取值5 K。聲光報警電路在實際應(yīng)用中，三極管若直接驅(qū)動繼電器，當(dāng)三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，繼電器的繞組會感應(yīng)生成一個較大的自感電壓，它與電源電壓疊加后加到控制繼電器線圈的三極管的發(fā)射極和集電極兩極上，使發(fā)射結(jié)（e-c）有可能被擊 穿，為了消除這個感應(yīng)電動勢的有害影響，在繼電器線圈的兩

29、端反向并聯(lián)抑制二極管，以吸收該電動勢。自感電壓與電源電壓之和對二極管來說卻是正向偏壓，使二極管導(dǎo)通形成環(huán)流，感應(yīng)的高低壓就會通過回路釋放掉，保證了三極管的安全。第四章誤 誤差及精度分析實驗結(jié)果及影響測量精度的主要因素分析：4.1光學(xué)系統(tǒng)對測量精度的影響分析4.4.1影響測量精度的因素及對策1、衍射光線在細(xì)絲上會產(chǎn)生衍射效應(yīng)，衍射會導(dǎo)致線性度變差。實驗證明：在20um以上，線性度是比較好的；在20um以下線性度較差，但Vi與d的正相關(guān)關(guān)系沒有改變，此時應(yīng)采用值運算以合法來提高精度。2、環(huán)境光擾動環(huán)境光擾動會降低信噪比，影響測量精度，在使用了濾波片已濾出了大部分干擾光，再加上遮光罩可使環(huán)境光擾動忽

30、略不計。4.2信號處理電路對測量精度的影響分析由于外界環(huán)境及電路自身元器件的不穩(wěn)定性，會使得測量結(jié)果偏離理想狀況。零點漂移對測量精度的影響1、什么事零點漂移現(xiàn)象：輸入為零 輸出不為零的情況。2、產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動，器件老化，其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。3、客服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補償，典型電路：查分放大電路。4.3被測工件的均勻性對測量精度的影響在生產(chǎn)過程中，軸類零件，電纜或電線的外徑有時不很均勻。被測工件經(jīng)過光照在CCD成像，線徑不等時則被照部分CCD輸出脈沖數(shù)與均勻被測工件被照部分的CCD輸出脈沖不等，反應(yīng)到測量結(jié)果上就會產(chǎn)生測量誤差，

31、在設(shè)計中，我們采用對被測工件的多次測量，然后求平均值的方法來消除這種誤差，粗大誤差也影響測量精度，但它是由外界條件的突然變化引起的，當(dāng)外界條件改變時引起CCD輸出信號的不穩(wěn)定，只要保證外界條件持續(xù)穩(wěn)定，則粗大誤差就很少發(fā)生。4.4誤差分析在實驗過程中，我們分別對直徑D=1.0mm的標(biāo)準(zhǔn)件進行了三次測量，每一組采取多次重復(fù)測量，取平均值，并進行相應(yīng)的精度計算。4.4.1標(biāo)定誤差圖像處理在使用前都會與有一個相對的測量單位對所測量的對象進行標(biāo)定（在此處對CCD象元尺寸進行標(biāo)定）。在細(xì)絲直徑檢測算法中，采用的是屏幕后續(xù)檢測單位標(biāo)定法。標(biāo)定中難免會有誤差引入，但該誤差屬于系統(tǒng)誤差。4.4當(dāng)計算機在對細(xì)絲影像進行示值會對象元的占空比按1：2的比例取值。即象元的三分之二占滿記一個單位長度，反之則不計數(shù)。該誤差為隨機誤差。第五章 總結(jié)這次設(shè)計的機械部分是是基于線陣CCD的細(xì)絲測徑在線測量系統(tǒng)的設(shè)計，檢測帶鋼厚度是細(xì)絲生產(chǎn)中的一個重要的質(zhì)量指標(biāo)。基于線陣 CCD 便攜式非接觸直徑測量儀器正是適應(yīng)當(dāng)前社會自動化生產(chǎn)的急需而設(shè)計的。對保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低原材料消耗，降低生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率有著重大的經(jīng)濟效益和社會意義。為保證細(xì)絲生產(chǎn)的質(zhì)量控制，需要在細(xì)絲生產(chǎn)過程中對細(xì)絲進行在線監(jiān)測，以利于提高產(chǎn)品的