激光测长机CMOS数码影像测量系统的研制

　　1.引言

　　CMOS(Complementa叮MetalOxide　Semieonduetor)影像钡l量是当今工业检测与计量技术领域中的一个正在广泛应用的新技术，它代表的是数码影像科技溶人工业检测与计量之中。CMOS影像测量建立在CMOS数码影像的基础上，依托于专用控制与图形测量软件，从而实现对工件的测量。CMOS数码影像技术具有精度高、转换效率高、尺寸小、性能稳定等优点，目前在摄像、信号处理和非接触测量等领域应用广泛。

　　我公司20m激光测长机自19%年研制成功以来，用于长度量值传递和大尺寸端度精密测量，它为三峡等大型发电机组的大尺寸精密检测做出了巨大贡献，在国内大尺寸端度精密测量领域相当长时间内处于领先地位。但随着时间的推移，限于当时的技术发展水平，其测量功能较单一，自动化程度不高，测量软件功能不强，且经过多年使用，导轨磨损大等缺点逐步显现出来。针对上述问题，为了拓展设备的潜在功能，我们进行了20m激光测长机的改造。

　　改造的主要目的是针对公司近年来越来越多的精密二尺、进口精密钢卷尺、数控机床光栅尺、精密丝杠等的检测需要，将CMOS影像测量引人20m激光测长机之中实现对线纹尺和7T尺的精密检测。本文主要介绍数码影像测量系统在我公司的研制情况。

　　2研制方案及原理

　　本项目制定的初始改造方案是:测量头部分改造，加装自动控制的移动测量座的行走机构，CCD摄像系统，以遥控方式控制气浮式移动滑座自动移动，用CCD成像系统辅以LCD显示器监测瞄准线纹，用CCD成像系统将图像传至远距离终端电脑监测瞄准刻线。最初方案是利用气浮式滑座主体代替原有的移动测量座。气浮式滑座主体内部装有两套气浮轴承系统，通过专用电源供电，产生压缩空气，使滑座主体悬浮在导轨上，此时只需轻轻推动，滑座主体即可随之沿导轨移动。但随着研究的深人，将最初的方案作了以下改进:用CMOS数码成像系统取代了CCD成像系统，实现20m长的远距离图像传输。安装可调节平面度的检测工作台，移动测量座底边加粘减小摩擦力的新型氟材料取代气浮式滑座，这是由于气浮式滑座移动时，因20m激光测长机的导轨是由三段拼接而成，拼接缝可能造成较高的故障率。其次，安装坦克拖链、重锤固定装置和压紧装置等实现钢卷尺、精密7T尺等线纹类测量器　　具检测功能，从而大大地减轻操作者的工作强度，提高工作效率和检测精度。

　　2.1影像测量系统结构及原理

　　在20m激光测长机上新增数码成像瞄准系统，采用最新cMos数码成像技术，其优势在于互补性氧化金属半导体CMOS和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N和P级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。CMOS传感器的构造排列更像是一个存储器或是平面显示器。每个成像点由一个能够将光线转化成电子光电二极管、一个电荷/电压转换区、一个重新设置和选取晶体管，以及放大器组成。覆盖在整块传感器上的金属格子将读出信号与纵队排列输出信号相互连接。这种构造通过简单的X一Y寻址技术允许从整个排列、部分甚至单个像素来读出信号，而这一点CCD是不能办到的。　　CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可实现远距离图像传输操作，可以进行快速图像扫描，突破了CCD传感器需将模拟信号转换成数字信号，通常CCD传感器传输距离超过6m后，信号弱，图像失真。CMOS的有源像素技术可以驱动图像阵列的列总线高速传输，其芯片附带的模数转换器(ADC)可以更容易地驱动高速信号进行芯片传输。这两项特性为运动过程中分析成像提供了巨大优势。