基于衍射法測(cè)量細(xì)絲直徑的ccd系統(tǒng)設(shè)計(jì)--畢業(yè)論文

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1、基于衍射法測(cè)量細(xì)絲直徑的CCD系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要近些年來(lái)，伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)與光電子學(xué)科技的迅速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用著大量光電器件。其中，電荷耦合器件（CCD）由于具有光電轉(zhuǎn)換、像元尺寸小、幾何精度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被大量用于非接觸式直徑測(cè)量領(lǐng)域。相對(duì)于接觸式的直徑測(cè)量方式，非接觸直徑測(cè)量具有測(cè)試速度快，精度高，對(duì)環(huán)境要求低等特點(diǎn)，因此使用范圍較廣。本文對(duì)基于線陣CCD的非接觸直徑測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了較為全面的研究，并結(jié)合本課題的特點(diǎn)（測(cè)量細(xì)絲直徑），提出了適合本課題的具體設(shè)計(jì)方案，在課題研究過(guò)程中，本文主要完成了以下幾個(gè)工作：介紹了非接觸直徑測(cè)量的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2、及發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)線陣CCD特性及工作原理的分析，設(shè)計(jì)了一種基于線陣CCD非接觸直徑測(cè)量系統(tǒng)。[1]關(guān)鍵字：線陣CCD直徑測(cè)量衍射法目錄1緒論11.1前言11.2基于CCD測(cè)徑儀的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀22測(cè)量原理和方案論證32.1駐波測(cè)量導(dǎo)電金屬細(xì)絲直徑[4]32.2衍射法測(cè)量細(xì)絲直徑[5]42.3雙光束干涉法測(cè)量細(xì)絲直徑[6]4小結(jié)63計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)63.1系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)63.2軟件流程框圖73.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)83.3顯示及報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)83.6系統(tǒng)程序104精度分析114.1差分放大電路114.2光學(xué)系統(tǒng)對(duì)測(cè)量精度的影響分析114.2.1衍射114.2.

3、2環(huán)境光擾動(dòng)124.3信號(hào)處理電路對(duì)測(cè)量精度的影響分析124.4零點(diǎn)漂移對(duì)測(cè)量精度的影響124.5被測(cè)工件的均勻性對(duì)測(cè)量精度的影響124.5.1誤差分析124.5.2標(biāo)定誤差125總結(jié)13參考文獻(xiàn)141緒論1.1前言光電自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中有著極其廣泛和重要的用途。然而，目前產(chǎn)品零件尺寸的檢測(cè)大多數(shù)是人工測(cè)量的接觸式和靜止測(cè)量，所以檢測(cè)速度低，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上目前自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。尤其在全面質(zhì)量管理過(guò)程中，更需要先進(jìn)的、智能的檢測(cè)手段。目前，國(guó)內(nèi)外常采用激光掃描光電線徑測(cè)量，但是這種方法受電機(jī)的溫度及振動(dòng)的影響，掃描恒速度的限制，

4、會(huì)產(chǎn)生高溫使其降低壽命。我們研制的基于線陣CCD便攜式非接觸直徑測(cè)量?jī)x器正是適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)自動(dòng)化生產(chǎn)的急需而設(shè)計(jì)的，該測(cè)徑儀是一種光、機(jī)、電、一體化的產(chǎn)品。尤其適用于電纜、電線、玻璃管、軸類零件的外徑測(cè)量，對(duì)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(dòng)生產(chǎn)率有著重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。對(duì)各種細(xì)絲直徑的測(cè)量常常關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)品的級(jí)別，如鐘表中的游絲、光導(dǎo)纖維、化學(xué)纖維、各種細(xì)線、電阻絲、集成電路引線以及種類儀器、標(biāo)尺的刻線等。傳統(tǒng)的測(cè)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，如光學(xué)顯微鏡法、干涉法、掃描法、投影放大法、比較法等。然而

5、，大多檢測(cè)方法檢測(cè)速度低，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上目前自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。尤其在全面質(zhì)量管理過(guò)程中，更需要先進(jìn)的、智能的檢測(cè)手段。目前，國(guó)內(nèi)外常采用激光掃描光電線徑測(cè)量，但是激光衍射細(xì)絲測(cè)量法比較適合于靜態(tài)的高精度測(cè)量,當(dāng)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)會(huì)由于被測(cè)絲的晃動(dòng)導(dǎo)致衍射條紋快速移動(dòng)而失準(zhǔn),也難以快速得到測(cè)量結(jié)果,同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、格昂貴等缺點(diǎn),不太適于現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量細(xì)絲直徑?；贑CD技術(shù)的快速發(fā)展及后續(xù)處理算法的日益真實(shí)有效故CCD在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)中扮演者越來(lái)越重要的作用。為滿足大工業(yè)化生產(chǎn)線陣CCD測(cè)量?jī)x便應(yīng)運(yùn)而生，該測(cè)徑儀是一種光、機(jī)、電、算于一體的產(chǎn)

6、品。尤其適用于電纜、電線、玻璃管、軸類零件的外徑測(cè)量，對(duì)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(dòng)生產(chǎn)率有著重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。[2]1.2基于CCD測(cè)徑儀的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀社會(huì)的進(jìn)步重要體現(xiàn)就是科技的進(jìn)步，科技進(jìn)步主要體現(xiàn)使用勞動(dòng)工具的進(jìn)步。從18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，科學(xué)技術(shù)以前所未有的速度在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是近50年來(lái)，隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于加工零件的檢測(cè)速度與精度有了更高的要求，向著高速度、高精度、非接觸和在線檢測(cè)方向發(fā)展。為此，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于檢測(cè)儀器與設(shè)備速度與精度一直作為檢測(cè)儀器的主要指標(biāo)。CCD測(cè)徑儀特別適用于電纜

7、、電線的在線自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)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(dòng)生產(chǎn)率有著十分重要的意義，所以各國(guó)政府都很重視對(duì)測(cè)徑儀的研究。英國(guó)BetaAS3系列全新的激光測(cè)徑儀：LD1040-S(單向直徑測(cè)量?jī)x)、LD1040XY-S(雙向直徑測(cè)量?jī)x)，精度：0.1μm，測(cè)量范圍最廣，單向測(cè)徑儀最大可測(cè)直徑達(dá)330.3mm，雙向測(cè)徑儀最大可測(cè)直徑值達(dá)100mm，測(cè)量精度最高，最高測(cè)量精度可達(dá)0.1μm，是目前同類產(chǎn)品中的最高的測(cè)量精度。日本生產(chǎn)的LS-7000系列高速、高精度CCD測(cè)量?jī)x器，如：LS-7030M（配備測(cè)量攝影機(jī)）測(cè)量范圍：0.3mm～30m

8、m，測(cè)量精度：±2μm，重復(fù)性精度：±1.5μm。L