CCD微机测径实验

基于 CCD的轴径检测方法研究摘要：随着社会经济的发展和科技水平的提高，以及人们对信息的需求量越来越大，对传感器的要求也随之变得更高了，因此，在工业、农业、国防等各个领域中都需要大量的轴径数据。

本文主要介绍了基于CCD(电器耦合器件)的测量原理及应用，并给出了几种基于单芯片的轴径检测技术的方案设计。

关键词：CCD；轴径检测方法引言在电子技术中，轴径测量是一项非常重要的应用技术。

它可以对设备进行准确的轴径检测，还能够对其内部零件的尺寸、形状等参数以及其与装配的关系进行分析。

在工业生产中，有很多的产品都会使用到轴类传感器。

在我们国家，轴径检测是一项重要的工程材料，其精度的好坏直接影响着产品的性能指标。

一、国内外研究现状目前，国内和国外对轴径检测技术的研究已经取得了一定的成果，但是还没有形成一套完整的系统理论，在测量和数据采集方面还不够成熟。

在国际上，美国、德国、日本等发达国家都已将传感器网络化，并利用这些现代化的通信设备实现信息的收集与处理[1]。

我国对传感器的研究起步较晚，虽然近几年发展很快，但由于资金的限制以，及缺乏相关专业人员的培训等原因，使得现有的检测仪器不能完全满足生产需求。

目前，国内市场上的轴类传感器主要是由传统的接触式的机械式的传感器，和半导体的光电式的传感器组成的两种类型的传感器构成的:(1)电磁感应式的传感器:这种器件的工作原理是将线圈接入一个与被测物体直接有关的电路装置，然后通过被测物的电信号的变化来实现对被测物的位置信息的采集和处理。

(2)激光干涉仪:利用激光的高频率特性，使待测试的物体产生反射的激光束，经过一系列的光学透镜聚焦，再经光源照射，从而得到待定点的图像并传送给计算机，电脑根据所获得的数据计算出所需要的旋转角度[2]。

二、基于CCD的车轴径检测原理（一）CCDCCD(光电传感器)是一种非接触式的光学测量仪器，具有较高的灵敏度，并且可以对被测物体的内部结构进行检测。

在工业、医学等领域应用十分广泛。

通过实验可知，第 2 段区间为 物体被遮挡区间，Nb-NA 为被测 物体遮挡的像元个数，由于β 开始时默认值为 1，由（式-1）
0
l0 ，l0 为 可知 D (N A N B )
CCD 的像元中心距。为保证精 度，应该进行多次测量取其平均值，光学放大倍数β。可由测量标准来获得， 此测量也可以根据测量件的参数，在对其他未知直径进行测量，最后进行校 准。
天津大学本科生实验报告
课程名称：光电传感器应用技术 姓名： 学号： 学院：精仪学院 专业：测控技术与仪器 年级： 成绩：
β的设置要根据光学系统的物像关系来定（缺省值为 1） b) 进入测量：显示屏显示出所测的 CCD 输出信号曲线，阈值电平直线， 并以数字形式显示 NA 与 NB 的值，计算出被测物体的外径尺寸，根据所 显示的波形曲线，适当地调整前面所设定的参数，使波形曲线和阈值 电平线适当，并使测量值接近卡尺或千分尺所测量的值 c) 进行多次平均测量： 界面提示多次平均测量的选项， 选中后按回车键， 输入你所要进行的多次测量的次数，便可以计算 10 次以内的多次测 量的平均值。通过测量结果，分析仪器的稳定性和测量精度 d) 分别单独改变二值化阈值电平和设置的光学系统放大倍率，观测测量 结果的变化，分析这些因素对这种测量方式的测量精度和测量稳定性 的影响。 五、 实验结果分析
D
(N A N B ) l0

（式-1）
式中 l0 为 CCD 的像元中心距、β为光学系统放大倍率。 二、 实验目的
Байду номын сангаас
通过本实验，使学生掌握用线阵 CCD 测量物体外径尺寸的基本工作原理，理解基 本公式，并从实验中分析出影响测量范围、测量精度的主要因素，掌握用计算机
图1

CCD 测量光纤直径系统设计SA11009045 张海滨CCD 成像测量技术是测量方法中的一个较新的分支, 其特点是利用CCD (电荷耦合器件) 对被测物体进行光学成像, 然后采用图像处理技术完成非接触测量。

利用CCD 对光纤直径进行测量采用的就是这种技术，本设计采用CCD 平行光投影法，即通过照明光路用平行光将被测工件投影在CCD 光敏元件上成像，从而通过像的尺寸获得物体的尺寸。

CCD 以脉冲的形式输出视频信号，每一个离散电压信号的大小对应着该光敏元接收光强的强弱，而信号的时序则对应CCD 光敏元位置的顺序。

CCD 用自身电子扫描方式完成信息从空间域到时间域的变换。

但是经过CCD 输出与被测直径相对应的离散电信号，但此信号幅值较低，质量也较差，必须对其进行滤波、放大、整形、二值化等处理后才能输出给微机进行计算分析。

所以本次作业将重点对CCD 输出信号的后续工作如滤波电路、二值化电路和微机接口等模块进行分析设计。

一、测量光学系统设计上图为利用远心光路进行CCD 的测量光路原理，D 是被测物体的直径；d 是光电接收器上阴影的尺寸；'f 是物镜6的焦距；L ’是光电接收器8与透镜6像方焦点间的距离。

可以计算得到被测物体的直径：CCD 成像视场的位置变化对测量会产生很大的影响，因此需要在能够保证被测物体成像物距不变，然而物方远心光路可以部分消除被测物体成像物距微小变化所产生的影响，柯拉照明可以使物体得到均匀地照明，在光学系统中一般对成像质量和测量精度要求较高的系统均采用柯拉照明方式，因此可以采用柯拉照明''f D d L和物方远心光路组成的光学系统来测量被测工件的直径。

而且可以通过改变光阑3的大小，可控制成像系统中的孔径角的大小；改变集光镜2的镜框大小，可改变照明系统的孔径角的大小，从而控制被照物面的范围。

二、信号处理部分设计CCD输出的视频信号不能直接进行汁数处理及用于尺寸计算。

图3-2 查看图像数据操作图实验 用面阵CCD 测量尺寸一、实验目的①通过对标准图形中的点、线、面的测量，掌握应用面阵CCD 进行尺寸测量的基本原理与方法；②用面阵CCD 摄像头及图像采集系统测量标准几何图形的尺寸；并对测量范围、测量精度和测量时间等问题进行分析讨论。

二、实验准备内容复习矩形、圆、三角形等典型几何图形的点、线、面的基本计算公式。

三、实验所需仪器设备① 计算机；② YHACCD －Ⅲ型彩色面阵CCD 多功能实验仪。

四、实验内容及步骤1、开机过程① 将被测的标准图片如图3-1所示，安装在“被测物夹持架”上；② 将外置面阵CCD 摄像机的镜头盖打开； ③ 打开计算机电源开关；打开彩色面阵CCD 多功能实验仪的电源开关；④ 确认“视频切换”按钮是否已经按下，切换指示灯点亮表明采集外置CCD 摄像机的图像信号；⑤ 运行“面阵CCD 尺寸测量实验”程序；⑥ 点击 “连续采集”按钮，计算机界面将显示外置摄像头所采集到的图像，调整CCD 摄像头与测量图片的相对位置使图像尽量清晰，点击“停止”按钮。

或者，点击“单帧”按钮，采集到一幅数据图像，并将其存入指定内存。

2、关于点数据的测量① 点击如图3-2所示操作菜单栏中的“查看”选项，选择要查看的数据项，例如点击“显示一行数据（R ）”，计算机软件将图像数据用文本文件的方式打开。

观测其中一行的数据，从一行的数据中可以观测到图像在水平方向的边界灰度变化情况。

同理通过坐标和数值能找到图形的边界在x ，y 方向的变化，然后保 存并关闭文本文件；575767图3-3 水平曲线图图3-4垂直曲线② 完成①的测量工作后，就基本掌握了通过数字图像的像元值数据找出图像中图形边界的方法和原理。

通过软件所提供的标定图像中任意一行（或列）数据边界的测量功能来确定边界点。

例如，在采集到的图像上把鼠标移至某一行上点击左键，软件会弹出一个对话框，对话框中的曲线图表示了水平方向上各像元灰度的变化状况，如图3-3所示。