西安工业大学北方信息工程学院课程设计(论文)题目：细丝直径测试仪系别：光电信息系专业：测控技术与仪器班级：B110102学生：董博学号：B11010203任课教师：吴玲玲2014年10月目录1绪论 (6)1.1前言 (6)1.2基于CCD测径仪的发展现状国外发展现状 (6)1.3 国内发展现状 (7)1.4论文的主要内容 (8)2测量原理和方案论证 (8)2.1利用衍射法测量细铜丝直径 (8)2.2利用分光法测量细铜丝直径 (9)2.3线阵CCD测量直径系统测细铜丝直径 (10)2.4 成像系统 (13)2.5设计方案的论证与选择采用 (14)3 系统设计 (15)3.1整体系统设计 (15)3.2光学系统设计 (16)3.2.1光源 (16)3.2.2光源照明 (16)3.2.3成像光学系统 (16)3.3机械系统设计 (16)3.3.1机械设计的原理和要求 (16)3.3.2机械设计的保险装置 (16)3.2.3机械设计的稳定性 (16)3.4电路系统设计 (16)3.4.1低通滤波器 (16)3.4.2相关双采样 (16)3.4.3差分放大电路 (16)3.5数字图像处理及报警系统设计 (16)3.5.1系统组成 (16)3.5.2块方向的选取 (16)3.5.3单位标定 (16)3.5.4细丝直径的获取 (17)3.5.5直径的测量 (17)4 实验结果及影响测量精度的主要因素分析 (18)4.1光学系统对测量精度的影响分析 (18)4.1.1影响测量精度的因素及对策 (18)4.2信号处理电路对测量精度的影响分析 (18)4.2.1零点漂移对测量精度的影响 (18)4.2.1被测工件的均匀性对测量精度的影响 (18)4.2.2误差分析 (19)4.3图像处理对测量精度的影响 (19)4.3.1标定误差 (19)4.3.2示值显示误差 (19)4.3.3误差合成 (19)4.3.4仪器误差 (19)5 结论 (20)参考文献 (21)基于CCD测量细铜丝直径系统设计摘要近年来，随着新型光电器件的不断涌现、单片机数据处理能力的提高和生产全面质量管理的要求，非接触式智能化仪器将逐步取代传统上的机械测量仪器本文设计了一套基于线阵CCD 的非接触直径测量仪器，该装置可以对φ0.5mm～φ30mm的工件进行测量，测量精度为±5μm。
本文论述了CCD光电尺寸测量装置的基本原理，分析了光学系统各部分的形式，采用柯拉照明和远心光路成像，以保证成像质量和测量精度。
用微分法提取被测工的边缘信息，详细论述了信号处理电路中的各个模块的实现方法，并将微分法处理电路和单片机控制系统作为重点。
同时还给出了CCD测量直径系统的控制程序流程图及部分程序。
通过实验得到测量结果，对几个重要参数进行了分析，最后就影响系统测量精度的几种主要误差进行了讨论，给出消除误差的方法，以便达到更高的测量精度。
关键字：线阵CCD直径测量远心光路微分法MSP430ABSTRACTIn recent years, along with new optoelectronic devices flowing out continuously 、the capacity of MCU data processing improving, and the requirements of overall production quality management, non-contact Intelligent machines will replace the traditional mechanical instruments gradually. In this paper, I designed a set of portable non-contact measurement instruments based on linear array CCD, which can measure the workpiece fromφ0.5mm to φ30mm, with measurement precision±5μm . In this paper, I discussed the basic principle of CCD photoelectric measurement devices, analyzed the form of parts of optical system, adopt Kohler illumination and telecentric beam path design in order to ensure image quality and accuracy. Adopting differential theory extracted edge information of measured workpiece, and discussed the signal processing circuit in the realization of the various modules in detail, and made the differential processing circuitry and single-chip control system as emphases, at the same time I gave control program flow chart of CCD diameter measurement system and related parts procedures of it. Through experimental measurement results, I analyzed several important parameters, discussed several major errors which influences the accuracy of system in the end, gave the method of elimination of errors, in order to achieve higher measurement accuracy.Key Words: Line ararray CCD Diameter measurementTelecentric optical path Differential theory MSP431绪论1.1 前言光电自动检测技术在工业自动化生产中有着极其广泛和重要的用途。
然而，目前产品零件尺寸的检测大多数是人工测量的接触式和静止测量，所以检测速度低，生产效率低，劳动强度大，远远跟不上目前自动化生产的需要。
尤其在全面质量管理过程中，更需要先进的、智能的检测手段。
目前，国内外常采用激光扫描光电线径测量[1～5]，但是这种方法受电机的温度及振动的影响，扫描恒速度的限制，会产生高温使其降低寿命。
我们研制的基于线阵CCD 便携式非接触直径测量仪器正是适应当前社会自动化生产的急需而设计的，该测径仪是一种光、机、电一体化的产品。
尤其适用于电缆、电线、玻璃管、轴类零件的外径测量，对保证产品质量，降低原材料消耗，降低生产成本，提高劳动生产率有着重大的经济效益和社会意义对各种细丝直径的测量常常关系到工业产品的级别，如钟表中的游丝、光导纤维、化学纤维、各种细线、电阻丝、集成电路引线以及种类仪器、标尺的刻线等。
传统的测量方法多数为接触法，其它的有电阻法、称重法。
也有采用光学方法的，如光学显微镜法、干涉法、扫描法、投影放大法、比较法等。
然而，大多检测方法检测速度低，生产效率低，劳动强度大，远远跟不上目前自动化生产的需要。
尤其在全面质量管理过程中，更需要先进的、智能的检测手段。
目前，国内外常采用激光扫描光电线径测量，但是但激光衍射细丝测量法比较适合于静态的高精度测量 ,当用于动态测量时会由于被测丝的晃动导致衍射条纹快速移动而失准 ,也难以快速得到测量结果 ,同时还具有结构复杂、格昂贵等缺点 ,不太适于现场快速测量细丝直径。
基于CCD技术的快速发展及后续处理算法的日益真实有效故CCD在现代自动化生产中扮演者越来越重要的作用。
为满足大工业化生产线阵CCD测径仪便应运而生，该测径仪是一种光、机、电、算于一体的产品。
尤其适用于电缆、电线、玻璃管、轴类零件的外径测量，对保证产品质量，降低原材料消耗，降低生产成本，提高劳动生产率有着重大的经济效益和社会意义。
1.2基于CCD测径仪的发展现状国外发展现状社会的进步重要体现就是科技的进步，科技进步主要体现使用劳动工具的进步。
从18世纪工业革命以来，科学技术以前所未有的速度在突飞猛进的发展，特别是近50年来，随着现代化生产和加工技术的发展，对于加工零件的检测速度与精度有了更高的要求，向着高速度、高精度、非接触和在线检测方向发展。
为此，工业发达国家对于检测仪器与设备速度与精度一直作为检测仪器的主要指标。
CCD测径仪特别适用于电缆、电线的在线自动检测，对保证产品的质量，降低原材料消耗，降低生产成本，提高劳动生产率有着十分重要的意义，所以各国政府都很重视对测径仪的研究。
英国Beta AS3系列全新的激光测径仪：LD1040-S(单向直径测量仪)、LD1040XY-S(双向直径测量仪)，精度：0.1μm，测量范围最广，单向测径仪最大可测直径达330.3mm，双向测径仪最大可测直径值达100mm，测量精度最高，最高测量精度可达0.1μm，是目前同类产品中的最高的测量精度。
日本生产的LS-7000 系列高速、高精度CCD 测量仪器，如：LS-7030M（配备测量摄影机）测量范围：0.3mm～30mm，测量精度：±2μm，重复性精度：±1.5μm。
LS-7010M（配备测量摄影机）测量范围：0.04mm～6mm，测量精度：±0.5μm。
1.3 国内发展现状国内由于自身的工业加工水平有限、测量原理的不完善和结构搭理欠合理，所以，国内生产的测径仪测量精度没有国外的精确，河北省激光研究所光电检测控制室生产的JCJ-1激光测径仪，是专为玻璃管生产线上玻璃管外径的测量、控制、分选而设计的集激光、精密机械、计算机于一体的智能化精密仪器。
通过激光光束高速（200次/秒）扫描被测玻璃管，计算机实时采样处理，实现玻璃管直径在线非接触检测、控制，测量范围：0.5mm～60mm，测量精度：±0.01mm。
广州一思通电子仪器厂生产的ETD-05系列激光测径仪，测量范围：0.2mm～30mm，测量精度：±2μm，ETD-05系列激光测径仪是一种基于激光扫描测量原理而设计的高精度非接触式的外径测量设备，仪器采用二维测量模式，有效消除工件振动造成的测量误差，特别适合生产现场的实时测量，适用于通信电缆、光缆、同轴电缆、漆包线、PVC管、铜管、纤维线等圆形线材的在线检测，也可用于其它各种圆形工件的外径测量。