第8章光电成像器件86节ppt课件

1、8.6 8.6 线阵线阵CCDCCD的应用实例的应用实例8.6.1 8.6.1 钢板宽度的非接触自动测量钢板宽度的非接触自动测量 图图8-31 8-31 钢板宽度的非接触自动测量系统钢板宽度的非接触自动测量系统1.1.宽度测量原理宽度测量原理 图图8-32 8-32 钢板宽度测量原理方框图钢板宽度测量原理方框图 钢板的宽度的计算公式，为钢板的宽度的计算公式，为（8-218-21）式中，式中，11与与22分别为两个探测器光学成像物镜的横向放大倍分别为两个探测器光学成像物镜的横向放大倍)(2021010SNSNlL图图8-33 CCD8-33 CCD的输出波形的输出波形率，率，S0S0为为CCDC

2、CD像敏单元长，式中的正负号要根据像敏单元长，式中的正负号要根据CCDCCD的安装方向的安装方向确定。确定。 2.2.测量范围与测量精度测量范围与测量精度(1)(1)测量范围测量范围 钢板宽度的测量测量范围与两探测器的中心距钢板宽度的测量测量范围与两探测器的中心距l0l0有关，即有关，即与探测器安装架的调整与锁定方式有关。若与探测器安装架的调整与锁定方式有关。若l0l0可以大范围的调可以大范围的调整与锁定，系统的测量范围将会很大。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倍率11与与22有关，与所

3、选用的有关，与所选用的CCDCCD像敏单元长及像元数像敏单元长及像元数N N等参等参数有关。数有关。(2)测量精度测量精度 对式对式8-21取微分，由于系统确定后除像元数取微分，由于系统确定后除像元数N 1与与N 2外的其他参数均为常数，外的其他参数均为常数，（8-22） 测量精度与测量精度与CCD的像元长度的像元长度S 0、光学系统的放大倍率、光学系统的放大倍率等参数有关。当光学系统的横向放大倍率等参数有关。当光学系统的横向放大倍率1与与2均为均为1时，时，CCD的像元长度的像元长度S 0常为几毫米到十几毫米，因此宽度测量的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精度很容易做到

4、高于0.1mm。220110NSNSL3.3.测量速度测量速度 线阵线阵CCDCCD测量周期为其转移脉冲测量周期为其转移脉冲SHSH的周期的周期T T，它由所选，它由所选线阵线阵CCDCCD的像元数的像元数N N及驱动频率及驱动频率f f 决定，通常有决定，通常有（8-238-23）式中，式中，N dN d为大于线阵为大于线阵CCDCCD虚设单元的任意数由设计驱动器虚设单元的任意数由设计驱动器者决定）。者决定）。 显然，显然，N N 与与N dN d值越大，值越大，SHSH的周期的周期T T 越长，而提高驱越长，而提高驱动频动频率率f f 将缩短将缩短SHSH的周期的周期T T，提高测量速度。

5、，提高测量速度。 一般驱动频率一般驱动频率f f 为数为数MHzMHz，测量周期常为，测量周期常为msms量级。量级。fNNT)(d板材定长裁剪系统板材定长裁剪系统1.1.定长裁剪系统的结构定长裁剪系统的结构 图图8-34 8-34 板材定长裁剪系统板材定长裁剪系统2.2.定长裁剪原理定长裁剪原理 设光电系统的中心安装在距裁剪剪刀口设光电系统的中心安装在距裁剪剪刀口l0l0远处。当被裁板远处。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缘的像成在光电器件的光敏面上，使光

6、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，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。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。方向运动。实现传动与裁剪的

7、自动控制。 角度传感器可用来计量板材的总传输量。角度传感器可用来计量板材的总传输量。3.3.定长裁剪系统精度分析定长裁剪系统精度分析 假设光源所发出的光经光学系统后均匀地假设光源所发出的光经光学系统后均匀地投射到光电器投射到光电器件上，光敏面上的照度为件上，光敏面上的照度为E E 。当光电器件为矩。当光电器件为矩形硅光电池时，形硅光电池时，它输出的光电流它输出的光电流I LI L与入射光照度与入射光照度E E 的关系为的关系为 I L = S E A I L = S E A （8-248-24）其中，其中，S S 矩形硅光电池的灵敏度，矩形硅光电池的灵敏度，A A 为光电器件的受光面积，在被裁

8、为光电器件的受光面积，在被裁板材没进入视场时为整个光电器件板材没进入视场时为整个光电器件的光敏面。的光敏面。图图8-35 8-35 光电变换电路光电变换电路 对于矩形硅光电池，面积为光电池的宽度对于矩形硅光电池，面积为光电池的宽度b b与长度与长度L L的乘的乘积，即积，即 I L = S E b L I L = S E b L （8-258-25） 被裁板材进入视场后，设光电池被遮挡的长度为被裁板材进入视场后，设光电池被遮挡的长度为l l，光电光电流变为流变为 I L = S E bI L = S E bL-lL-l） （8-268-26）显然，光电流的变化与光电池被遮挡的长度显然，光电流的

9、变化与光电池被遮挡的长度l l 有关，对式有关，对式8-8-2626取微分得取微分得 I L = I L = S E b l S E b l （8-278-27）式中，负号表明光电流随遮挡量的增加而减少。式中，负号表明光电流随遮挡量的增加而减少。 U 随遮挡量的变化关系为随遮挡量的变化关系为 U = S E b R L l （8-28）上式表明，控制精度与反向电路的电压鉴别量有关，采用电压上式表明，控制精度与反向电路的电压鉴别量有关，采用电压比较器模块可以获得微伏级的鉴别精度，由式比较器模块可以获得微伏级的鉴别精度，由式8-28推倒出推倒出的理论控制精度可以达到微米量级。但由于光源的稳定度，和的理论控制精度可以达到微米量级。但由于光源的稳定度，和生产环境灰尘）、震动、背景光等因素的影响可能带来远远生产环境灰尘）、震动