CCD在活塞非接触式自动测量系统中的应用

　　引言

　　随着工业生产的自动化程度提高，对生产过程中的非接触测量的要求也越来越高。目前对活塞体几何尺寸的测量，都是采用接触式单参数测量，效率低，劳动强度大，而且人的因素直接参与测量过程，容易造成测量的失误，影响生产效率，所以随着科学技术的进步和工业生产发展的要求，开发一种在线方式的自动测量系统势在必行。本文报导利用电荷藕合器件CCD的象感原理，研制成功活塞非接触式自动测量系统.采用了无接触光电传感方式，通过多路工作的线阵CCn图象传感器进行检测，融光机电一体进行光电信号转换提取处理和计算，对活塞体纵向形线、环槽直径、环槽宽度、压缩高度及活塞任意横截面任意角度相对长轴的落差，进行非接触自动测量，最后达到测量参数数据的存储、打印、统计和图象数据显示等功能。

　　1测量系统原理和组成

　　对不同直径的活塞采用相对比较测量。以活塞销孔为测量基准，采用光电成象器件为转换元件，通过精密光学系统和精密扫描机构将工件直径边沿成象在线阵CCD光敏面上，产生的光电信号经提取处理计算而测得活塞体的直径或销孔的中心位置。如图1(a)所示。

　　三路光学测量系统相互平行。活塞体置于旋转工作台上，利用瞄准系统通过观测屏对准活塞销孔。测高对准系统测量出销孔的中心位置在CCD上所在象元位置n(图1(b))。CCD3的n。(n。=o)象元位置旋转工作台平面的距离H0事先可标校出来。这样活塞体的压缩高H=H0+0.007尼。(mm)。式中H0为标校柱的高度，属为光学系统倍率。利用光学测量头I和n同时对活塞形线(外圆)进行扫描(测量头I和n在同一平面内)，得到活塞外圆边沿在CCDI和CCDZ零位象元之间的距离d0，经处理计算可得到在扫描中各时刻活塞体的直径

式中为光测头I的倍率，为光测头n的倍率。

　　测量头I和11扫描移动数据由光栅尺计量，测量头给出活塞槽宽的起止位置，同时光栅计数，光栅测量的数值就是活塞槽宽。测量系统主要由三个光学摄象头、电路控制箱、计算机数据处理三部分组成。各部分之间通过多芯电缆进行信号连接。系统组成框图如图2所示。

　　本系统选用高分辨和高速工作的5000位线阵CCD作光电传感器。三个CCD光电传感器和各自的驱动电路板，分别安装在I、n、m三个测量头内，置于相应的焦面位置上.时序逻辑电路、脉冲分配电路、信号处理电路、计数控制电路、中断审请电路、部分接口电路、光源、工作电源和控制开关、直流工作电源一起组成在一个机箱控制平台内。摄象头和机箱之间用长3米的多芯电缆进行信号连接，机箱和计算机之间用长5米的多芯电缆进行数据传输。控制电源开关安装在工作平台表面。数据采集、传送和处理由计算机操作人员控制，测量结果用CRI，显示或由打印机记录。