CCD器件在非接触式测径仪中的应用

　　0引言

　　钢丝、电缆、石英管等生产中的质量控制已越来越为广大生产厂家所重视。有多种需要控制的参数，而外径控制是其中非常关键和重要的参数。

　　国内有许多企业家看到在生产线上采用先进的激光测控技术会为企业带来可观的经济效益，为产品在国际市场上的竞争提供可靠的技术保证，从而纷纷采用。

　　激光测径系列产品较为重要的有两类:一类是激光扫描测径仪，另一类是CCI〕成像测径仪。后者是近几年出现的产品，由于其激光器和光电器件均采用了固体器件，且无转动部件，因此有很高的稳定性和长寿命。

　　1CCD器件简介

　　电荷藕合器件eeD(ehargeCotlpledDevieeS)是一种新型固体成像器件，从结构上讲，可分为面阵和线阵两种。前者主要用于摄取图像，而后者作为一种高灵敏光电传感器在生产线上用于产品外形尺寸非接触检测、分类、表面质量评定和精确定位等。

　　线阵CCI〕器件是由阵列光敏象元和在其两侧的移位寄存器集成所组成的光电器件，当光敏元曝光一定时间后在相应驱动脉冲作用下，信号电荷转移至移位寄存器，由移位寄存器一位一位地将其输出，从而得到所需的光电信息。

　　2应用CCD器件的激光测径仪原理

　　2.1光学原理

　　如图1所示，激光器1」)发出的红色可见激光束经过光束变换系统SP变换，再经批准镜Ll准直后获得平行性很好的平行光束。此光束照射到被测工件上，再通过一组光学放大镜头LZ、L3到达CCD器件上。由于CCD器件的自扫描特性，当无工件时CCI)输出波形为图2(a)所示(经过滤波整形)。当有工件遮挡时，中间产生一阴影，CCD输出波形如图2(b)所示，中间凹陷处为被工件遮挡所致。

　　CCD作为一种光电转换器件是采用集成电路工艺方法将光敏元件排列成一行，刻制在硅片上，光敏元件间的几何尺寸非常精确，用于测量可获得很高定位精度，配以相应驱动电路可将CCI)光照而储存的电荷以一定方式输出，并可很容易地由计算机计算出信号波占光敏元数从而计算工件直径。1中f2、f3分别为L2、L3的焦距，则工作直径D可由(1)式计算

　　2.2与信号处理有关的光学传递函数问题

　　由于本测径仪采用了单色性很好的半导体激光光源并经过准直，因此应对光学图像在经过光学系统传递时的情况做一些定性的讨论，以便为光学系统和电气系统的设计提供一些依据。

　　由付里叶变换光学原理可知图1所示的光学系统实际上是一种付里叶变换光学系统。工件的物函数g(x)经透镜L2进行付里叶变换后，在透镜成像平面上(焦点f2处)得到工件的象函数F(u)，此象函数为工件物函数g(x)的付氏变换。即F(u)=r{g(x)}此象函数位于透镜L3的前焦面，经透镜L3，再一次逆变换后在CCD器件又将工件的物函数复原，即g(x)=r^一1{f(u)}。