國(guó)外ccd檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展-wenkub
2023-07-08 18:41:08 本頁(yè)面
【正文】 業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展劉 征，彭小奇，丁 劍，唐 英 時(shí)間:2010年02月26日 字 體: 大 中 小關(guān)鍵詞:CCD圖像傳感器 0引言 電荷耦合器件(Charge Couple Device，CCD)是一種以電荷為信號(hào)載體的微型 圖像傳感器，具有光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移及讀出的功能，其輸出信號(hào)通常是符合電 視標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)，可存儲(chǔ)于適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)或輸入計(jì)算機(jī)，便于進(jìn)行圖像存儲(chǔ)、增強(qiáng)、識(shí)別等處理［1］。CCD圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換特性如圖1 如示，其中橫坐標(biāo)為照度，；縱坐標(biāo)為輸出電壓，V0在非飽和區(qū)滿(mǎn)足： f(s)=d1sτ＋d2 (2)式中，f(s)為輸出信號(hào)電壓(V)；s為曝光量()；d1為直線(xiàn)段的斜率(V／)，表示CCD的光響應(yīng)度；τ為光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，τ≈1；d2為無(wú)光照時(shí)CCD的輸出電壓，稱(chēng)為暗輸出電壓?！ ∮蒀CD傳感器、光學(xué)成像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)構(gòu)成的尺寸測(cè)量裝置，具有測(cè)量精度高、速度快、應(yīng)用方便靈活等特點(diǎn)，是現(xiàn)有機(jī)械式、光學(xué)式、電磁式測(cè)量?jī)x器所無(wú)法比擬的。角的固定位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)與CMM原來(lái)的控制系統(tǒng)連接來(lái)控制探頭和工件的移動(dòng)，以此探測(cè)探頭和工件的三維位置。為此，［7］提出了一種利用復(fù)合傳感器的自動(dòng)測(cè)量方法。最近，［8］用CCD攝像頭代替CMM的探頭，結(jié)合激光 測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)一維尺寸的非接觸精確測(cè)量。該設(shè)備每次只能測(cè)量1個(gè)管腳，測(cè)量速 度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量。最近，［11］等根據(jù)被傾斜光照射的物體的像與影之間的固有關(guān)系，提出了一種基于光學(xué)陰影簡(jiǎn)便測(cè)量BGA管腳高度的方法。為此，Scheday,Miehe和Cheva lier等人［13］開(kāi)展了采用面陣CCD測(cè)量材料形變的研究。,P. Lamesle等人［15］采用類(lèi)似方法研究了淬火鋼鐵樣品在氣冷時(shí)的形變，解決了高溫 樣品的尺寸測(cè)量問(wèn)題，并能連續(xù)測(cè)量不同溫度下的形變量，但在低溫時(shí)，易產(chǎn)生測(cè)量誤差。例如，在檢測(cè)高速切割機(jī)上的刀具磨損度時(shí)，需要將刀具卸下才能測(cè)量。2002年，JeonHa Kim等人［18］在此基礎(chǔ)上，對(duì)誤差因素逐一進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，確定了最佳光線(xiàn)照射強(qiáng)度、角度、拍攝角度等，并將光源通過(guò)光纖插入鏡頭周?chē)詼p小因陰影 產(chǎn)生的誤差，使夾具自由轉(zhuǎn)動(dòng)角度增大，成像設(shè)備尺寸縮小，提高了系統(tǒng)的使用范圍。上世紀(jì) 90年代初，Yamaguchi等人［19］在斑點(diǎn)干涉測(cè)量中使用線(xiàn)陣CCD測(cè)量不同材料的帕森比，但線(xiàn)陣CCD只能記錄一維正交相關(guān)性信息。在條紋圖樣投影法中采用相變技術(shù)時(shí)，只能檢 測(cè)靜物表面輪廓，不適用于實(shí)時(shí)檢測(cè)振動(dòng)和變化的表面形狀。但該系統(tǒng)只能測(cè)量陽(yáng)紋平面，且要求有高質(zhì)量的正弦發(fā)射條紋和CCD的圖像采集頻率大于被測(cè)物體的振動(dòng)頻率。1993年，Tenchov等人［31］采用CCD間接測(cè)量溶液表面溫度；1995年，［32］用可測(cè)量紅外波段的加強(qiáng)型CCD測(cè)量液態(tài)金屬的燃燒火焰溫度，但其測(cè)量誤差達(dá)到400～200K，缺乏實(shí)用性。2003年，［35］等人利用加強(qiáng)型CCD測(cè)量近似黑體的物體表面發(fā)出的某一波長(zhǎng)的單色光，以此得到物體的輻射溫度，所得測(cè)量結(jié)果與物體的真實(shí)溫度之間的差別幾乎可以忽略不計(jì)，并將其用于測(cè)量直角高 速切割機(jī)的刀具溫度場(chǎng)，但作者未具體說(shuō)明圖像處理和溫度計(jì)算方法，也未進(jìn)行誤差分析， 其實(shí)驗(yàn)誤差達(dá)16 ℃。此方法可實(shí)現(xiàn)小面積的溫度測(cè)量，但需要進(jìn)行精確的校正。盡管如此，由于CCD技術(shù)能測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，給出二維或三維溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)非接觸高溫測(cè)量，因此，CCD測(cè)溫技術(shù)有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)［1］［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2000．［2］王躍科，［J］.光學(xué)儀器，199 6，18(5)：32－36．［3］科學(xué)CCD的過(guò)去、現(xiàn)狀和未來(lái)［J］.激光與光電子學(xué)進(jìn)展，1995，(10)：8－10．［4］晏磊，張伯旭，［J］.信息記錄材料，2002，3(1)：45－49．［5］凌云光視數(shù)字圖像公司CCD amp。projection for highspeed threedimensional surface contouring［J］.Optical E ngineering,1999,38(6):1065－1071．［24］, digital holography bined with laser vibrometry for 3D measurements of vibrating objects［J］.Optics Manufacturing,1999,22(2):151－155．［10］,., study on ball grid array packagi ng［Ｊ］.Optics Communications,2001,40(8):1608－1612．［11］, of a microsolderball height using a laser projection method［J］.Optics Communications,2004,234(1－6)：77－ 86．［12］Chang RongSeng,Shou Jin of CCD moire pattern for m icrorange measurements using the wavelet transform［J］.Optics and Laser Techn ology,2
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