钢板厚度测量---光电仪器课程设计

1、 西安工业大学北方信息工程学院课程设计（论文） 西安工业大学北方信息工程学院 课程设计（论文） 题目：钢板厚度测试仪 系 别： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 2012年11月12号 目 录第1章 引言.1 1.1 研究的背景和意义.11.2 国内外研究状况.1第2章 测量原理和方法论证.22.1 检测系统的测量原理.22.2 方案的可行性分析32.3 本章小结4第3章 系统设计43.1 光学系统设计4 3.2机械结构设计. 53.3 电路系统设计63.4 计算机软硬件系统设计15第4章 精度分析184.1 电路对测量精度的影响184.2 误差分析18第5章 总结19参考文献. 20

2、第一章 引 言§1.1.1研究背景和意义测量是人类生产、社会生活中不可或缺的活动:工作计时、购物称重、量体裁衣都是测量活动，是分别对时间、质量、长度等物理量的测量。几何量测量则主要是对各种零件的几何形状、几何尺寸的测量，它在整个测量系统中占有重要地位，在现代化的工业企业中按照专业化协作原则组织生产的，各零部件在专业分厂成批制造后集中到一厂进行装配，因而只有通过精确的测量、制造才能保证零部件的互换性和装配的可靠性，从而保证整机产品的质量和使用性能。由此可见测量技术在现代的工业企业中的重要作用。传统的测量方法开始于接触式测量，这种测量方法检测效率低，劳动强度大，而且会使测量仪器的检测头发

3、生磨损，从而造成仪器的测量精度下降。那么，这就需要有一种新的方法来代替接触式测量. 随着科技大发展和生产力的要求，非接触式的测量方法出现了。第一台成功的非接触式自动测厚仪应用了X射线吸收技术。从此，非接触式测量方法开始了迅猛发展，其强大的功能和优点无法使传统的接触式测量望其项背，也为人类社会的发展，工业文明的进步做出了巨大的贡献。激光测厚仪是近年来开发出的高科技实用型设备, 是用于热轧生产线上时在线式连续测量成材厚度的非接触式测量设备。它有效地改善了工作环境, 具有测量准确、精度高、实用性好、安全可靠、无辐射、非接触式测量等人工测量及其它测量方法无法比拟的优点, 并为轧制钢材厚度控制提供了准确

4、的信息, 从而提高了生产效率和产品质量, 降低了劳动强度度。激光测厚仪使用两年多以来, 具不完全统计, 因板厚误差造成的废品率下降了50%以上, 创经济效益上亿元, 广泛地受到人们的肯定与赞赏。我们有理由相信，在未来的发展过程中，激光测厚仪作为非接触测量领域的一个重要分支将更能发挥其作用。§1.1.2测量分类 几何量测量中，长度（包括厚度）是基本的、主要的测量参数，其测量的技术水平随人类文明发展而不断地创新、拓宽。从线刻尺到千分尺等机械测长仪，说明了长度测量技术的不断发展。进入20世纪后，加工精度的提高又要求有较高的测量技术，因此出现了光、电、气等各种测量手段。在较丰富的测量方法中，

5、分类方法也较多，特别是对不同的被测对象，采用的方法也不一样，大致可分为： 按自动化方式来分:自动测量、非自动测量，非自动测量是手动测量的方法，是在测量操作者的直接操作下完成整个厚度测量过程;而自动测量是指按测量者是指按测量者所规定的程序自动进行并完成厚度测量过程的方法。很明显，自动测量有利于提高生产效率，能减轻测量者的劳动强度，降低测量者带来的人为误差。 按照对被测物的接触方式分:接触测量和非接触测量，接触测量是指测量器具的敏感元件(测量头)在一定测量力的作用下，与被测物体直接接触的测量法。非接触测量是测量器具的敏感元件(测量头)不与被测对象接触而能完成测厚的测量方法，它可以分为光学式和非光学

6、式两种。接触测量由于与被测物接触产生变形，造成误差，影响测量精度，更主要损坏物体表面，磨损接触头，因而接触测厚发展前途和应用范围上远不如非接触测量。 §1.2国内外研究现状近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。利用CCD 技术对产品表面质量进行实时检测、动态测量，具有结构简单、非接触、精度高、测量速度快、性能稳定可靠等优点。摄像头的主要传感部件是CCD，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点。CCD 产业前七大厂商皆为日系厂商，占了全球98.5的市场份额，在技

7、术发展方面，主要厂商应为索尼、飞利普，NEC和柯达公司。国内目前钢板测宽仪,其结构复杂,控制繁琐,需要标定，以及及时维护,实时操作性差。而本文所要研究的，是在原有的钢板在线测宽仪的基础上，提出了一种改良型的系统。系统中采用经济的线阵CCD 成像系统,应用CPLD 与单片机结合采集与处理测量数据，和边缘细化技术提高测量精度。整套系统结构简洁,成本低廉,抗干扰性能好，调试方便。 第二章 测量原理和方案论证 §2.1激光三角法的基本原理激光三角法的基本原理,由光源发出的一束激光照射在待测物体平面上 ,通过反射最后在检测器上成像。物体表面的位置发生改变时,其所成的像在检测器上也发生相应的位移

8、。通过像移和实际位移之间的关系式 ,真实的物体位移可以由对像移的检测和计算得到。其中：是投影光轴与成像物镜光轴的夹角；是光电测试器受光面与成像物镜光轴的夹角，而s和s分别是物距和像距,d是传感器上的成像点的偏移 ,而为实际的物体表面的偏移。系统的相关参数为：偏置距离D为从传感器到被测表面参考点的距离;测盘范围为最大能检侧到的物体表面的偏移,即|引的最大值；测量精度,传感器的最小测量单位；分辨率一般指测量的纵向分辨率 ,为测量精度和测量范围之比；横向分辨率为待测物体表面上所取测量点的最小间距。为了实现完美聚焦 ,光路设计必须满足斯凯普夫拉格条件；成像面、物面和透镜主面必须相交于同一直线 , 如下

9、图2.1中X点所示。系统的非线性的输人输出函数为：（2.1） （2.2）其中：为三角测量系统的固定参数。当物体偏转较小时，(2.1)以近似为线性关系：（2.3）图2.1 激光三角法的原理框图激光三角法的另一项重要的参数为线性度,就是三角测量法输人和输出关系线性近似程度。可以证明,在三角测量中,可以通过缩小测量范围,增大接收透镜的共扼矩,增大三角测量系统的角度,缩小接收透镜的放大倍率,达到线性测量的结果。此外,由(2.1)式对d求导,得到输入输出曲线的斜率,即激光三角法的放大倍率：（2.4） §2.2 方案的可行性分析根据2.1节，系统主要由以下几部分构成：1)光电转换；2)信号采集与

10、处理的硬件实现；3)信号采集与处理的软件实现；4)信号与上位机的通信。对于信号采集部分，现有的信号采集结构按其是否与信号处理部分分离可分为以下几类：第一种是模拟输入专用信号采集系统，该类系统将采集卡放置在计算机内部，采集卡的作用是进行A/D转换并通过计算机总线将数据送入计算机内存，用软件实现处理；第二种是模拟输入采集处理一体化结构，此种结构是将采集、量化集成到一块板卡上，一般由输入输出接口、A/D转换数字化单元、高速缓冲区和微处理单元构成，这种结构设计大大减轻了计算机的处理负荷，但增加了电路设计实现的难度；第三种是数字输入，是采集和处理部分分离的采集系统，这类系统的前端是数字输出的CCD相机，

11、输出的数字化信号直接接入处理器，这种采集结构传输距离长、受外部干扰小开发简单。经过对上述几种采集结构的分析，了解到第一种耗费计算机资源，实时性不高，不适合大量数据的实时处理；第二种是基于母板的二次开发，仍然受到一定的限制；第三种处理结构是为线阵CCD相机专门设计的处理系统，用户接口考虑到与相机积分时间同步，采用LVDS格式的数据串行传输，开发相对简单、成本低，因此，我们采用第三种数据采集结构。 激光辅助测量法，采用了线结构光。激光从激光器发出,经过柱面透镜后汇聚成宽度很窄的光带,称为结构光。该光平面以一定角度入射在工件上,在工件上产生反射和散射，并可已知投影光线的空间方向。这种光源有多优势。此

12、外，这种测量方法较激光三角法和偏转差值法有结构简单的优势。所以我们采用激光辅助测量法。 §2.3本章小结本章首先了介绍了尺寸检测系统的整体设计方案，接下来分别阐述各模块设计的理论依据。在此基础上引出了本课题的技术方案和可行性分析及其性能特点。 第三章 系统设计§3.1光学系统设计光学系统对成像质量有着十分重要的意义，它直接影响成像系统的工作距离、视场、分辨率、灵敏度和畸变等多项性能参数。对其基本要求是成像清晰、透光率强、杂散光少、像面照度分布均匀、图像畸变小、足够的相对孔径等。箱体通过支架固定于钢板正上方4米的平台，平台上安装微调装置。该装置可在横向、纵向、垂直方向调节相机

13、，使钢板正好可以成像到CCD中央位置。设备安装时用带有发光管(发光光谱近似880钢板的发光光谱)的标准长尺，对CCD相机进行标定。调节微调装置，使发光管诈好成像于CCD光敏阵列中央位置上，说明此时相机位置合格，可以进行在线检测。设生产线上钢板宽度在2米左右，而所选CCD光敏面尺寸只有20.48mm，所以为使钢板宽度信息能完整的成像在光敏面上，相机最前端需要加一个光学镜头。合理选择并安装光学镜头是保证清晰成像并获得正常视频信号的关键。各种CCD光学镜头种类繁多，光学镜头的主要参数都不尽相同，合适的参数指标应根据不同接口、CCD光敏面光学格式、光圈、视场、焦距、F数等来确定。根据待检钢板与传感器的

14、参数，我们进行成像镜头的参数计算，主要从成像要求和照度匹配两方面来考虑镜头的选择。本系统中选用镜头焦距35mm，相机安装在距钢板4m高的地方。图3-1是简化的镜头成像原理图。图3.1 镜头成像原理图图中，物距为u，像距为v，像尺寸lx，物体尺寸LX，镜头焦距f，半视角60。对于检测系统来说，由于CCD有效光敏面长度I=2048×10 m=20.48mm，钢板宽度2m，则放大率13应满足如下要求： (3-1)又根据牛顿成像公式： (3-2) 可知 (3-3)所以系统中选择焦距为35mm的F口接口镜头。此时放大倍数： 半视角: (3-4) ，则视场角大于。对于宽度为2m钢板成像大小，钢板

15、可完全成像到CCD像敏面上，符合测量系统要求。 §3.2机械结构设计行走机构主要由步进电机、滚珠丝杠副、滑动导轨组成，采用的是丝杠转动螺母移动的方法。步进电机的转轴通过联轴器和丝杠直接连接，丝杠跟随电机一起转动，从而把电机的转动转化为螺母的移动。螺母上固定有螺母座，而螺母座又与安装在导轨滑块上的工作台底板连接，最终把电机的转动转化为工作台在导轨上的平动，实现传感器的位置移动。3.2.1 步进电机的驱动 系统行走机构的驱动是以步进电机作为主动元件的，如何控制步进电机的运动是现厚度实时测量的一个重要内容，传感器相对于被测钢板的运动是通过步进电机有规律的转动实现的，为了完成钢板厚度参数的采

16、集，步进电机的驱动系统应该具有下列功能：步进电机能够启动和停止；能够实现正转和反转；步进电机能够在任何位置锁定。 在测量过程中，为了提高运动精度，步进电机以三相六拍方式工作。本系统采用配套的步进电机驱动器进行控制。其特点是：驱动器性能对电机的依赖性极小，不同参数电机均可获得优异性能；具有多种细分模式；具有脱机控制信号；电机位置掉电记忆；静止时半自动电流锁定；输入输出信号光电隔离。把以上计算所得数据与FFZD3205-3型滚珠丝杠的各项参数比较，可知该型号丝杠完全满足设计要求。3.2.2 测量部分的设计测量部分是通过测量钢板的实际厚度和标准厚度的偏差来进行厚度测量的。测量前先用标准量块代替标准钢

17、板对传感器进行零点调节，具体的做法是先调节测头到钢板的距离，使其在传感器的测量范围内，然后通过传感器的控制器对传感器进行复位，此时传感器的模拟输出电压值为零。测量时，若钢板的实际厚度与标准厚度存在偏差，即钢板上表面相对于传感器发生位移变化，传感器便输出一定量的模拟电压。模拟电压输出值与厚度偏差值存在固定的线形关系，我们由这个线形关系便可推算出钢板的实际厚度。 §3.3电路系统设计 CCD的输出信号是脉冲信号，其中既包含被测尺寸的信息，又含有大量的复位噪声和电子系统的白噪声，使得有用信号难以提取。由于CCD本身的感光单元有一定间距，加上照明光源在视场内光强分布的不均匀性，CCD本身的光

18、敏不均匀性、转移损失以及光源在通过待测目标边缘时的衍射现象等原因，使得CCD输出不会是理想的0/1信号，导致CCD输出信号波形在轮廓边缘处有一渐缓的过渡区，而且这一过渡区随着轮廓在视场中位置的变化而变化，这一变化直接影响捕捉真正代表物体边缘的特征点，进而影响测量精度。因此，如何从CCD的输出信号中提取出真正代表物体边缘的特征信息，是测量的难点所在。由于被测物体的边缘是通光和挡光的交界点，理论上该处的光强变化率最大，该点就是滤波后的视频信号电压函数u=u(t)在过渡区内的拐点，由高等数学的知识知道，在拐点处，电压函数的一次微分为最大值，二次微分为零。电路便于寻找为零的点。基于此，可设计微分法处理

19、电路提取测量信号。图3.3.1未放工件输出信号 图 3.3.2 放工件输出信号 观察CCD的输出波形，发现原始信号上附加有许多细小的“毛刺”，为了准确地从中提取出有用的信号成分，必须尽可能地抑制或消除各种噪声干扰。归纳起来主要有以下几种方法：1）低通滤波法(LFS)2）双斜率积分法(DSI)3）嵌位切除法(CCS)4）相关双取样(CDS) CCD的输出信号幅值为2V3V，可以直接进行信号处理，不需要放大环节。信号处理原理图如图3.3.3所示：图 3.3.3 信号提取电路示意图§3.3.1低通滤波器图3.3.4二阶有源低通滤波器的实用图在对CCD输出信号二值化之前要对噪音进行抑制，主要

20、抑制宽带白噪声。压控电源低通滤波电路是由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其中同相比例放大电路实际上就是压控电源，同相比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益，即A0=AVF=1+Rb/Ra由图可得电路的传递函数为：（3-1）又因AVF=1+Rb/Ra(AVF为集成运放压控电源增益)，则有：（3-2）为二阶低通滤波电路传递函数的典型表达式。其中wn2=1/R1R2C1C2为特征角频率，而Q为等效品质因数。为了求出二阶有源低通滤波器的频率响应，可令s=jw，由此可求得幅频响应和相频响应分别为：（3-3）§3.3.2相关双采样 CCD图像传感器的输出信号是图像采样的离散模

21、拟信号，无论是线阵还是面阵，其中夹杂着各种噪声和干扰成分，极大地影响了CCD的成像质量。CCD信号处理的目的就是在不损失图像细节前提下尽可能消除噪声的干扰，保证在其工作动态范围内，提高信噪比，取得高质量的图像，以便准确地提取出各像元中的信号成分。由于CCD器本身具有积分效应，从而使得外部的噪声被大大的消除，CCD输出的视频信号包含大量的噪声，主要有光子散弹噪声、暗电流噪声、输出放大器产生的复位噪声。而器件本身的噪声主要分为3类:散粒噪声,暗电流噪声和平移噪声。消除的方法很多，主要采用的有低通滤波、相关采样、微分取样法、反射延迟法等，由于相关双采样电路具有抑制噪声效果好，引入噪声小，工作频率高，

22、电路简单和易于集成化等优点，适合高性能CCD信号处理。相关双采样法图 3.3.5 相关双采样 实现相关双采样电路基本电路如图3.3.5所示，在t1t2期间对复位电平进行第一次采样，C2电容保持的电压为KTC噪声、复位失调电压与复位电平的叠加。而第二次采样在t3t4之间，C3电容保持的电压为KTC噪声、复位失调电压和有用视频信号的叠加。两次采样间隔为Tg。输出信号为两次采样值进行相减后所得的信号电压。CCD输出结构图如图3.3.6所示：图3.3.6 CCD 输出结构图在每一个像元周期开始、信号电荷到达之前，复位脉冲到来使复位开关接通在存储电容上CS复位一个复位电平，由于复位开关热噪声的影响，常使

23、CS上的复平偏离这一理想位置，这段偏离量就是复位噪声。当信号电荷到来时，复位开关截信号电荷注入到已被复位的CS上使CS上电位降低V，这样输出缓冲放大器源极也变化。这一过程主要完成把CCD光电的信号电荷量转换成以电压形式输出的视频信复位脉冲到来一次，CCD就输出一个像元信号，所以在一个像元周期内复位开关产复位噪声也将保留到下一个像元周期开始，复位噪声在复位电平和视频电平期间在。复位电平与视频电平之间差值V的大小与CCD光电信号电荷的大小成正比，是说CCD输出的有用信号是V，采用相关双采样技术就是通过对复位电平与视频分别进行采样，将两个采样信号通过一个差动电路得到V，这一过程就把与复位和视频电平都

24、相关的复位噪声滤除了。相关双采样电路输出信号及采样时序如图3.3.7所示。图 3.3.7 相关双采样输出信号及采样时序在实验中，我们采用TL1591型采样/保持放大器来完成相关双采样功能，TL1591具有15MHz采样速率，30ns采集时间和25MHz工作带宽等优良性能。§3.3.3差分放大电路VS为有用视频信号输出，CS为输出复位电平信号。因此，在外部电路采用差分比例运算电路时，把这两个信号加到差分比例运算电路的两个输入端即可很好地消除噪声，并可得到有用信号。下面对差分比例运算电路进行一下分析：首先，我们设VS输出的CCD信号（含噪声）电压为Ui1，CS端输出信号电压为Ui2。这里

25、，我们知道Ui1=Ui2+UCCD（其中UCCD为不含噪声的CCD输出信号），实际上，我们可以把Ui和Ui这一对输入信号看成是一对共模信号和一对差模信号组成。若将两个输入信号分别写成下列两个分离之和：（3-4）则可以看出两个输入信号中第一个分量的数值和相位均相同，符合共模信号的定义第二个分量的数值相同而相位相反，符合差模信号的定义。因此这样一对任意信号就可以表示为一对共模信号和一对差模信号之和。即（3-5）其中：Uic1为差分比例运算电路的共模输入电压。Uid1为差分比例运算电路的差模输入电压。因此差分电路的差模输入电压为： （3-6）差分比例运算电路如图3.3.8所示：图 3.3.8 差分比

26、例运算电路差分比例运算电路中若RF=Ri，则Uo=UCCD所以我们将Vs端接在差分比例运算电路的正相输入端，Cs接在差分比例运算电路的反相输入端，以保证CCD输出信号为正向信号。§3.3.4微分电路图3.3.9 基本微分电路及微分电路的阶跃响应如图3.3.9所示：微分电路的输出电压与输入电压成微分关系。对于基本微分电路，其输入ui与输出uo之间满足关系： （3-7）表明，输出幅度随输入频率的增加而线性增加，因此该电路对高频噪声特别敏感，以致噪声可能完全淹没微分信号。其次，考虑基本微分电路的RC环节对反馈信号具有滞后作用，它和集成运放内部电路的滞后作用合在一起，在RC参数选择不当会引起

27、自激振荡。实用的微分电路如图3.3.10所示，加一小电阻R6与微分电容C6串联，提高电路抗干扰的能力。R7与C7并联，起相位补偿作用。R8与C8起阻抗匹配作用。该电路输入ui与输出uo之间满足关系： （3-8）为了减小误差，提高运算精度，同时电路能够稳定的工作，要求 R6选小点，R7选大点，并且满足1/R6C6=1/R7C7关系为最佳。实际中选R6=50、C6=10nF、R7=50K、C7=10pF、R8=50、C8=10nF。图3.3.10实用微分电路§3.3.5绝对值电路图3.3.11绝对值处理电路如图3.3.11所示绝对值电路，又称全波整流电路。该电路的输出电压等于输入电压的绝

28、对值，即uo=|ui|，故称为绝对值电路。绝对值电路处理电路的工作原理：当输入电压为负时，线性检波电路不工作。此时，输入电压通过电阻R5，加到反相放大器的反相输入端。取电阻R5=R8，则电路的放大倍数等于-1。因而在输出端产生正的输出电压。由于输入电压是正电压，所以线性检波器工作，此时a点的输出电压为-ui。一方面，正的输入电压ui在b点为+ui。另一方面，线性检波器的输出电压-ui，通过电阻加到b点上。但是,电阻R4阻值比电阻R8小1/2。所以被供给两倍的反相电流，使反相放大器产生正的输出电压。这样就完成了全波整流。但是,上述绝对值放大电路工作原理的剖析，是在电阻R4与R8之比必须为1/2的

29、情况下做出的。实际使用时，取R1=R2=R4=10K，R5=R7=20K，R3=R6=5K§3.3.6过零触发电路 过零触发电路，可将正弦波变换成无相位误差的方波。另外，还可产生触发脉冲。图3.3.12 过零触发电路 如图3.3.12所示，输出电压uo值由稳压二极管的齐钠电压所决定。如果采用05Z5.6A型稳压二极管，该二极管的齐钠电压约为6.3V，如果采用02BN2.7型稳压二极管，该二极管的齐钠电压约为3.5V，所选稳压二极管型号不同，输出电压不同。 §3.4计算机软硬件系统设计1）图像坐标系摄像机采集的数字图像在计算机内可以存储为数组，数组中的每一个元素(象素，pix

30、el)的值即是图像点的亮度(灰度)。如图3.3所示，在图像上定义直角坐标系u-v，每一象素的坐标(u,v)分别是该象素在数组中的列数和行数。故(u,v)是以象素为单位的图像坐标系坐标。图3.4.12）摄其中s'表示因摄像机成像平面坐标轴相互不正交引出的倾斜因子。像机坐标系摄像机成像几何关系可由图3.4.1表示，其中O点称为摄像机光心，轴和轴与成像平面坐标系的x轴和y轴平行，轴为摄像机的光轴，和图像平面垂直。光轴与图像平面的交点为图像主点O'，由点O与轴组成的直角坐标系称为摄像机坐标系。OO'为摄像机焦距。图 3.4.23) 测量系统摄像机参数的确定在测量系统中，由于无论

31、钢板厚度如何变化，钢板始终和激光面有条交线，即钢板厚度方向。与z轴方向无关，因此使用平面标定将标定板放在激光面上，以垂直于标定板的方向为z轴，以平行和垂直于钢板宽度的方向在标定板上建立平面直角坐标系。选取圆的中心为标定点两个相邻圆心之间的距离是1mm，根据选取的坐标系。这些标定点在激光面上的位置是已知的，通过获取其对应的图像坐标确定摄像机的12个内外参数从而完成标定工作。由一组已知的世界坐标系的点以及对应在图像坐标系的点可以确定两个方程。因此，要确定摄像机的内外参数，需至少知道6组这样的点而所采用的靶标可以提供充足的特征点利用最小二乘法确定各个摄像机的内外参数。利用图像坐标与世界坐标之间存在的

32、关系。由应用光学理论可知，在完全理想的情况下，图像坐标(x，y)和世界坐标(X，Y，Z)(假设Z=O)应是比例关系。然而由于存在畸变，以及CCD摄像机安装的误差(与光轴不垂直)使这一比例关系发生改变，而导致它们存在非线性关系。这一对应关系根据精度要求的不同可采用不同的模型描述，根据问题的实际情况用二元二次多项式简化模型就可精确描述建立的数学模型如下：式中，是12个待定参数。需要6组已知的点，为了精确，这里采用更多的点，用最小二乘法确定这12个参数。 （式3.3）将式3.3写成矩阵形式： (式3.4) 则根据最小二乘法可以得到： （式3.5）实验中选取25个点，应用灰度重心法提取标定点图像的坐标

33、，利用公式3.5用Matlab编程可得到12个参数，得到相机转换矩阵，便可实现图像坐标与实际坐标的转换。 第四章 精度分析 §4.1电路对测量精度的影响 由于外界环境及电路自身元器件的不稳定性，会使得测量结果偏离理想状况，下面主要介绍零点漂移现象及其产生的原因 1、什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。2.产生原因：温度变化，直流电源波动，器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。3.克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路 §4.2误差分析产生误差的原因较多，有些是可以采取一定方法避免或减小的，有些则是在设计中固有的或是

34、客观环境中存在的，是不可避免的。总体来说可以分为实验条件产生误差，系统硬件产生误差以及软件算法引起误差等。(1)实验条件引起误差主要是由于在实验室无法创造与工业现场完全相同的条件。实验室无法模拟轧钢现场温度、灰尘、电机震动等各种复杂因素，实验环境要理想许多；电炉加热温度不能完全达到工业现场钢板温度；实验测量相机高度及镜头选择与轧钢现场选择不同。同时人工测量的是冷却后钢板宽度作为标度，但CCD采集的是炽热钢板宽度，由于热胀冷缩，这也会引起试验误差。(2)系统硬件引发误差理想状况下CCD应该固定在与测量钢板垂直的正上方，但在实验时CCD相机位置固定时容易发生晃动，使成像大小发生变化，从而影响本系统

35、的测量精度。CCD像元尺寸也是影响测量精度的一个因素，主要表现在边缘检测时，像元尺寸越小，检测精度越高。另外实验时两块挡板平行才能模拟钢板，但人为因素造成摆放挡板不能绝对平行，这一点可以通过测量挡板间多点间距求平均值作为实际测量值来修正。(3)软件算法引起的误差虽然在系统设计时考虑到采用硬件电路对信号进行处理会引入更多误差，但是每一种软件算法都有其自身的局限性。本系统使用单片机作为微处理器，单片机计算速度比较慢，片上资源有限，这些都制约了我们软件算法设计时，只能选择实现简单，耗时少的滤波及二值化算法，这些算法固有的局限性都会使最终计算结果产生误差。 设计过程中的误差分配指定一个合理的误差量（根

36、据仪器设计精度）分配给上述电器产生的随机误差项，特别是分配给光源，以便获得光源的选择参数和稳定性参数，同时可以适当地分配给CCD传感器，电路，数据采集等环节。（1）光源不稳定引起的误差（2）CCD感光单元灵敏度不均匀误差（3）单片机硬件计数存在误差（4）环境造成的影响 由分析可以得到如下系统误差：1）光源发散角引起的误差ll，2）成像镜头引起的误差es，3）被测工件倾斜引起的系统测量误差mt，4）被测工件不均匀性引起的误差mm。（1）光源发散角引起的误差（2）成像镜头引起的误差（3）被测工件倾斜引起的系统测量误差（4）被测工件不均匀性引起的误差 仪器的总误差来源为： 第五章 总结 在这次课程设计的过程中，我们每个人的着重点不一样，从查阅资料到选材料再到做成要求的格式，然后不断修改使其看起来更有逻辑性和条理性，我们每个人都遇到了大大小小的困难，但这更促进了我们之间的交流