【正文】 度高出一個數(shù)量級。 （ 1） CCD 用于焊接自動化焊縫跟蹤 在焊接自動化系統(tǒng)中，使焊槍同步跟蹤焊縫是系統(tǒng)設計的中心問題，其難點是電弧位置的精確測控。 CCD在生產(chǎn)自動化應用領域的發(fā)展趨勢 CCD應用于自動工作機械，自動售貨機，監(jiān)視等裝置。 線陣 CCD 器件是由陣列光敏元曝光一定時 間后在相應驅(qū)動脈沖作用下，信號電荷轉(zhuǎn)移至移位寄存器，由移位寄存器一位一位地將其輸出，從而得到所需的光電信息。尤其是在圖像傳感領域內(nèi)的應用發(fā)展最為迅速，從 CCD 概念提出到商品化的電荷耦合攝像機出現(xiàn)僅僅經(jīng)歷了四年。 CCD 是在周期脈沖的作用下，通過電荷的存貯和傳輸來完成它的各種功能的。 CCD 的基本功能是電荷的存貯和電荷的轉(zhuǎn)移。 由于大面積高分辨率的面陣 CCD制造困難，并且光學鏡頭造成的面陣圖像的畸變修正比線陣 CCD 掃描得到的圖像的畸變修正復雜很多，因此線陣 C C D 比面陣 CCD 更適合作為高精度圖像傳感器。 CCD的基本功能是電荷的存貯和電荷的轉(zhuǎn)移 ，因此， CCD的基本工作原理是信號電荷的產(chǎn)生、存貯、傳輸和檢測。 CCD在工業(yè)應用及發(fā)展趨勢 CCD 自從 1969 年，美國貝爾實驗室 Boyle 和 Smith利用當時己發(fā)展得很好的硅技術(shù)研制成第 一個 CCD以來，依靠業(yè)已成熟的 MOS集成電路工藝， CCD 技術(shù)得以迅速發(fā)展。它發(fā)射的紅外光以一個已知的相位角離開傳感器，被目標反射回來后相位角將發(fā)生偏移，其偏移量與目標距離成比 例。 有些光電傳感器是靠光強的起伏變化控制其輸出的 (目標近光強增，目標遠光強減 )。由于超聲波傳感器與紙輥間嚴格的角度要求，所以安裝偏差將造成聲脈沖丟失。但是如果應用場合存在安裝或反射率問題時，就應想到采用光電傳感器。超聲波傳感器是這個過程檢測的最佳選擇。系統(tǒng)的控制器能根據(jù)這個寬脈沖解釋主光束的中斷。如果卷繞的鋼索出現(xiàn)重迭或缺損，則高度將超出正常軸沿而擋住光束，使傳感器有輸出。 為了防止鋼索斷時造成危險，需要檢測卷索錯誤。這是鋼在切割和涂漆之前的必要一步。 在鋼鐵工業(yè)中的應用 由于所用的機器功率高體積大，所以大功率的大型光電傳感器在這里倍受青睞，成為有效的控制工具。 當被測物體軸向尺寸為 100mm時檢測時間 5s達到設計要求。 2) 采用圖像邊緣自動跟蹤法能自動跟蹤圖像邊緣自動獲取邊緣參數(shù)實現(xiàn)被測物體二維的多尺 寸自動定位和檢測。 若選用 DALSA 公司的 CTE44096 其掃描頻率達 100MHz 當檢測相同尺寸的物體時檢測時間不到 1秒鐘。 檢測數(shù)據(jù)及結(jié)論 圖 11 被測物體二值化圖 被測 物體的二值化圖如圖 11用該檢測系統(tǒng)檢測其 4個直徑從下至上分別為直徑 1~4 ，像素當量為 。 由于邊緣跟蹤的精度和抗干擾性能與模板的大小有關(guān)為了得到較高精度的邊緣信息又具有較好的抗干擾性能論文提出變模板法即根據(jù)具體情況來選取大小不同的兩種模板其原理是首先利用 3像 *素 3 像素的比較小的邊緣模板來進行邊緣和方向判別檢測到邊緣和邊緣方向后再利用另一較大的 9像素 *9像素邊緣模板來決定模板中心點移動的像素值當用較大的 9像素 *9像素邊緣模板 不能得到可靠的邊緣方向信息時系統(tǒng)將自動切換使用較小的 3像素 *3像素邊緣模板進行檢測該方法的優(yōu)點是能夠較精確地跟蹤零件圖像邊緣拐點同時減少了用小模板判別邊緣和方向的次數(shù)由此減少了由于噪聲造成方向判別錯誤的可能性。 2) 軸類零件二維幾何尺寸的自動定位與檢測：在軸類零件尺寸檢測過程中 通過定制專用夾具可以保證被測零件軸平面與物方焦平面重合但是采集到的零件圖像在整個畫面中可能有所平移因此對于小尺寸的檢測一般不能按固定的檢測位置進行尺寸檢測而采用對零件圖像邊緣進行自動跟蹤然后自動確定檢測位置進行尺寸檢測。 開發(fā)用外同步信號啟動 CCD 行掃描的驅(qū)動電路該線陣 CCD 只有在外同步信號作用下才進行行掃描設要求的檢測分辨力為 D2 則線位移量 D1 檢測分辨力 D2和外同步信號的關(guān)系為 2 1 D 179。 圖 10 檢測系統(tǒng)框圖 檢測原理 1) 被測物體的運動與線陣 CCD 掃描的數(shù)字同步：由于 CCD 的行掃描與被測物體的運動是相互獨立的因此運動方向上的分辨力與運動速度密切相關(guān)另外為了提高檢測效率希望在被測物體運動加速恒速減速的過程中都能進行檢測即在整個運動過程中不論運動速度如何變化如果使被測物體的運動與線陣 CCD掃描保持一種同步關(guān)系就能保證掃描的圖像具有相當?shù)姆直媪途缺疚奶岢龅臄?shù)字同步方法原理是被測物體按要求的分辨力相對線陣 CCD 運動某個距離線陣 CCD 就掃描一行它們之間保持這種嚴格的同步關(guān)系。 圖 8 兩點光柵在溫度為 30℃時的光譜圖 圖 9 四點光柵在溫度為 50℃時的光譜圖 數(shù)字同步技術(shù)的軸類零件尺寸光電檢測 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 線陣 CCD具有分辨力 高檢測尺寸大在物體運動方向的檢測尺寸無限制光學系統(tǒng)的誤差易于校正價格相對便宜等優(yōu)點但是當線陣 CCD 與被測物體相對運動對被測物體運動方向進行掃描時在運動方向上的分辨力與運動速度密切相關(guān)運動速度快分辨力低運動速度慢分辨力高由此造成二維兩個方向上檢測分辨力的不同另外在運動維上由于受運動速度控制精度和干擾等的影響造成該維上的分辨力發(fā)生變化最終影響其檢測精度因此始終保持線陣 CCD掃描與被測物體運動之間的嚴格同步關(guān)系是解決問題的關(guān)鍵軸類零件雖然具有軸向?qū)ΨQ性 但外形各異檢測的位置和參數(shù)各不相同并且同種零件在檢測中裝夾 的位置也有差異因此為提高檢測效率需要自動確定檢測位置和參數(shù)數(shù)量。可見，連接器對光功率損耗影響很嚴重。從圖 8和圖 9中可以清晰看見各點光柵的反射光譜圖．進一步說明該系統(tǒng)的光路部分性能良 好。數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器輔助ARM產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓．同時 ARM還對模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行邏輯控制．使之保持一定的同步。然后． ARM將處理完的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成溫度值送到上位機顯示．若此溫度值超過了警戒溫度。 FFP— TF工作在掃描狀態(tài)． ARM發(fā)出的鋸齒波掃描電壓加在其中的壓電組件上調(diào)節(jié) FFP— TF的腔長．使其窄帶在一定范圍內(nèi)掃描。該系統(tǒng)主要由寬帶光源、FFP— TF和 ARM處理器等器件夠成。光電轉(zhuǎn)換與放大電路如圖 6所示。后級運放選用了低噪聲芯片OPAl21KU作為第二級放大。以完成光生電流到電壓的轉(zhuǎn)換。另外在設計轉(zhuǎn)換電路時，應選擇較大的反饋電 阻，反饋電阻上應并聯(lián)小電容，構(gòu)成濾波器，濾除高頻噪聲，進一步提高系統(tǒng)的信噪比。為了降低系統(tǒng)噪聲．放大器輸入輸出要避免交叉布線，光電二極管要進行屏蔽以防止相互耦合。為了能減小光電二極管的暗電流影響。 光電檢測中的噪聲分析及電路設計 由于光電探測器 本身檢測到的光信號非常微弱．所以將其轉(zhuǎn)化后的電信號也非常微弱。一般處于納瓦級．甚至皮瓦級。它對整個系統(tǒng)的信號處理影響極大，起著連接傳感光路與電路的橋梁作用。由于帶微處理器而不是用電位器控制的，所以這種裝置本身不用對，也 沒有振動引起的漂移。超聲傳感器無法區(qū)分玻璃和碳板，但是帶微處理器的光眼卻能識別出玻璃的反射性，而拒絕碳板，防止搬起非玻璃材料和造成誤動作。這種系統(tǒng)可靠性是關(guān)鍵，如果光眼沒有檢測到玻璃片，則空吸杯會立即停吸，玻璃將落地摔碎。如果玻璃出現(xiàn)， 則超聲裝置啟動空吸杯，之后的任務就交給了光電傳感器。如今的光電傳感器由于技術(shù)的進步，檢測清潔玻璃已不再是不可能的了。 圖 5 光電式轉(zhuǎn)速儀 清潔玻璃檢測 散射型光電傳感器最困難的應用之一就是檢測透明材料。電脈沖輸入測量電路后被放大和整形 ,再送入頻率及進行顯示 ,也可專門設計一個計數(shù)器進行計數(shù)和顯示。轉(zhuǎn)軸上裝有帶孔的圓盤 ,圓盤的一邊設置光源 ,另一邊設置光電元件。此脈沖經(jīng)測量電路處理后 ,就可以得到轉(zhuǎn)軸的速。該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時 ,黑白相間的反射面造成反射光的強弱變化 ,形成頻率與轉(zhuǎn)速及黑白間隔數(shù)有關(guān)的光脈沖 ,使光電元件產(chǎn)生相應電脈沖。反射式光電轉(zhuǎn)速儀的工作原理如圖 4a所示。因此 ,特別適合高轉(zhuǎn)速的測量。因此 ,不會影響被測物體的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。采用上述方法進行轉(zhuǎn)速測量時 ,所需傳感器結(jié)構(gòu)簡單 ,測量精度高。幾種不同類型的光電開關(guān)如圖 3所示。 光電開關(guān)可用于生產(chǎn)流水線統(tǒng)計產(chǎn)量 ,檢測裝配件到位與否及裝配質(zhì)量 (如瓶蓋是否壓合上等 ),并且可以根據(jù)被測物的特定標記 ,發(fā)出自動控制信號。反射鏡反射型的光電式傳感器單側(cè)安裝 ,需要調(diào)整反射鏡的角度 ,以取得最佳的反射效果 ,其檢測距離不如散射型 。透射型光電開關(guān)的發(fā)射器和接收器相對安放 ,軸線嚴格對準 ,當有物體在其間通過時 ,紅外光束被遮斷 ,接收器因接收不到紅外光束而產(chǎn)生 1個電脈沖信號。 光電開關(guān) 光電開關(guān)通常都是由光 電式傳感器和控制器組成 ,控制器對光電式傳感器輸出的電信號進行處理 ,并做出相應的開關(guān)響應。 采用半透半反鏡及光敏三極管作為參比通道的好處是 ,單光源的光通量由于種種原因有所變化 ,或因環(huán)境溫度變化 ,引起光敏三極管靈敏度發(fā)生變化時 ,由于 2 個通道結(jié)構(gòu)完全一樣 ,所以在最后運算 U 1/U 2 時 ,上述誤差可自動抵消 ,從而減小測量誤差。另一路光線穿過被測煙塵到達光敏三極管上 ,其中一部分光線被 煙塵吸收或折射 ,煙塵濃度越高，光線的衰減量越大 ,到達光敏三極管的光通量就小。 圖 2 光電式煙塵濃度計工作原理圖 光源