毕业设计开题报告
设计题目 学生姓名 在线实时自动检测系统设计与分析 学号 专业 电子信息科学与技术 一、课题的目的意义： 在现代工业生产中，存在着大量细丝直径的测量问题。由于测微仪等接触测量会引起被测细丝产生形变，工业上常采用电阻法和称重法测量。这类方法测量精度低，而且只能测量某一段细丝的平均直径。近年来，由于激光的应用，出现了激光扫描测量法和投影放大法，虽然实现了非接触测量，但测量精度不高。自20世纪70年代发展了一种新型半导体集成光电器件--CCD电荷耦合器件，CCD本身有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强、结构紧凑等优点，这一器件在经历了一段时间研究之后，其应用研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感、光电检测技术和非接触测量领域的发展更为迅速。 本次设计采用特殊的光源，利用新型电荷耦合器件作为光电接收装置设计一种具有工作稳定、精度高、分辨率高、非接触等优点的新型在线实时检测系统，对细丝直径、小孔尺寸进行实时的高精度测量。 二、资料调查分析： CCD电荷耦合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件，现在它已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合性技术。它被广泛应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的非接触检测技术领域。 1973年，第一次国际CCD应用研究学术会议在美国举行，标志着CCD应用技术已成为电子及光电科学的一个重要分支。至1974年，美国RCA公司的512×320象元面阵CCD摄像机首先问世，标志着CCD产业的蓬勃兴起。近年来，我国在基于CCD技术的自动检测领域方面取得了突破性的进展，如：长春光学精密机械学院推出了一种采用He－Ne激光器作光源，CCD作光电接收器件的激光尺寸在线检测仪，它主要用于柔性制造系统（FMS）中箱体件尺寸的在线检测，也可用于其它行业，对高度、厚度、宽度、长度、位移和某些形位误差测量。采用线阵CCD的非接触在线实时检测技术也有了飞速发展，可实现工件的无损检测和快速在线检测，结果可靠。 [1]张秋佳，韩冬，基于CCD技术的非接触在线检测系统研究，哈尔滨师范大学自然科学学报，2007年12月第4期 [2]金荑，翟超，邢晓正，滕勇，基于面阵CCD的大视场在线检测系统研究，计量学报，2007年10月第4期 [3]D.A.Gradl,“CCD sampling of high-frequency broad-band signals,”IEEE J. Of SSC.,Vol SC-17,619(1982) [4]J.T.Walker et al,“Microstore-The Stanford analog memory unit,”IEEE Trans.Nucl.Sci.VolNS-26,4443(1997) [5]KyleDawson,Chris Bebek,John Emes,Steve Holland,Sharon Jelinsky,Radiation Toler-ance of High-Resistivity LBNL CCDS,NO.6,2006 三、设计方案的可行性分析和预期目标： 可行性分析： CCD技术具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、像元尺寸小、几何精度高、功耗低和成本低等优点，再配置适当的光学系统，便可获得很高的空间分辨率，适用于高精度非接触测量。 这次设计整个测量系统由光源、光学系统，CCD图像传感器、CCD驱动电路、二值化处理电路、数据采集存储电路和计算机系统(显示、打印)等组成.系统的组成框图如图1所示。 He-Ne激光器 光学系统 被测 工件 CCD图像 传感器 CCD 驱动电路 视频信号处理电路 数据采集接口 计算机显示 图1 系统框图 工作过程：氦氖激光器射出的激光束入射到被测细丝上，在距细丝一定距离处产生衍射 图样，CCD图像传感器在驱动电路的作用下接收衍射条纹，将光信号转换成与之相应的电输出信号，电信号经过二值化处理将CCD电信号中图像尺寸部分与背景部分分离成二值化电平，最后经过数据采集将探测到的信号转换成数字量，输入计算机进行软件计算。 计算过程： 如果满足Dd且sinx D根据远场Fraunhofer衍射公式可得： dkDDDd，为细丝直径，k表示第几级暗纹数，为氦氖激光器的波长，xSMx是第k级暗纹的位置,S为暗纹之间的距离, 为所用CCD像元间距。 S的确定是数据处理的一个很重要的任务。可简单用扫描法逐点扫描衍射图样来识别暗点位置：在顺序扫描时如果某一点（像元）的信号值同时小于其前后邻近两点的值，则改点为一暗纹位置，记下CCD像元序号，扫描结束，即可得到全部暗点位置，后点序号减前点序号即可得到有关各级暗纹的间距M（以像元数为单位），考虑图样中间位置遮去中心亮纹部分，不宜用作测量信息，因此取整个图样中最左、最右两边各4个间距迭加平均值作为暗纹间距S的最终测量结果，最后由上式计算得到所测细丝的直径。 预期目标： 1.熟练掌握高精度在线实时检测仪的系统组成，在此基础上设计一套切实可行的测量方案，最终实现细丝、小孔等的高精度测量。 2.在设计过程中主要完成光学系统、驱动电路、二值化处理电路、数据采集系统的设计。 3.根据所选方案，设计出具体的系统组成框图及电路结构 4.对测量误差进行分析，实现实测数据满足相对误差小于±1um，可重复性小于±2％。 四、所需要的仪器设备、材料： TCD1206UD型CCD作为传感器，H101D型氦氖激光器，CCD驱动电路（晶体振荡器、编程逻辑器件ISPLSI、差分放大器），电压比较器，跟随器，高速采集系统，计算机系统（数码显示器或打印系统） 五、课题分阶段进度计划： 序号 起止日期 工 作 内 容 查找与本课题有关的资料，翻译外文资料，准备开题报告 阶段成果 提出整体设计方案和原则，完成外文资料的翻译与开题报告 完成CCD光学系统、高稳定度电源的设计 设计CCD驱动电路和CCD视频信号二值化处理电路 完成CCD数据采集系统和数据处理系统的设计，整机系统以及系统性能和误差分析。 1 2012.2.20-3.18 2 2012.3.19-4.8 设计CCD光学系统，分析高稳定度电源 3 2012.4.9-5.6 研究CCD驱动电路和CCD视频信号处理电路 4 2012.5.7-5.27 设计CCD数据采集系统和数据处理系统，对系统误差进行分析 5 2012.5.28-6.17 撰写毕业论文，写出答辩提纲，准备毕业答辩。 完成毕业论文，写出答辩提纲，完成毕业答辩。 指导教师意见： 签字： 2012 年 3月10日
