基于线阵CCD的尺寸测量研究

摘要：在当今国内工业中对尺寸的测量大多还是采用千分尺等落后的接触式的方法，不但效率不高而且精确度不高。文中讨论了线阵CCD用于尺寸测量的非常有效的非接触检测技术。本测量系统是以89C2051、TCD1206UD和ICL7135等芯片构成的，完成了由照明、成像、数据处理到显示等过程。本设计具有稳定可靠、测量精度高等特点，适用于各种高灵敏、高精度的检测。此外，本系统包括了LED显示，不仅价格便宜，而且测量结果方便可见，增加了本设计的实用性。
关键词：TCD1206UD；89C2051；尺寸测量；驱动

电荷耦合器件CCD(Charge Coupled Devices)是20世纪70年代初期发展起来的新型半导体集成光电器件，它具有灵敏度高、动态范围大、像素划分精度高等特点。CCD是以电荷作为信号，将可视范围内的景物通过感光敏元将光信号转变为电荷信号，然后经存储、传输和检测，输出视频信号，再显示出入眼能够看得见的图像。CCD分为线阵CCD和面阵CCD，线阵CCD因其驱动简单，信号相对易于处理等特点广泛应用于工业领域中的尺寸和位移的测量，而面阵CCD则主要是应用于图形和文字的传输等。
本测量系统由89C2051控制TCD1206UD测量微尺寸，经过照明系统、信号转换、数据处理等过程，最后通过LED显示出来。具有稳定可靠、测量精度高等特点，适用于各种高灵敏、高精度的检测。

1 系统工作原理
系统原理如图1所示，此系统是以89C2051为核心，TCD1206UD，ICL7135等器件一起构成的。

照明系统提供稳定的照明光，被照明的物体经成像物镜成像在线阵CCD的光敏阵列上，暗带部分的长度反应了被测物体的长度。CCD视频信号经过二值化电路处理后，二值化信号经过A／D转换器ICL7135把模拟信号转换成数字信号，信号再经过89C2051的处理通过LED显示出来。

2 系统硬件设计
2．1 光学系统设计
由于CCD本身的感光单元有一定间距，又有光源的变化、衍射和外界干扰等影响，使照在CCD上的物像不能由暗直接转化为亮，而是有个缓慢的过渡区。要想有好的成像效果，这就对物体的照明提出了较高的要求，好的光学系统能提高测量精度。

如图2所示，本照明系统以一个大功率LED为照明光源，发光二极管作为照明光源，由于它具有体积小、重量轻、光源单色性好、发光亮度、发光效率高、亮度便于调整等优点，目前正广泛运用于数字仪表显示和CCD应用技术中。发光二极管LED发出的光经过一片双胶合透镜L1会聚到于一点F，F点恰好为透镜L2的物方焦点，扩展成为所需要的平行光，照射到待测器件上，经成像系统(成像物镜L3和光阑组成)成像于CCD上，形成阴影。