第八章光电成像器件8.7节.pptVIP

8.8 线阵CCD的应用实例 8.8.1 钢板宽度的非接触自动测量 在被测钢板的两边缘处分别安装远心照明光源系统，经探 测器的成像物镜使钢板的边 缘清楚地成像在CCD的像敏 面上。CCD输出信号经计算 机系统内的A/D数据采集卡 转换后，送到计算机系统进 行边界判断和钢板宽度的测 量。探测器1与探测器2分别 安装在同一个支撑架的两端， 它们的中心距为l0。 1.宽度测量原理 稳定的远心照明光源1与2发出的光使被测钢板的边沿能够 被成像物镜清楚地成像在两个线阵CCD的像敏面上，CCD1与CCD2 在同步脉冲的驱动下分 别输出信号U 1与U 2。经 二值化处理或A/D转换 提取边界后，得到二值 化信号D 1与D 2。D 1的下 降沿对应于CCD1的第N 1 个像敏单元，D 2的上升 沿对应于CCD2的第N 2个像敏单元，它们又分别表示钢板边缘的 像在CCD1与CCD2像敏面上的位置。因此，可以推导出钢板的宽 度的计算公式，为 （8-21） 式中，β1与β2分别为两个探测器光学成像物镜的横向放大倍 率，S0为CCD像敏单元长，式中的正负号要根据CCD的安装方向 确定。 2.测量范围与测量精度 (1)测量范围 钢板宽度的测量测量范围与两探测器的中心距l0有关，即 与探测器安装架的调整与锁定方式有关。若l0可以大范围的调 整与锁定，系统的测量范围将会很大。 另外，宽度的测量范围还与两探测器成像物镜的横向放大 倍率β1与β2有关，与所选用的CCD像敏单元长及像元数N等参 数有关。 (2)测量精度 对式（8-21）取微分，由于系统确定后除像元数N 1与N 2外 的其他参数均为常数，因此 （8-22） 测量精度与CCD的像元长度S 0、光学系统的放大倍率β等参数 有关。当光学系统的横向放大倍率β1与β2均为1时，CCD的像 元长度S 0常为几毫米到十几毫米，因此宽度测量的精度很容易 做到高于±0.1mm。 3.测量速度 线阵CCD测量周期为其转移脉冲SH的周期T，它由所选线阵 CCD的像元数N及驱动频率f 决定，通常有 （8-23） 式中，N d为大于线阵CCD虚设单元的任意数（由设计驱动器者 决定）。显然，N 与N d值越大，SH的周期T 越长，而提高驱动 频率f 将缩短SH的周期T，提高测量速度。 一般驱动频率f 为数MHz，测量周期常为ms量级。 ?板材定长裁剪系统 1.定长裁剪系统的结构 被裁板材经传动轮和从动轮展开，并以一定的速度v 经过 裁减装置(剪刀)输送到光电检测系统。光电检测系统由光源、 光学成像系统、光电 器件构成。 裁剪控制系统接 收信号处理系统发出 的执行命令，使剪刀 执行相应的裁剪动作。 2.定长裁剪原理 设光电系统的中心安装在距裁剪剪刀口l0远处。当被裁板 材沿箭头所示方向运动到光电探测系统的视场内，被裁板材边 缘的像成在光电器件的光敏面上，使光电器件输出的光电流减 小，输出电压降低。而且，随着板材的运动输出电压将越来越 小。当它减小到一定程度，判别电路将输出电压跳变，使板材 的运动停止，裁剪系统启动，剪刀下落将板材剪掉。 当板材被剪掉后，光电器件又被光完全照亮，光电流又恢 复到最大值，它使剪刀抬起，启动传动系统使板材继续沿箭头 方向运动。实现传动与裁剪的自动控制。 角度传感器可用来计量板材的总传输量。 3.定长裁剪系统精度分析 若裁剪系统的光电传感器采用面积为S 的硅光电池(或硅 光电二极管)，在光敏面全被入射光照射时，光电流I L很大， 变换电路的输出为低电位，用做整形的非门电路输出为高电 平。 当光敏面部分被遮挡时，光电 流I L减少，变换电路的输出电位增 高，当它高于阈值电位U th值时， 非门电路输出将由高变低。输出控 制传输系统和剪刀动作的命令。 假设光源所发出的光经光学系统后均匀地投射到光电器件 上，光敏面上的照度为E 。当光电器件为矩形硅光电池时，它 输出的光电流I L与入射光照度E 的关系为 I L = S φ E A （8-24） 其中，S φ矩形硅光电池的灵敏度，A 为光电器件的受光面积， 显然，在被裁板材没进入视场时为整个光电器件的光敏面。 当被裁板材进入视场后，受光面积A 将减少，必将引起光 电流I L的下降。考虑硅光电池的灵敏度S φ为常数，光源所发 出的光是稳定的，故也是常数，则光电流I L的变化只与受光面 积A 有关。对于矩形硅光电池，面积为光电池的宽度b与长度L 的乘积，即 I L