利用CCD測量細(xì)絲直徑.doc

1、利用 CCD 測量細(xì)絲直徑西北工業(yè)大學(xué)設(shè)計性基礎(chǔ)物理實驗報告 班級： 11051401 姓名：劉沛宇日期： 2016.04.30 利用 CCD 測量細(xì)絲直徑一、 實驗?zāi)康?、 學(xué)習(xí)線陣 CCD 器件實時在線、非接觸、高精度測量的幾種方法；2、 測量細(xì)絲直徑。二、 實驗儀器（名稱、型號及參數(shù)）DM99CCD 測徑試驗儀 計算機(jī) 千分尺三、 實驗原理1. 平行光投影法當(dāng)一束平行光透過待測目標(biāo)投射到 CCD 器件上時，由于目標(biāo)的存在，目標(biāo)的陰影將同時投射到 CCD器件上，在 CCD 器件輸出信號上形成一個凹陷。在平行光準(zhǔn)直度理想的情況下，陰影的尺寸代表了待測目標(biāo)尺寸，統(tǒng)計出陰影部分的 CCD 象元個

2、數(shù)，象元個數(shù)與象元尺寸的乘積就代表了目標(biāo)的尺寸。2.光學(xué)成像法被測物經(jīng)透鏡在CCD 上成像，像尺寸將與被測物尺寸成一定的比例。設(shè)T 為像尺寸，K為比例系數(shù)，則被測物的尺寸S 可由 S=KT 來表示。對于一個已選定的 CCD 器件，如用照相物鏡來測較大物體尺寸，則像是縮小的；用顯微鏡來測細(xì)小物體尺寸，則像是放大的。實驗所使用的 DM99 測徑試驗儀使用的是一個普通的顯微物鏡，存在著一定的幾何失真，在測量時必須分段進(jìn)行修正。3.測量系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定當(dāng)系統(tǒng)的工作距離確定了之后，為了從目標(biāo)像所占有的象元數(shù)需要實現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。N 來確定目標(biāo)的實際尺寸，標(biāo)定的方法是：先把一個尺寸為 Lp 的標(biāo)準(zhǔn)模塊放在被

3、側(cè)目標(biāo)位置，然后通過計數(shù)脈沖得到該模塊的象元實際所對應(yīng)的目標(biāo)空間尺寸的當(dāng)量，這就是一次定標(biāo)。然后再把被測目標(biāo) Lx 置于該位置，測出對應(yīng)的脈沖計數(shù) Nx，由 Lx=KNx 可以算出 Lx 值。二次定標(biāo)法修正系統(tǒng)誤差：被側(cè)物體的實際尺寸 Lx 和對應(yīng)象元脈沖數(shù) Nx 之間有 Lx=KNx+b ，b 就是測量值中的系統(tǒng)誤差。先在被測位置上放置一已知尺寸的 L1 的標(biāo)準(zhǔn)塊，通過計數(shù)電路得到相應(yīng)的脈沖數(shù) N1，然后再換上另一個已知尺寸為 L2 的標(biāo)準(zhǔn)塊，再得到對應(yīng)的計數(shù)脈沖 N2，將四個值帶入 Lx=KNx+b ，可以算得K=4.物體邊界提取CCD輸出的目標(biāo)邊界信號是一種混有噪聲的類似斜坡的曲線，由于

4、邊緣和噪聲在空間域上都表現(xiàn)為灰度較大的起落，即在頻率域中都為高頻分量。應(yīng)先對 CCD輸出的經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字化的灰度信號進(jìn)行搜索，找出斜坡段，然后對斜坡段數(shù)據(jù)作平滑處理，再對處理后的數(shù)據(jù)求梯度，找出圖像斜坡上梯度值最大點的位置，該點的位置就定位邊緣點的位置。L2-L1?2-?1b= L1-KN1四、 實驗內(nèi)容與方法將平行光源盒上的電源打開，調(diào)節(jié)旋鈕，使光強適中，從而在屏幕上看到的波形最高點在屏的頂部，并留有較多的起伏毛刺較為合適。選取兩個標(biāo)準(zhǔn)物，使用千分尺讀出兩個標(biāo)準(zhǔn)物的直徑，用線陣CCD 測量，得到K 和b，便可對待測物進(jìn)行測量。五、 實驗數(shù)據(jù)記錄與處理（列表記錄數(shù)據(jù)并寫出主要處理過程）標(biāo)準(zhǔn)物（象元分辨率=1.849m）L1=2.065mm N1=1117.56 L1=1117.56*1.849=2066.5mL2=2.560mm N2=1373.98 L2=1373.98*1.849=2540.3mK=?2-?1=0.001939 b=L-KN=-0.0919待測物L(fēng)2-L111L3=KN3+b N3=860.11 860.11*1.849=1590.4 L4=KN4+b N4=681.29 681.29*1.849=1259.8誤差=（m 1.5904-1.5681 ） /1.5904=1.4% 誤差=（m 1.2598-1.2229