, , , , , , , , ,  , 目录 目录 摘要 英文摘要Ⅱ 目录Ⅳ 第章引言 课题研究的目的和意义 课题的国内外研究现状 本论文的主要研究内容 第二章系统总体方案设计 总体方案设计 系统特点及主要技术指标 第三章光学系统设计 光源的选择 光学系统设计 基本原理介绍 光学系统设计 第四章驱动电路与视频信号处理电路设计 器件 电荷耦合器件的结构 电荷耦合器件的特性参数 器件的选择 的性能及特点 的引脚 驱动电路的设计 视频信号处理电路设计 输出视频信号的预处理 输出视频信号的二值化处理方法 视频信号二值化处理电路目录 第五章数据采集系统设计 采集控制系统的设计 单片机及其外部扩展 单片机介绍 程序存储器与数据存储器 转换设计 串行通信设计 数码显示电路设计 电源电路设计 第六章单片机软件系统设计在光电成像领域 具有重要的地位和广泛的应用。 通过以上分析，应用高精度传感器电荷耦合器件，研发种高精度 在线实时自动检测仪用于上述细丝直径钢管内外径的精确快速在线检测， 具有重要的现实意义。 第章引言 课题的国内外研究现状 按检测方式的不同，国内外对内径尺寸的检测主要分为人工检测和自动检 测两类。人工检测般使用接触物体的计量工具如螺旋测微器百分表等或 者人工判读的非接触光学仪器，可以直接取样接触测量或者利用超声波测厚仪 来测量。其中传统的检测方法采用千分尺人工测量，随机抽取产品，分别测出 壁厚和外径，然后取平均值的方法得到该批样品的平均壁厚平均外径以及平 均内径。该检测方法速度慢，效率低，检测精度低，且人为因素影响大，难以 满足大批量生产检测的要求。近年来随着的产生与发展，国内外常采用 作为光电转换器来检测管状物体的内外径。 器件是种光电相结合的器件，它能通过光电转换，将非电量的光 学图像变换成电信号，这对于后续的信号处理极为有利。利用器件本身所 具有的自扫描高分辨率高灵敏度结构紧凑像素位置准确等特性进行测 量时，无须配置复杂的机械运动结构，从而减小了产生系统误差的来源。将 应用于几何量测量中具有测量精度高价格低廉易于维护操作容易等优点， 可以实现高效率自动化动态检测非接触测量等要求，在工程实际检测中， 尤其是在小尺寸的测量方面具有很强的优势。 随着超精加工和微细加工技术的发展，尺寸的下限越来越小，精度要求越 来越高。随着新的测量原理和方法的开发，小尺寸测量的分辨率和准确度也不 断提高。些新的测量技术在几何量测量技术中正在或已经开始得到应用，例 如测量电子显微镜测量电视显微镜测量计算机辅助测量等等。从这 个意义上来说，小尺寸测量乃是体现精密测量超精密测量的个重要方面。 对细小窄薄等小尺寸测量，历来是实际工程应用中的技术难点之。 小尺寸测量的对象包括细丝的直径狭缝的宽度小孔的孔径包膜的厚 度微小位移量等。以细丝直径的测量为例，传统的测量法，测量精度不 高，费时费力，不能满足现代测量高效自动化的要求。光学高倍投影法 测量受结构空间限制较大，测量精度低，工作量大，难以实现自动化。激 光技术的发展，为细丝直径的测量提供了新的测量原理和方法，由于激光 衍射法测量精度高，具有非接触测量的优点，已被应用于小尺寸测量，按测第章引言 量信号的接收方式，分为目测法和固体摄像法。目测法只能用于静态检测，而 固体摄像法可实现自动在线检测。由此可见，作为固体摄像器件的种， 应用于小尺寸检测具有很强的优势。 针对不透明管状物体内径的检测，需要检测管深处内径时，经常采用 将检测头伸入内孔进行测量的方法。而对于透明物体如玻璃管的内外 径的检测，常利用激光扫描与线阵结合来测量，基本原理是通过激 光照射，利用透明物体的透光性来测量管径和壁厚，检测精度般在 左右。 近年来国内的有这样的发展年张文伟，庄葆华等采用面阵 进行内孔直径测量，通过扫描获得内孔的图像，经二值化处理得到 孔的边缘，最后经圆的拟合得到内孔直径。长春理工大学光电工程学院的 徐熙平张连存等人采用单光三角测量原理设计了种基于的非接触 式测量内径的光电测量系统，该系统测量误差不于，重复性测量 精度优于。 国外发展状况如下所述年,日本三菱电机公司应用机器研究所的高岛 和夫等人于发明了管内面形测定装置。该装置采用激光三角法，以线性光电二 极管作为信号接收器,对钢管内径和形状进行了检测，但在检测管内面椭圆度误 差时，效率较低，检测钢管的长度也只有左右。年的德国专利 中介绍了对深的内孔 尺寸的测量。世纪年代初由美国贝尔电话实验室的和 发明了种新型半导体集成光电器件电荷耦合器件，其应用研究取得 了惊人的进展，特别是在图像传感光电检测技术和非接触测量领域的发展更 为迅速。 的发展异常迅速，器件的象元数目增多，中心间距减小。以线阵 为例，其象元中心距在研制成功初期为到年已减小到，到 年，性能比较高的中心距已可做到象元数最初为元，到 年已提高到元，到年，象元数已可达到元。中心间距的减 小和象元数的增加，意味着测量精度的提高。面阵的发展也很快，年，第章引言 面阵的象元数只有，年就推出象元的面阵， 年象元的器件也已问世，面阵的中心距也有明显的减小。 结构也从开始时的单沟道结构，发展为双沟道结构，如今正向性能更好的 结构发展。 随着应用范围日益广泛，对器件的要求也越来越多。 传感器的出现使传统的光电技术发生了重大变化，对人类生活的许多领域 有着积极的影响。目前，应用技术的研究方兴未艾，产品日新 月异，国际上竞争相当激烈，国内应用技术也有很大的发展，它的 研究受到普遍重视。 本论文的主要研究内容 本论文从原理分析硬件设计软件设计及误差分析等方面对在线自动内 径检测系统进行设计与分析，主要研究内容为 总体方案设计，提出细丝直径测量的原理方案，使在线实时自动检测 系统具有较高的分辨率 光学系统研究，设计出种能实现高分辨率测量性能优良的 光学系统 驱动电路研究，研究出种可靠性高的满足驱动时序要 求的驱动电路 视频信号二值化处理电路研究，研究出种可提高二值化处理精 度的处理电路 研究出种可实现高分辨率测量响应快失真小抗干扰能力强的 线阵数据采集与处理系统 对系统的控制数据采集和数据处理等功能进行软件设计 研制出种可以适应细丝直径的高精度在线实时自动检测系统，并对 测量误差进行分析。 本文的研究重点在测量方案的确定传感器的选用以及单片机控制系第章引言 统的研究，是在以前工作的基础上，针对以往测量系统的不足改进了测量方案 选择了传感器并建立相应的单片机软硬件系统。 在以往的测量系统中，比较常见的是使用成像法和激光扫描法，系统 结构比较复杂，造成误差来源较多，难以有效提高测量精度。本系统以细 丝直径为例，利用光的衍射原理，对细丝进行高精度的直径测量，提出了 更为简单可行的测量方案，通过引入目前己被广泛使用的器件，简 化了测量系统的整体结构，使得安装调试更为简便，同时减少了许多误差 来源，保证了测量值的较高精度，这是本文的创新之处。 毕业论文 在线实时自动检测系统设计与分析 学院电气与电子工程学院 专业电子信息科学与技术 学生姓名岳梅 学号 指导教师李田泽 年月中文摘要 摘要 在现代工业生产中，存在着大量细丝直径的测量问题。由于测微仪等接触 测量会引起被测细丝产生形变，工业上常采用电阻法和称重法测量，这类方法 测量精度低，而且只能测量段细丝的平均直径。近年来，由于激光的应用， 出现了激光扫描测量法和投影放大法，虽然实现了非接触测量，但测量精度不 高。因此本研究采用具有高分辨率高灵敏度像素位置信息强结构紧凑等 优点的电荷耦合器件，设计种在线实时自动检测系统，实现对细丝直径的 高精度快速免损非接触的测量，具有非常重要的意义。 在线实时自动检测系统主要包括激光光学系统线阵传感器单片机 控制系统以及计算机处理系统它的工作过程为采用激光器作为光源， 利用新型电荷耦合器件作为光电接收装置，根据夫琅和费衍射原理，激光器发 出的光束经过光学系统处理后，入射到电荷耦合器件的光敏面上，经 形成视频信号输出，通过预处理与二值化处理，再把模拟信号转化为数字信号， 最后经接口送入计算机进行数据计算与显示，实现细丝直径尺寸的测量 本论文研究的内容主要包括总体方案论证光学系统研究驱动电路及 视频信号二值化处理电路研究数据采集与处理系统研究软件设计与误 差分析其中选用了作为线阵用于在线检测的传感器件，重点 分析了的驱动时序设计了的驱动电路和输出信号处理电 路，对通用型单片机的各模块的功能进行了分析，同时对单片机的硬件系统进 行了扩展，另外通过软件设计能有效地实现细丝直径的尺寸计算，并对可能造 成的误差进行了分析，验证了方案的可行性。 此测量系统具有工作稳定精度高分辨率高非接触自动在线检测等 特点，测量范围为,测量精度为。本设计可以解决细丝直 径超细孔径超小障碍物尺寸和光纤直径等测量问题。 关键词，非接触测量，驱动电路，数据采集与处理 , , , , , , , , , , , , , , ,