基于CCD的通用测长仪的研制

　　0 引言

　　在机械加工行业中,大尺寸尤其是回转体轴盘类工件大直径尺寸的高精度测量技术,一直是众多学者和科技人员致力研究的课题,也是当前尚未圆满解决的世界性技术难题。而现代加工技术发展迅速,自动化程度、加工精度不断提高,相应的对检测设备也提出了新的要求,如高精度,自动化,在线检测等等,新技术,新工艺,新项目对大直径尺寸高精度测量技术提出了越来越高的要求。长期以来国内外学者对此进行了大量研究,尝试过的测量方法不计其数,但一直没有理想的方法和测量仪器出现。其现状是:机械大直径尺寸测量技术(内/外径)依然停留在传统的机构测量方法的水平上(主要指:游标卡尺法,外径千分尺法,卡规法,P尺法,弓高弦长法等)。这些方法的共同点是:费力,费时,量具笨重,测量结果精度不高,受操作者的技术水平、工作态度等主观因素影响比较大,效率低,已经影响到成品质量,满足不了加工精度的要求,生产现场一直缺乏有效的测量手段和方法保证大型工件尺寸的测量精度。

　　本文正是基于解决大尺寸测量问题而提出的,旨在探讨CCD图象传感器在尺寸检测方面的应用性能、特性参数以及相关测控硬件系统的设计。

　　CCD全称为电荷藕合器件, CCD本身有自扫描、高分辨率、高灵敏度、结构紧凑等特点。由于CCD具有非接触性测量、分辨率高等方面的特点,因此CCD器件在物体外型测量、表面检测、图像传真、智能传感等方面得到了广泛的应用。另外,CCD测量速度快,所以不仅可用于静态测量,还可用于动态在线检测或识别零件,因此CCD技术在高精度的在线检测系统中应用也越来越多。

　　本文按照伽利略激光扩束原理设计了半导体激光器的扩束系统;在机械结构设计中,系统采用燕尾式导轨,为了提高激光器的定位精度,将燕尾滑块和光栅尺的动块固定在一起,这样燕尾滑块的滑动距离可以实时的显示在LED上;数据采集和处理部分采用高速的数字模拟混合处理器C8051F系列单片机做为处理器,利用其内部的丰富资源可以减少片外的扩展,节省电路设计。

　　1 光学系统设计

　　1. 1 CCD测量系统的设计

　　CCD长度尺寸测量系统一般采用平行光成像法,但是鉴于CCD芯片感光元件长度限制,此类测径仪的测量范围也受到限制。对于较大尺寸测量,单个CCD芯片难以实现,因此在本研究中采用双光路、双CCD测量系统,系统测量原理如图1所示。

　　激光器射出平行光,照在被测轴上,CCD芯片接收激光。L1可以通过软件测得,通过测量一个标准轴直径,然后用这个值减去L2+L3即可以得到L1的值。或者通过其它方式,如将激光器固定在光栅尺上,通过光栅尺定位得到L1的值。CCD芯片上被轴遮挡的部分长度可以通过单片机测量计数得到。由此,轴的直径为:L1+L2+L3。