專利名稱:線陣ccd多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。特別是涉及一種能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)各種線陣CCD傳感 器進(jìn)行更加充分的認(rèn)識(shí),開(kāi)拓設(shè)計(jì)思路,預(yù)先感知設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些關(guān)鍵技術(shù)的線陣CCD 多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù):
目前,世界性的科技進(jìn)步使光電技術(shù)特別是以CCD為代表的圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)得 到飛速發(fā)展,需要培養(yǎng)更多具有光、機(jī)、電、算全面發(fā)展的高技能工程技術(shù)人才來(lái)滿足各行各業(yè)科技進(jìn)步的需要,為更廣泛的"機(jī)tr'安裝"眼睛與大腦",使機(jī)器設(shè)備能夠獲取更多的信息,更聰明地完成復(fù)雜與尖端的工作。線陣CCD圖像傳感器是工業(yè)非接觸 檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,非?;钴S與發(fā)展前景極其美妙的視覺(jué)傳感器之一,它能夠 獲取與感知各種尺寸、位置、運(yùn)動(dòng)、光譜、圖像等信息,便于將所獲得的信息送入電腦, 形成各種識(shí)別與控制信號(hào),代替人工忠誠(chéng)、不疲倦地完成工作。它的測(cè)量精確度高,控 制的準(zhǔn)確率可靠,并且能在任何惡劣的環(huán)境與人所無(wú)法到達(dá)的地方忠實(shí)地完成各項(xiàng)工作, 成為機(jī)器視覺(jué)中的重要傳感器。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是,提供一種能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)各種線陣CCD傳感器 進(jìn)行更加充分的認(rèn)識(shí),開(kāi)拓設(shè)計(jì)思路,預(yù)先感知設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些關(guān)鍵技術(shù)的線陣CCD 多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是 一種線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,包括有上 部殼體和位于上部殼體的下部并與其形成階梯形結(jié)構(gòu)的下部殼體,所述的上部殼體內(nèi)部 的底端面設(shè)為測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái),在測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)的一端設(shè)置有線陣CCD傳感器和與其 相連的光學(xué)成像物鏡,另一端設(shè)置有與光學(xué)成像物鏡對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)心照明光源,在光學(xué)成像 物鏡和遠(yuǎn)心照明光源之間還設(shè)置有用于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),在上部殼體位于遠(yuǎn)心照 明光源一側(cè)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有擴(kuò)展光學(xué)信息輸入窗口;所述的下部殼體內(nèi),設(shè)置有多功能 開(kāi)發(fā)板,在下部殼體的上端面上設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板和與其相連的 輸入、輸出I/0端口,以及與下部殼體相連的CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端,在下部殼體位于多 功能開(kāi)發(fā)板一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有外接黑白線陣CCD相機(jī)接口和USB接口,所述的黑白線 陣CCD相機(jī)接口與多功能開(kāi)發(fā)板相連接,多功能開(kāi)發(fā)板還與USB接口相連。所述的多功能開(kāi)發(fā)板包括有具有驅(qū)動(dòng)器、控制器和邏輯脈沖發(fā)生器功能的現(xiàn)場(chǎng)可編 程邏輯器件,所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的驅(qū)動(dòng)器和邏輯脈沖發(fā)生器相互連通,其中,驅(qū)動(dòng)器與線陣CCD傳感器及下部殼體上的外接黑白線陣CCD相機(jī)接口相連接,線陣CCD 傳感器還與A/D轉(zhuǎn)換器連接,邏輯脈沖發(fā)生器分別與A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、USB總線收發(fā) 器相連接,所述的存儲(chǔ)器還分別連接A/D轉(zhuǎn)換器和USB總線收發(fā)器,而USB總線收發(fā)器 還通過(guò)設(shè)置在下部殼體上的USB接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連接,USB總線收發(fā)器還與現(xiàn)場(chǎng)可編 程邏輯器件的控制器相連接,而現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的控制器的控制器分別連接遠(yuǎn)心照 明光源控制器、掃描光源控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)。所述的設(shè)置于光學(xué)成像物鏡和遠(yuǎn)心照明光源之間的用于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),包 括有位于下部殼體內(nèi)的產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置和與產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置相連接并且貫 穿測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)位于光學(xué)成像物鏡和遠(yuǎn)心照明光源之間的被測(cè)物體挾持機(jī)構(gòu)。所述的設(shè)置于光學(xué)成像物鏡和遠(yuǎn)心照明光源之間的用于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),包 括有位于下部殼體內(nèi)的產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置和與產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置相連接并且貫 穿測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)位于光學(xué)成像物鏡和遠(yuǎn)心照明光源之間的被測(cè)桿件。本實(shí)用新型所采用的另一技術(shù)方案是 一種線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,包括 有上部殼體和位于上部殼體的下部并與其形成階梯形結(jié)構(gòu)的下部殼體,所述的上部殼體 內(nèi)部的底端面設(shè)為測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái),在測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)上依次設(shè)置有線陣CCD傳感器和 與其相連的光學(xué)成像物鏡、掃描照明光源、掃描滾筒成像裝置,在上部殼體位于掃描滾 筒成像裝置一側(cè)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有擴(kuò)展光學(xué)信息輸入窗口;所述的下部殼體內(nèi),設(shè)置有多 功能開(kāi)發(fā)板,在下部殼體的上端面上設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板和與其相 連的輸入、輸出I/0端口,以及與下部殼體相連的CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端,在下部殼體位 于多功能開(kāi)發(fā)板一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有外接黑白線陣CCD相機(jī)接口和USB接口,所述的黑 白線陣CCD相機(jī)接口與多功能開(kāi)發(fā)板相連接,多功能開(kāi)發(fā)板10還與USB接口 17相連。本實(shí)用新型的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,能夠使學(xué)生使通過(guò)實(shí)驗(yàn)具有更加廣 泛的知識(shí)面,更強(qiáng)的信息獲得手段和動(dòng)手能力,以便在今后的創(chuàng)新設(shè)計(jì)增強(qiáng)創(chuàng)新思路。 企業(yè)還可以通過(guò)"線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)裝置"所提供的軟、硬件平臺(tái)對(duì)各種線陣CCD 傳感器進(jìn)行更加充分的認(rèn)識(shí),開(kāi)拓設(shè)計(jì)思路,預(yù)先感知設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些關(guān)鍵技術(shù)為實(shí) 際設(shè)計(jì)提供更為充實(shí)的實(shí)踐技術(shù)資料,縮短創(chuàng)新設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)周期。利用本實(shí)用新型的裝置能夠進(jìn)行下面開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)試驗(yàn)1、 對(duì)實(shí)際物體的外形尺寸的非接觸測(cè)量試驗(yàn),通過(guò)該試驗(yàn),掌握非接觸測(cè)量物體外 形尺寸的原理,比較幾種邊界信息提取方法的優(yōu)缺點(diǎn);2、 利用彩色線陣CCD傳感器對(duì)實(shí)際物體或圖片進(jìn)行掃描成像的試驗(yàn),找到圖像掃描 試驗(yàn)過(guò)程中速度匹配問(wèn)題、色彩信息分析與色彩還原等問(wèn)題進(jìn)行綜合研究,對(duì)開(kāi)發(fā)圖像 掃描方向的課題提供有力的軟、硬件試驗(yàn)平臺(tái);3、 利用線陣CCD傳感器對(duì)實(shí)際物體的振動(dòng)進(jìn)行非接觸測(cè)量試驗(yàn),找到測(cè)量物體振動(dòng) 的振幅、頻率與相位等參數(shù)的方法、規(guī)律與關(guān)鍵技術(shù),尤其是找出影響參數(shù)測(cè)量精度的 要素;4、 利用彩色線陣CCD傳感器測(cè)量物體傾斜角度的試驗(yàn),探索為什么能用彩色線陣 CCD傳感器測(cè)量物體的傾斜角度,找到影響角度測(cè)量精度的因素,怎樣設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)測(cè)量?jī)A 斜角度的測(cè)量?jī)x器;5、 對(duì)彩色線陣CCD傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集的試驗(yàn),進(jìn)一步認(rèn)識(shí)彩色線 陣CCD的輸出信號(hào)的特征,輸出信號(hào)與CCD傳感器工作脈沖間的時(shí)間與相位關(guān)系,A/D 轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)等關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)利用彩色線陣CCD傳感器開(kāi)發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是圖1中多功能開(kāi)發(fā)板的電路原理框圖;圖3是應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行尺寸與振動(dòng)測(cè)量開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行尺寸與振動(dòng)測(cè)量的原理方框圖; 圖5是應(yīng)用本實(shí)用新型測(cè)量物體傾斜角度的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖6是測(cè)量物體傾斜角度的原理圖;圖7是應(yīng)用本實(shí)用新型對(duì)圖像進(jìn)行掃描的結(jié)構(gòu)示意圖;圖8是產(chǎn)生正弦振動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理圖;圖9是掃描滾筒成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1:線陣CCD傳感器2:光學(xué)成像物鏡3:挾持機(jī)構(gòu)4:掃描滾筒成像裝置5:產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置6:掃描照明光源7:遠(yuǎn)心照明光源8:測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)9:CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端10:多功能開(kāi)發(fā)板11:現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板12:輸入、輸出1/0竭13:黑白線陣CCD相機(jī)接口14:上部殼體15:下部殼體16:擴(kuò)展光學(xué)信息輸入窗口17:USB接口20:驅(qū)動(dòng)器21:A/D轉(zhuǎn)換器22:存儲(chǔ)器23:控制器24:邏輯脈沖發(fā)生器25:USB總線收發(fā)器26:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)27:遠(yuǎn)心照明光源控制器28:掃描光源控制器29:驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)31:干件32:圓盤(pán)的幾何中心33:圓盤(pán)34:電機(jī)轉(zhuǎn)軸36:一條光敏單元陣列37:另一條光敏單元陣列38:被測(cè)物體640:底座 41:轉(zhuǎn)軸42:軸承 43:滾筒支架44:滾筒 45:滾筒拆卸緊固螺釘46:電機(jī)連接軸 47:電機(jī)支架48:電機(jī)具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀做出詳細(xì)說(shuō)明。結(jié)合圖1所示,本實(shí)用新型的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,包括有上部殼體14 和位于上部殼體14的下部并與其形成階梯形結(jié)構(gòu)的下部殼體15,所述的上部殼體14內(nèi) 部的底端面設(shè)為測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)8,在測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)8的一端設(shè)置有線陣CCD傳感器1 和與其相連的光學(xué)成像物鏡2,另一端設(shè)置有與光學(xué)成像物鏡2對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)心照明光源7, 在光學(xué)成像物鏡2和遠(yuǎn)心照明光源7之間還設(shè)置有用于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),在上部 殼體14位于遠(yuǎn)心照明光源7 —側(cè)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有擴(kuò)展光學(xué)信息輸入窗口 16;所述的下部 殼體15內(nèi),設(shè)置有多功能開(kāi)發(fā)板IO,在下部殼體15的上端面上設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯 開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板11和與其相連的輸入、輸出1/0端口 12,以及與下部殼體15相連的 CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端9,在下部殼體15位于多功能開(kāi)發(fā)板10 —側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有外接黑 白線陣CCD相機(jī)接口 13和USB接口 17,所述的黑白線陣CCD相機(jī)接口 13與多功能開(kāi)發(fā) 板10的驅(qū)動(dòng)器相連接,在外部,通過(guò)它給外接黑白線陣CCD相機(jī)提供工作脈沖和電源并 且將外接黑白線陣CCD相機(jī)的輸出信號(hào)送回到多功能開(kāi)發(fā)板10,多功能開(kāi)發(fā)板10與USB 總線收發(fā)器25相連接,USB總線收發(fā)器25還與USB接口 17相連。在圖1中所示的挾持機(jī)構(gòu)3、產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置5構(gòu)成了用于安裝被測(cè)物的固 定結(jié)構(gòu)。上述的彩色線陣CCD傳感器1可選用東芝公司的彩色線陣CCD器件TCD2252D或其他 彩色線陣CCD器件;光學(xué)成像物鏡2可選用50mm焦距的成像物鏡,也可以選用其他焦距 的照相物鏡。如圖2所示,所述的多功能開(kāi)發(fā)板10包括有具有驅(qū)動(dòng)器20、控制器23和邏輯脈沖 發(fā)生器24功能的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(CPLD),所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的驅(qū)動(dòng)器20 和邏輯脈沖發(fā)生器24相互連通,其中,驅(qū)動(dòng)器20與線陣CCD傳感器1相連接,及下部 殼體15上的外接黑白線陣CCD相機(jī)接口 13相連接,線陣CCD傳感器1還與A/D轉(zhuǎn)換器 21連接,邏輯脈沖發(fā)生器24分別與A/D轉(zhuǎn)換器21、存儲(chǔ)器22、 USB總線收發(fā)器25相連 接,所述的存儲(chǔ)器22還分別連接A/D轉(zhuǎn)換器21和USB總線收發(fā)器25,而USB總線收發(fā) 器25還通過(guò)設(shè)置在下部殼體15上的USB接口 17與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)26相連接,USB總線收發(fā) 器25還與現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的控制器23相連接,而現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的控制器的控制器23分別連接遠(yuǎn)心照明光源控制器27、掃描光源控制器28、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān) 29,遠(yuǎn)心照明光源控制器27、掃描光源控制器28、以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)29均為電 子開(kāi)關(guān)電路控制的固體繼電器。USB總線收發(fā)器25以兩個(gè)雙排接插件的方式安裝在多功 能開(kāi)發(fā)板10上,它的輸入與輸出信號(hào)線通過(guò)安裝在側(cè)面板上的USB接口 17相連接。
上述的驅(qū)動(dòng)器20、控制器23和邏輯脈沖發(fā)生器24均由現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(CPLD)— EPM7128STC通過(guò)Quartus II軟件編程產(chǎn)生。驅(qū)動(dòng)彩色線陣CCD工作所需要的各種工作脈 沖形成驅(qū)動(dòng)器20;控制器(控制功能器)23控制遠(yuǎn)心照明光源控制器27、掃描光源控制 器28、以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)29工作,遠(yuǎn)心照明光源控制器27、掃描光源控制器28、 以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)29均為電子開(kāi)關(guān)電路控制的固體繼電器;按一定的邏輯程序工 作的脈沖發(fā)生器(即邏輯脈沖發(fā)生器)24管理A/D轉(zhuǎn)換器21、存儲(chǔ)器22,邏輯脈沖發(fā)生 器24接收通過(guò)USB總線收發(fā)器接收到的計(jì)算機(jī)軟件發(fā)來(lái)的命令進(jìn)行系統(tǒng)工作完成各種測(cè) 量工作。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)26發(fā)來(lái)啟動(dòng)命令后,USB總線收發(fā)器25接到啟動(dòng)命令后控制邏輯脈沖發(fā) 生器24,使它產(chǎn)生彩色線陣CCD器件1所需的各種驅(qū)動(dòng)脈沖和各種同步控制脈沖,驅(qū)動(dòng) 器20驅(qū)動(dòng)脈沖送給彩色線陣CCD器件1使其工作并產(chǎn)生載有被測(cè)物體信息的信號(hào)送給A/D 轉(zhuǎn)換器21,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后按像元排列順序存于存儲(chǔ)器22,當(dāng)存儲(chǔ)器存滿彩色線陣CCD 的一行數(shù)據(jù)后,將通過(guò)USB總線收發(fā)器25反饋到計(jì)算機(jī),通知它已樣完成一行信息的采 集工作,以便計(jì)算機(jī)執(zhí)行其他功能的工作。另外,通過(guò)USB總線收發(fā)器25將計(jì)算機(jī)軟件 對(duì)多功能開(kāi)發(fā)板上的控制器23進(jìn)行操作,實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)功能、顯示內(nèi)容與時(shí)間、CCD工作參 數(shù)、閾值等參數(shù)的設(shè)置,并完成對(duì)兩種照明燈的切換、兩種電機(jī)的選擇與開(kāi)關(guān)等控制。
本實(shí)用新型可以進(jìn)行發(fā)下的各種實(shí)驗(yàn)-
如圖3所示,若在圖1中所述的設(shè)置于光學(xué)成像物鏡2和遠(yuǎn)心照明光源7之間的用 于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),是由位于下部殼體15內(nèi)的產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置5和與產(chǎn)生 正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置5相連接并且貫穿測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)8位于光學(xué)成像物鏡2和遠(yuǎn)心照明 光源7之間的被測(cè)物體挾持機(jī)構(gòu)3構(gòu)成時(shí),則構(gòu)成了測(cè)量實(shí)際物體外形尺寸的非接觸試 驗(yàn)系統(tǒng)。
圖3所示的測(cè)量實(shí)際物體外形尺寸的非接觸試驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量原理如圖4所示,遠(yuǎn)心 照明光源7發(fā)出近似于"平行"的光束,被安裝在光束內(nèi)的被測(cè)物33在成像物鏡2成像 到彩色線陣CCD器件1的光敏面上,它在驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)作用下產(chǎn)生含有被測(cè)物體外形尺 寸信息的信號(hào),將其送入A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)21被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),并按像敏單元的順序 存入"多功能開(kāi)發(fā)板10"上的存存器22中,再經(jīng)過(guò)USB數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)25送入計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)26,在計(jì)算機(jī)軟件的控制下將存于"多功能開(kāi)發(fā)板10"內(nèi)存儲(chǔ)器22中的數(shù)字信號(hào)存 入計(jì)算機(jī)內(nèi)存。軟件操作存入內(nèi)存的數(shù)字信號(hào),比較相鄰像元數(shù)值的變化率,找出變化 率最大處的起始像元,它便為物體的外形尺寸的邊界像元,可以記為A,如此還可以找 到另外的邊界像元,并將其記為",兩邊界像元差值(A5-A0與像元尺寸Zo之積(A-AO厶為被測(cè)物體像的尺寸,再考慮光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率^,便可計(jì)算出被測(cè)物體的外形尺 寸Z
(1)
開(kāi)機(jī)后,執(zhí)行尺寸測(cè)量軟件,軟件選擇遠(yuǎn)心照明光源工作,再通過(guò)軟件界面操作線 陣CCD的參數(shù)設(shè)置使觀測(cè)到的信號(hào)波形滿足測(cè)試要求,便可以執(zhí)行測(cè)量軟件獲得上式(1) 的測(cè)量結(jié)果。
在上述非接觸測(cè)量物體外形尺寸試驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上,如圖3所示利用彩色線陣CCD傳 感器l、光學(xué)成像物鏡2、遠(yuǎn)心照明光源7與挾持機(jī)構(gòu)3 (需傾斜挾持被測(cè)物體)便構(gòu)成 測(cè)量物體傾斜角度的試驗(yàn)系統(tǒng)。該試驗(yàn)是基于彩色線陣CCD由三條平行排列的光敏單元 陣列能獲得如圖6所示的用兩條平行線測(cè)物體傾斜的原理圖。圖中兩條平行的橫線36、 37為彩色線陣CCD的任意兩條光敏單元陣列,被測(cè)物體38中心在兩條光敏單元陣列上所 成像的中心位置分別為A(與W,兩條光敏單元陣列分離的距離為&則傾角"為
a = tg (3)
式中,^為光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率。
顯然,被物體垂直于彩色線陣CCD的光敏單元陣列,三個(gè)并行排列的光敏單元陣列 上所得到的物體前后邊界值均相等,中心位置值也應(yīng)該相等。若將物體以一定的傾斜角 度"安裝在挾持機(jī)構(gòu)3上,貝l」,由于物體的傾斜,三個(gè)并行排列的光敏單元陣列所測(cè)得 的物體的邊界值與中心位置值不相等,其差值與物體傾斜角度具有式(3)所示的函數(shù)關(guān) 系,測(cè)出差值便能測(cè)出物體的傾角。彩色線陣CCD傳感器的任意兩條光敏單元陣列均可 以用來(lái)測(cè)量物體傾斜的角度,但是,兩平行光敏單元陣列的間隔越遠(yuǎn)對(duì)角度變化的敏感 度越高。所以,用兩個(gè)分離且并行排列的線陣CCD傳感器是可以獲得更小角度與更高精 度的測(cè)量裝置。
如圖5所示,若在圖1中所述的設(shè)置于光學(xué)成像物鏡2和遠(yuǎn)心照明光源7之間的用 于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),是由位于下部殼體15內(nèi)的產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置5和與產(chǎn)生 正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置5相連接被測(cè)桿件3'構(gòu)成,便形成了非接觸測(cè)量物體振動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
其中的產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置5是由如圖8所示的偏心輪機(jī)構(gòu)33和驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的電 機(jī)34構(gòu)成,其中的電機(jī)與多功能開(kāi)發(fā)板相連,并由驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)29驅(qū)動(dòng)。
圖5所示的非接觸測(cè)量物體振動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量原理是開(kāi)機(jī),先調(diào)整好光學(xué)成像 物鏡的光圈和焦距,再選擇好CCD的參數(shù),尤其確定好CCD的積分時(shí)間fc,它是振動(dòng)測(cè) 量的時(shí)間坐標(biāo),最后執(zhí)行非接觸測(cè)量物體振動(dòng)的軟件,被測(cè)物體將在直流調(diào)速電機(jī)的驅(qū) 動(dòng)下在遠(yuǎn)心照明光源的光束中按正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)(模擬物體的振動(dòng)),光學(xué)成像物鏡將物體 每瞬間的位置都成像于線陣CCD傳感器的像面上。或者說(shuō),被測(cè)物體的像將在線陣CCD 傳感器像面上做正弦規(guī)律的運(yùn)動(dòng),它輸出的信號(hào)含有物體位置隨時(shí)間變化的信息,將輸出信號(hào)送入多功能開(kāi)發(fā)板10,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板 11及USB端口 17送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存。計(jì)算機(jī)軟件先將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)調(diào)出做二值化處理,找 出每個(gè)時(shí)間t。物體的中心位置,為橫坐標(biāo),縱坐標(biāo)為物體離開(kāi)中心位置的距離(即中心 位置是時(shí)間t的函數(shù)K),屏幕所畫(huà)波形為該物體的振動(dòng)波形K。由函數(shù)
《=1>豐+ ^) (2)
式中,r。為振幅,^為初位相,"為角頻率它與頻率/的關(guān)系為"=211/很容易計(jì)算出它 的振幅、位相和頻率。
正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置5如圖8所示,由于電機(jī)轉(zhuǎn)軸34偏離轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)33的幾何中心32, 圓盤(pán)33將做偏心運(yùn)動(dòng),它推動(dòng)干件31上下振動(dòng),其軌跡為正弦。通過(guò)調(diào)整直流電機(jī)的 轉(zhuǎn)速,可以調(diào)整物體真實(shí)振動(dòng)的頻率/,但是不能調(diào)整其振幅,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升到一定的速 度后,發(fā)現(xiàn)測(cè)出的振幅有所降低,說(shuō)明線陣CCD傳感器測(cè)量物體的振動(dòng)達(dá)到了極限。因 此,利用該裝置可以完成測(cè)量物體振動(dòng)應(yīng)用工作中所遇到的如何選用CCD及如何設(shè)置CCD 工作參數(shù)的問(wèn)題。
如圖7所示,本實(shí)用新型的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,還可以是如下結(jié)構(gòu) 包括有上部殼體14和位于上部殼體14的下部并與其形成階梯形結(jié)構(gòu)的下部殼體15,所 述的上部殼體14內(nèi)部的底端面設(shè)為測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)8,在測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)8上依次設(shè)置 有線陣CCD傳感器1和與其相連的光學(xué)成像物鏡2、掃描照明光源6、掃描滾筒成像裝置 4,在上部殼體14位于掃描滾筒成像裝置4 一側(cè)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有擴(kuò)展光學(xué)信息輸入窗口 16;所述的下部殼體15內(nèi),設(shè)置有多功能開(kāi)發(fā)板IO,在下部殼體15的上端面上設(shè)置有 現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板11和與其相連的輸入、輸出1/0端口 12,以及與下部 殼體15相連的CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端9,在下部殼體15位于多功能開(kāi)發(fā)板10 —側(cè)的側(cè)壁 上設(shè)置有外接黑白線陣CCD相機(jī)接口 13和USB接口 17,所述的黑白線陣CCD相機(jī)接口 13與多功能開(kāi)發(fā)板10的驅(qū)動(dòng)器相連接,在外部,通過(guò)它給外接黑白線陣CCD相機(jī)提供工 作脈沖和電源并且將外接黑白線陣CCD相機(jī)的輸出信號(hào)送回到多功能開(kāi)發(fā)板10,多功能 開(kāi)發(fā)板10與USB總線收發(fā)器25相連接,USB總線收發(fā)器25還與USB接口 17相連。
圖7中所示的所述的多功能開(kāi)發(fā)板10與圖1中的多功能開(kāi)發(fā)板10為相同結(jié)構(gòu)器件。
按照?qǐng)D7所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了掃描試驗(yàn)系統(tǒng)。
圖7所示的掃描試驗(yàn)系統(tǒng)工作原理是開(kāi)機(jī)后執(zhí)行掃描試驗(yàn)軟件,照明光源6將被 打開(kāi),帶動(dòng)掃描滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)將被啟動(dòng),同時(shí)計(jì)算機(jī)顯示器彈出軟件操作界面,其中 包含參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)文檔實(shí)時(shí)顯示與圖像采集等菜單。掃描照明光源6照亮貼于掃描滾 筒成像裝置的圓周上的彩色圖片做相對(duì)于線陣CCD的勻速運(yùn)動(dòng),模擬線陣CCD對(duì)實(shí)物進(jìn) 行掃描,其圖像經(jīng)過(guò)光學(xué)成像物鏡成于彩色線陣CCD的像面,線陣CCD輸出的模擬信號(hào) 經(jīng)過(guò)多功能開(kāi)發(fā)板10與USB端口送給計(jì)算機(jī)內(nèi)存。選擇實(shí)時(shí)顯示菜單,計(jì)算機(jī)顯示器將 顯示所釆集的每行信號(hào)的波形,為調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)提供顯示波形,當(dāng)所成圖像盡量清 晰后,執(zhí)行圖像采集菜單,掃描軟件使線陣CCD傳感器所采集到的信息以彩色圖像的方式在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示出來(lái)。掃描出來(lái)的圖像可能產(chǎn)生拉伸或壓縮變形,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 電機(jī)的轉(zhuǎn)速,回觀測(cè)到變形的變化,表現(xiàn)出線陣CCD的掃描速率與實(shí)物相對(duì)CCD的運(yùn)動(dòng) 速度對(duì)掃描圖像的影響。當(dāng)掃描所獲得的垂直方向分辨率與CCD像元排列(水平)方向 的分辨率相等時(shí),圖像不存在變形,通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)可以找出不同積分時(shí)間情況下所應(yīng)該 具有的掃描速度。
可拆卸的掃描滾筒成像裝置4原理圖如圖9所示,圖9中在底板40上安裝有固定掃 描滾筒44的滾筒支架43,其上有拆卸螺釘45,旋下拆卸螺釘45便可以將掃描滾筒44 連同軸承及轉(zhuǎn)軸等整件取下;用螺釘45可以將掃描滾筒44連同軸承及轉(zhuǎn)軸等整件安裝 并緊固在滾筒支架43上形成掃描裝置。掃描裝置由安裝在電機(jī)安裝支架47上的直流調(diào) 速電機(jī)48通過(guò)連接軸帶動(dòng),調(diào)整直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速便可以調(diào)整掃描滾筒的掃描線速度。掃 描圖片貼于掃描滾筒的圓周面上,圖片隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng),使畫(huà)面相對(duì)于線陣CCD的光敏陣列 垂直運(yùn)動(dòng),即掃描圖像。
試驗(yàn)裝置提供了對(duì)彩色線陣CCD傳感器進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)備與軟件接 口實(shí)例程序,試驗(yàn)裝置內(nèi)部不但將彩色線陣CCD傳感器1的輸出信號(hào)接入到具有A/D數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)硬件的"多功能開(kāi)發(fā)板10"上,而且還將其通過(guò)多功能開(kāi)發(fā)板10上的插頭座 及其連線引出到現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板11上。用戶不但能在裝置提供的"A/D 數(shù)據(jù)采集軟件"的支持下完成對(duì)彩色線陣CCD傳感器進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗(yàn),而且還 可以利用引出的模擬信號(hào)與相應(yīng)的同步信號(hào)自行設(shè)計(jì)硬件電路和軟件程序進(jìn)行A/D數(shù)據(jù) 采集試驗(yàn)。認(rèn)識(shí)與掌握彩色線陣CCD傳感器的A/D數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn),數(shù)據(jù)存取方法,數(shù) 據(jù)顯示和處理等相關(guān)內(nèi)容。
本實(shí)用新型的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,除儀器內(nèi)部提供的彩色線陣CCD傳 感器外還提供有外接黑白線陣CCD傳感器,實(shí)驗(yàn)儀提供的計(jì)算機(jī)軟件程序能直接控制對(duì) 它們的數(shù)據(jù)采集工作。試驗(yàn)裝置提供的計(jì)算機(jī)軟件程序除能完成典型試驗(yàn)的選擇、電機(jī) 與燈的控制、數(shù)據(jù)采集與處理工作外還提供基礎(chǔ)應(yīng)用程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù),以便用戶 進(jìn)行創(chuàng)新內(nèi)容的試驗(yàn)研究。
試驗(yàn)裝置的上部殼體14上設(shè)置有多用途的窗口 16,它為螺紋連接口,既能安裝防塵 蓋又能安裝適當(dāng)?shù)某上裎镧R。當(dāng)將CCD上的成像物鏡2、被測(cè)物夾持機(jī)構(gòu)3、滾筒4及遠(yuǎn) 心照明光源7拆除后,儀器上部光軸部位只剩下彩色線陣CCD傳感器。上部殼體14蓋在 儀器上形成一個(gè)暗室,多用途的窗口 16與CCD傳感器像敏陣列的中心線同軸,在其上安 裝成像物鏡便構(gòu)成多用途的光電接收器。它能夠接收裝置外部更遠(yuǎn)處物體的像,或構(gòu)成 放大倍率大幅度可調(diào)的光電成像系統(tǒng),它輸出的信號(hào)通過(guò)多功能開(kāi)發(fā)板IO連接到現(xiàn)場(chǎng)可
編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板ll,再經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的軟、硬件設(shè)計(jì)便能構(gòu)成應(yīng)用更為廣泛 和更有創(chuàng)意性的實(shí)驗(yàn)研究或新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)儀器。
權(quán)利要求1.一種線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,包括有上部殼體(14)和位于上部殼體(14)的下部并與其形成階梯形結(jié)構(gòu)的下部殼體(15),其特征在于,所述的上部殼體(14)內(nèi)部的底端面設(shè)為測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)(8),在測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)(8)的一端設(shè)置有線陣CCD傳感器(1)和與其相連的光學(xué)成像物鏡(2),另一端設(shè)置有與光學(xué)成像物鏡(2)對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)心照明光源(7),在光學(xué)成像物鏡(2)和遠(yuǎn)心照明光源(7)之間還設(shè)置有用于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),在上部殼體(14)位于遠(yuǎn)心照明光源(7)一側(cè)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有擴(kuò)展光學(xué)信息輸入窗口(16);所述的下部殼體(15)內(nèi),設(shè)置有多功能開(kāi)發(fā)板(10),在下部殼體(15)的上端面上設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板(11)和與其相連的輸入、輸出I/O端口(12),以及與下部殼體(15)相連的CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端(9),在下部殼體(15)位于多功能開(kāi)發(fā)板(10)一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有外接黑白線陣CCD相機(jī)接口(13)和USB接口(17),所述的黑白線陣CCD相機(jī)接口(13)與多功能開(kāi)發(fā)板(10)相連接,多功能開(kāi)發(fā)板(10)還與USB接口(17)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,其特征在于,所述的多 功能開(kāi)發(fā)板(10)包括有具有驅(qū)動(dòng)器(20)、控制器(23)和邏輯脈沖發(fā)生器(24)功 能的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件,所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的驅(qū)動(dòng)器(20)和邏輯脈沖發(fā)生 器(24)相互連通,其中,驅(qū)動(dòng)器(20)與線陣CCD傳感器(1)及下部殼體(15)上的 外接黑白線陣CCD相機(jī)接口 (13)相連接,線陣CCD傳感器(1)還與A/D轉(zhuǎn)換器(21) 連接,邏輯脈沖發(fā)生器(24)分別與A/D轉(zhuǎn)換器(21)、存儲(chǔ)器(22) 、 USB總線收發(fā)器(25)相連接,所述的存儲(chǔ)器(22)還分別連接A/D轉(zhuǎn)換器(21)和USB總線收發(fā)器(25), 而USB總線收發(fā)器(25)還通過(guò)設(shè)置在下部殼體(15)上的USB接口 (17)與計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)(26)相連接,USB總線收發(fā)器(25)還與現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的控制器(23)相連接, 而現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的控制器的控制器(23)分別連接遠(yuǎn)心照明光源控制器(27)、 掃描光源控制器(28)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)(29)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,其特征在于,所述的設(shè) 置于光學(xué)成像物鏡(2)和遠(yuǎn)心照明光源(7)之間的用于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),包括 有位于下部殼體(15)內(nèi)的產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置(5)和與產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置(5) 相連接并且貫穿測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)(8)位于光學(xué)成像物鏡(2)和遠(yuǎn)心照明光源(7)之間 的被測(cè)物體挾持機(jī)構(gòu)(3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,其特征在于,所述的設(shè) 置于光學(xué)成像物鏡(2)和遠(yuǎn)心照明光源(7)之間的用于安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),包括 有位于下部殼體(15)內(nèi)的產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置(5)和與產(chǎn)生正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)裝置(5) 相連接并且貫穿測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)(8)位于光學(xué)成像物鏡(2)和遠(yuǎn)心照明光源(7)之間 的被測(cè)桿件(3')。
5. —種線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,包括有上部殼體(14)和位于上部殼體(14)的下部并與其形成階梯形結(jié)構(gòu)的下部殼體(15),其特征在于,所述的上部殼體(14) 內(nèi)部的底端面設(shè)為測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)(8),在測(cè)量系統(tǒng)工作臺(tái)(8)上依次設(shè)置有線陣CCD 傳感器(1)和與其相連的光學(xué)成像物鏡(2)、掃描照明光源(6)、掃描滾筒成像裝置(4),在上部殼體(14)位于掃描滾筒成像裝置(4) 一側(cè)的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有擴(kuò)展光學(xué)信 息輸入窗口 (16);所述的下部殼體(15)內(nèi),設(shè)置有多功能開(kāi)發(fā)板(10),在下部殼 體(15)的上端面上設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板(11)和與其相連的輸入、 輸出I/0端口 (12),以及與下部殼體(15)相連的CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端(9),在下部 殼體(15)位于多功能開(kāi)發(fā)板(10) —側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有外接黑白線陣CCD相機(jī)接口 (13) 和USB接口 (17),所述的黑白線陣CCD相機(jī)接口 (13)與多功能開(kāi)發(fā)板(10)相連接, 多功能開(kāi)發(fā)板(10)還與USB接口 (17)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,其特征在于,所述的多 功能開(kāi)發(fā)板(10)包括有具有驅(qū)動(dòng)器(20)、控制器(23)和邏輯脈沖發(fā)生器(24)功 能的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件,所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的驅(qū)動(dòng)器(20)和邏輯脈沖發(fā)生 器(24)相互連通,其中,驅(qū)動(dòng)器(20)與線陣CCD傳感器(1)及下部殼體(15)上的 外接黑白線陣CCD相機(jī)接口 (13)相連接,線陣CCD傳感器(1)還與A/D轉(zhuǎn)換器(21) 連接,邏輯脈沖發(fā)生器(24)分別與A/D轉(zhuǎn)換器(21)、存儲(chǔ)器(22) 、 USB總線收發(fā)器(25)相連接,所述的存儲(chǔ)器(22)還分別連接A/D轉(zhuǎn)換器(21)和USB總線收發(fā)器(25), 而USB總線收發(fā)器(25)還通過(guò)設(shè)置在下部殼體(15) ±的USB接口 (17)與計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)(26)相連接,USB總線收發(fā)器(25)還與現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的控制器(23)相連接, 而現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的控制器的控制器(23)分別連接遠(yuǎn)心照明光源控制器(27)、 掃描光源控制器(28)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換與開(kāi)關(guān)(29)。
專利摘要一種線陣CCD多功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)儀,有上部殼體和下部殼體,由上部殼體內(nèi)部的底端面作為測(cè)量系統(tǒng)的工作臺(tái)上設(shè)置有線陣CCD傳感器和與其相連的光學(xué)成像物鏡,以及遠(yuǎn)心照明光源,在光學(xué)成像物鏡和遠(yuǎn)心照明光源之間還設(shè)置有安裝被測(cè)物的固定結(jié)構(gòu),在上部殼體的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有擴(kuò)展光學(xué)信息輸入窗口;在下部殼體的上端面上設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯開(kāi)發(fā)與擴(kuò)展電路板和與其相連的輸入、輸出I/O端口,內(nèi)部設(shè)置有多功能開(kāi)發(fā)板,以及與下部殼體相連的CCD驅(qū)動(dòng)脈沖測(cè)試端,在下部殼體的側(cè)壁上設(shè)置有與多功能開(kāi)發(fā)板連接的外接黑白線陣CCD相機(jī)接口和USB接口,多功能開(kāi)發(fā)板還與USB接口相連。本實(shí)用新型通過(guò)實(shí)驗(yàn)具有更加廣泛的知識(shí)面,更強(qiáng)的信息獲得手段和動(dòng)手能力,以便在今后的創(chuàng)新設(shè)計(jì)增強(qiáng)創(chuàng)新思路。
文檔編號(hào)G01R31/265GK201096868SQ20072010003
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者王慶有 申請(qǐng)人:天津市耀輝光電技術(shù)有限公司