基于線陣CCD的尺寸測量研究

摘要：在當今國內工業中對尺寸的測量大多還是采用千分尺等落后的接觸式的方法，不但效率不高而且精確度不高。文中討論了線陣CCD用于尺寸測量的非常有效的非接觸檢測技術。本測量系統是以89C2051、TCD1206UD和ICL7135等芯片構成的，完成了由照明、成像、數據處理到顯示等過程。本設計具有穩定可靠、測量精度高等特點，適用于各種高靈敏、高精度的檢測。此外，本系統包括了LED顯示，不僅價格便宜，而且測量結果方便可見，增加了本設計的實用性。
關鍵詞：TCD1206UD；89C2051；尺寸測量；驅動

電荷耦合器件CCD(Charge Coupled Devices)是20世紀70年代初期發展起來的新型半導體集成光電器件，它具有靈敏度高、動態范圍大、像素劃分精度高等特點。CCD是以電荷作為信號，將可視范圍內的景物通過感光敏元將光信號轉變為電荷信號，然后經存儲、傳輸和檢測，輸出視頻信號，再顯示出入眼能夠看得見的圖像。CCD分為線陣CCD和面陣CCD，線陣CCD因其驅動簡單，信號相對易于處理等特點廣泛應用于工業領域中的尺寸和位移的測量，而面陣CCD則主要是應用于圖形和文字的傳輸等。
本測量系統由89C2051控制TCD1206UD測量微尺寸，經過照明系統、信號轉換、數據處理等過程，最后通過LED顯示出來。具有穩定可靠、測量精度高等特點，適用于各種高靈敏、高精度的檢測。

1 系統工作原理
系統原理如圖1所示，此系統是以89C2051為核心，TCD1206UD，ICL7135等器件一起構成的。

照明系統提供穩定的照明光，被照明的物體經成像物鏡成像在線陣CCD的光敏陣列上，暗帶部分的長度反應了被測物體的長度。CCD視頻信號經過二值化電路處理后，二值化信號經過A／D轉換器ICL7135把模擬信號轉換成數字信號，信號再經過89C2051的處理通過LED顯示出來。

2 系統硬件設計
2．1 光學系統設計
由于CCD本身的感光單元有一定間距，又有光源的變化、衍射和外界干擾等影響，使照在CCD上的物像不能由暗直接轉化為亮，而是有個緩慢的過渡區。要想有好的成像效果，這就對物體的照明提出了較高的要求，好的光學系統能提高測量精度。

如圖2所示，本照明系統以一個大功率LED為照明光源，發光二極管作為照明光源，由于它具有體積小、重量輕、光源單色性好、發光亮度、發光效率高、亮度便于調整等優點，目前正廣泛運用于數字儀表顯示和CCD應用技術中。發光二極管LED發出的光經過一片雙膠合透鏡L1會聚到于一點F，F點恰好為透鏡L2的物方焦點，擴展成為所需要的平行光，照射到待測器件上，經成像系統(成像物鏡L3和光闌組成)成像于CCD上，形成陰影。