CCD视觉检测系统的设计
来源：无锡创视新科技有限公司2014年12月11日热度：739
CCD视觉检测系统属一种非接触测量手段.它是将从成像系统获得的图像信号变成CCD的电荷信号,完成对图像的空间离散化过程,同时在CCD面阵上产生PAL制所需的同步信号、场同步信号和消影信号,合成完整的视频信号,输出后由计算机处理的方法.
系统由光学系统(包括照明系统、成像系统、光学补偿系统)、面阵CCD接受系统、图像卡、监视器、计算机接口及计算机等组成.
一、光学系统设计
光学系统的作用是将被测工件成像在CCD光敏面上(见图1),它由成像系统、照明系统和光学补偿系统三部分组成.
1.成像系统
在实验中,被测件为一M8×1.5的螺杆,螺杆由转速为3000r/min的电机带动,齿廓影像在沿螺杆方向上形成直线运动.1.1 成像系统成像系统见图1,它是由物镜L2,光阑D2和CCD器件组成.光阑D2设在L2的像方焦点平面F′处,光阑D2为系统的孔径光阑,形成了物方远心光路,以控制轴外物点主光线的方向,使工件在CCD光敏面上的像点位置不变,从而消除了螺纹钢在轧钢过程中的摆动对测量精度的影响。
1)系统放大率
B 面阵CCD的成像面积为7.95mm×6.45mm,其像素为795(H)×596(V),故每个像素为10Lm(H)×10.8Lm(V),由于图像卡为512×512,故CCD成像面上有效像素为512×512.为防止工件晃动偏离视场,在CCD成像面的两边需留有余量,取成像面的10%,则可利用的尺寸为:512×80%×10Lm=4.096mm.
2)确定孔径光阑
D2的直径d2 设热扎钢面A处面积元ds的亮度为B,其像为ds′,亮度为B′,见图2,则达到ds′的光通量5′为:5′=PB′sin2L′ds′
2. 照明系统
照明系统见图1,它由光源、辅助聚光镜L0、聚光镜L1和光阑D1组成,它们满足以下成像关系:光源经辅助聚光镜L0成像于聚光镜L1的物方焦平面F处,再经聚光镜L1成像于无限远并与成像系统的入射光瞳重合,被灯丝照亮的辅助聚光镜L0经聚光镜L1成像于物处,即柯拉照明方式。
3.光学补偿系统
图3 转镜扫描光学补偿成像光学补偿系统见图3,转镜由直流伺服马达带动,其额定转速为1500r/min,通过调节输入的直流电压可改变其转速.设螺纹钢的轧制速度为v。
二、 误差分析
1.系统误差
1)光学系统的像差
本系统所使用的物镜是普通大口径物镜,对球差有较好的修正,而投影物镜孔径不大,对像质要求较高,除了要对球差、色差、慧差、像散以及场曲进行校正外,还要特别对畸变进行校正,因为它直接影响检测精度.
初级畸形公式为: Tay=-EY′30
式中:Tay——重轴像差的子午分量
E——畸变系数Y′0——理想像高
可见初级畸变与像高的3次方成正比,视场小时畸变也小.由于所用的视场较小,物镜畸变所产生的系统误差小于0.02mm.即û$0û=0.02mm.
2) 物镜扫描光学补偿带来的误差
反射镜扫描过程中,像点的移动轨迹为一圆弧,而作为接受面的CCD光敏面为一平面,故而造成离焦,见图4。
2. 随机误差
图5 工件轴晃动引起的测量误差
热轧钢轴向晃动时的成像弥散
被测件的轴向晃动,在CCD成像面上将形成以主光线为中心的弥散斑[5],造成测量误差.见图5。
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