線陣CCD在工業(yè)檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要

本文闡述了電荷耦合器件（CCD）的原理，分析了CCD技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀，并對(duì)今后的發(fā)展進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】CCD 勢(shì)阱 工業(yè)攝像機(jī) 異性纖維

1 引言

電荷耦合器件（CCD）是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室在1970年左右發(fā)明的新型半導(dǎo)體器件，CCD（Charge Coupled Device）是電荷耦合器件的簡(jiǎn)稱，CCD是一種金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的新型器件，其基本結(jié)構(gòu)是一種密排的MOS電容器，能夠存儲(chǔ)由入射光在CCD像敏單元激發(fā)出的光信息電荷，并能在適當(dāng)相序的時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，把存儲(chǔ)的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)自掃描，完成從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這種電信號(hào)通常是符合電視標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)，可在電視屏幕上復(fù)原成物體的可見(jiàn)光像，也可以將信號(hào)存儲(chǔ)在磁帶機(jī)內(nèi)，或輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行圖像增強(qiáng)、識(shí)別、存儲(chǔ)等處理。

2 線陣CCD在工業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 用于軌道振動(dòng)的非接觸式測(cè)量

振動(dòng)測(cè)量與實(shí)驗(yàn)一直是工程技術(shù)中的難題，對(duì)于航空航天，動(dòng)力機(jī)械，交通運(yùn)輸，能源工業(yè)，土木建筑等尤為重要，振動(dòng)直接影響機(jī)器的運(yùn)行的穩(wěn)定性，安全性和人體感覺(jué)的舒適性，直接影響生產(chǎn)的有效性和精確性。在交通運(yùn)輸中，鐵軌對(duì)于火車來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要，尤其現(xiàn)在隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，火車的提速對(duì)鐵軌的要且相當(dāng)高，鐵軌受到列車的激勵(lì)會(huì)產(chǎn)生手破振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)級(jí)過(guò)大時(shí)時(shí)鐵軌產(chǎn)生裂紋，斷裂，接觸面磨損，緊固件松動(dòng)，從而提前報(bào)廢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生車毀人亡的事故，因此在對(duì)鐵軌振動(dòng)測(cè)量中采用線陣CCD，運(yùn)用光學(xué)技術(shù)，電子學(xué)技術(shù)，CCD傳感技術(shù)并同計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，克服接觸是測(cè)量的缺點(diǎn)，能同時(shí)測(cè)量任意5點(diǎn)的振動(dòng)，靈敏度高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)態(tài)測(cè)量得到的波形分析，振幅測(cè)量范圍為0.1-200mm，測(cè)量精度優(yōu)于0.1mm。實(shí)驗(yàn)證明此方法測(cè)量速度快，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，對(duì)被測(cè)物沒(méi)有機(jī)械，電磁等干擾，因此可適用于多種現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)檢測(cè)的許要。

2.2 用于鋼管內(nèi)徑的測(cè)量

在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，為保證鋼鐵質(zhì)量，不僅要檢測(cè)鋼管的外徑，而且還要檢測(cè)鋼管的內(nèi)徑，以便及時(shí)調(diào)整軋鋼設(shè)備減少材料的浪費(fèi)。尤其在火炮的加工中，對(duì)跑堂的直徑和形狀誤差的精確檢查時(shí)比不得少的。用線陣CCD傳感器的測(cè)量鋼管內(nèi)景的光電檢測(cè)裝置來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的量規(guī)檢測(cè)方法，在一些發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始采用。在裝置能測(cè)量的范圍內(nèi)，儀器的分辨率為0.001mm，測(cè)量誤差在-0.02-+0.02mm。同時(shí)次裝置在測(cè)量范圍內(nèi)對(duì)各種有色金屬和非金屬管類產(chǎn)品的內(nèi)徑均可以測(cè)量。

2.3 用于異性纖維的檢測(cè)

在紡織領(lǐng)域中，可用線陣CCD作為檢測(cè)異性纖維，雜質(zhì)的裝置。在原棉中除棉纖維以外，混有一些雜質(zhì)，他們中的大多數(shù)可在開(kāi)清梳階段被清理出去，還有一些被打擊成細(xì)小的雜質(zhì)，這些細(xì)小的雜質(zhì)是我們要控制的一個(gè)重要的指標(biāo)，而與棉纖維性能接近的異性纖維及被污染的纖維，在一般的紡織工藝中，很難被去除掉。他們的危害性將在后道德印染工序及最終產(chǎn)品中顯現(xiàn)出來(lái)。因此采用線陣CCD傳感器的工業(yè)攝像機(jī)檢測(cè)通過(guò)傳送帶上的棉花，再將圖像信號(hào)送到計(jì)算機(jī)中經(jīng)過(guò)特殊的算法進(jìn)行圖形處理，檢測(cè)到混在棉花中的雜質(zhì)，該裝置采用光圖像識(shí)別方法根據(jù)異性纖維的色相，飽和度，強(qiáng)度三大光學(xué)要素進(jìn)行判斷，可自動(dòng)識(shí)別有色尼龍，塑料，麻線以及無(wú)色透明或與棉花顏色相近的雜物。其最小分辨率≤1mm。對(duì)于提高紡織工業(yè)的自動(dòng)化水平有相當(dāng)重要的意義。

2.4 其他方面

在軍事工業(yè)領(lǐng)域，利用線陣CCD系統(tǒng)利用交匯測(cè)試原理來(lái)測(cè)量于動(dòng)物體的位置尺寸。它利用TDI-CCD來(lái)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體的檢測(cè)受到很好的效果，已經(jīng)在軍事及工業(yè)部門有著廣泛的應(yīng)用。另外，在公路路面的裂縫等的檢測(cè)技術(shù)也隨著CCD數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)的發(fā)展，逐步由人工檢測(cè)向自動(dòng)化檢測(cè)方向發(fā)展，利用CCD相機(jī)借助光學(xué)系統(tǒng)將路面信號(hào)經(jīng)觀點(diǎn)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，再在計(jì)算中利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理，從而可對(duì)路面的裂紋進(jìn)行漢好的識(shí)別，提高對(duì)路面質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、評(píng)估和病害分析。

3 結(jié)論

本文簡(jiǎn)要介紹了CCD的工作原理，并就其在工業(yè)檢測(cè)中的應(yīng)用及發(fā)展作了闡述。由于CCD圖像傳感器是一種高精度檢測(cè)傳感器，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到工業(yè)各部門，并在國(guó)名經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，隨著CCD傳感器制作技術(shù)的提高，圖像處理軟件的進(jìn)一步發(fā)展，CCD傳感器與集成電路的應(yīng)用前景進(jìn)一步集成，CCD傳感器的應(yīng)用前景將更加廣闊，其在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中也會(huì)越來(lái)越占有重要的位置。

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作者簡(jiǎn)介

孫亞英，女，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市人，現(xiàn)供職于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心，從事先進(jìn)制造技術(shù)方面的研究。

作者單位

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010051endprint