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CCD非接触几何量测量系统的设计与实现

周雷  
【摘要】: 电荷藕合器件(CCD)是一种半导体成像器件。这种器件借助于必要的光学系统和适合的驱动电路,可以将景物的图像以光电信号形式转移、存储、传输和处理。近二十年来,CCD技术已经广泛应用于军用和民用各个领域,尤其是随着工业自动化程度的提高以及工业现场的需要,在检测和监控方面的应用也越来越普及。 本文结合光学技术、信号处理技术,研究和设计了一种精密的光电尺寸几何量测量系统。光源采用高强度窄波谱LED,经特殊的光学结构形成均匀的平行光。同时采用高分辨率线阵CCD传感器及细分技术,结合数字信号处理技术,实现了稳定的微米级尺寸几何量测量。采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)设计了CCD时序驱动电路,使整个驱动电路体积小,缩短了设计周期,可随时修改设计,提高了电路的可靠性和灵活性。利用差分放大电路、二阶巴特沃思低通滤波电路、同相比例放大电路设计了视频信号预处理电路,实现了对原始信号的初级捕捉、滤波和视频放大等调理。选用TLC5510、CY7C199、74F579、PDIUSBD12等芯片设计了数据采集系统,实现了对视频信号的采样、存储和传输。数据处理采用平滑处理的复合算法及数字图像边缘检测技术来提高测量精度。 对CCD驱动及视频处理电路进行了实验,结果表明驱动电路能很好地与CCD配合,充分发挥CCD光电转换的特性,输出稳定可靠的电信号。视频预处理电路对影响CCD“像质”的主要噪声均有明显的抑制效果,提高了信噪比,为进一步的信号处理提供了高质量的信号。对数据处理和显示部分进行了编程调试,并进行了系统的误差分析。 通过理论分析、实物设计以及实验表明,整套系统的应用切实可行,相对于传统的测量方法具有精度高、可以进行非接触测量等优点,本系统在精密机械加工等方面有很好的使用前景。


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