線陣CCD工業(yè)數(shù)字相機(jī)

USB工業(yè)相機(jī)

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1 概述

FC-ISM-LCCD線陣CCD相機(jī)是由武漢方寸科技公司自主研究并開發(fā)的高工業(yè)線陣CCD相機(jī)，該相機(jī)采用高性能16位高速A/D和CPLD結(jié)合的高性能、高速率、工業(yè)數(shù)字線陣CCD相機(jī)，它具有尺寸小，穩(wěn)定性好，高信噪比特點(diǎn)，免外部電源，且易于進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用集成等優(yōu)良特點(diǎn)，性價(jià)比遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品。

該系列數(shù)字工業(yè)相機(jī)可廣泛應(yīng)用于高尺寸測(cè)量、顏色分析、二值化數(shù)據(jù)、位移測(cè)量、印刷監(jiān)控、產(chǎn)品在線檢測(cè)、 OCR和條碼識(shí)別等工業(yè)領(lǐng)域。

1.相機(jī)技術(shù)參數(shù)

相機(jī)型號(hào) TDC-5000LM

像元個(gè)數(shù) 5000

像素尺寸和間距(μm) 7 x 7x 7

分辨率采樣(bit) 16位

掃描一幀時(shí)間 5ms

圖像顏色 黑白

動(dòng)態(tài)范圍 400--800

信 噪 比 68dB

驅(qū)動(dòng)頻率 1M

供電電源 +12V/1A直流電源

鏡頭接口 FC卡口

通訊距離 3m，加延長(zhǎng)線可拓展

2.上位機(jī)處理軟件界面

3、線陣CCD相機(jī)成像換算

利用線陣CCD進(jìn)行目標(biāo)尺寸（含大小、高度、寬度、厚度、直徑等技術(shù)指標(biāo)）測(cè)量是當(dāng)前高非接觸測(cè)量以及計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段之一，如對(duì)光纖光纜生產(chǎn)過程中的直徑測(cè)量與控制、電纜直徑測(cè)量與控制、在線產(chǎn)鋼長(zhǎng)度測(cè)量、紗線粗細(xì)測(cè)量、標(biāo)桿尺寸測(cè)量等等。本文以測(cè)量被測(cè)件的尺寸為例子（大小、高度、寬度、厚度、直徑等指標(biāo)的測(cè)量與此類同），詳細(xì)介紹如何根據(jù)測(cè)量所需要的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如要求被測(cè)、被測(cè)件的尺寸范圍（值與小值之差）、被測(cè)目標(biāo)離鏡頭的距離等要求下，如何計(jì)算線陣CCD的安裝位置、如何選取鏡頭（焦距、孔徑等）、如何選取線陣CCD及其測(cè)量控制系統(tǒng)等等。以下主要介紹脈沖計(jì)數(shù)法，其測(cè)量為一個(gè)像元。如果要求更高的測(cè)量，請(qǐng)參考武漢方寸公司參考資料－“線陣CCD尺寸測(cè)量（衍射法）”一文。

尺寸測(cè)量的基本原理下圖所示，被測(cè)物件通過透鏡后成像在CCD靶面上。

u-物距，v-像距，f-焦距， n-像元數(shù)，p-像元間距，L－被測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)度

根據(jù)成像公式：

             （1）

            （2）

式（1）中 為透鏡焦距；

式（2）中 為透鏡放大倍率， 為線陣CCD像元大小。

由式（1）和式（2）可以解得被測(cè)件的尺寸大小 :

    （3）

    當(dāng) 時(shí)，式（3）可變?yōu)椋?/p>

      （4）

由式（4）可以看出，由于 在測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計(jì)后已經(jīng)確定，即為已知，后被測(cè)件的尺寸大小實(shí)際上變?yōu)楸粶y(cè)件經(jīng)過成像系統(tǒng)在線陣CCD靶面上的影像所在像元的多少，即 的大小。只有確定了被測(cè)件影像的兩個(gè)邊緣即可算出 ，由此CCD尺寸測(cè)量問題轉(zhuǎn)換為被測(cè)件影像邊緣的識(shí)別和確定。

舉例如下：

（1）根據(jù)鏡頭焦距、目標(biāo)距離和線陣CCD占據(jù)像元個(gè)數(shù)來測(cè)算目標(biāo)尺寸大小

設(shè)透鏡焦距為50mm，被測(cè)件離透鏡2米，線陣CCD像元大小為7um，即f=50mm，u=2000mm，p=0.007mm，若n=4000個(gè)像元。

根據(jù)式（1）可算出，像距v為：

 mm

即線陣CCD離鏡頭焦距外1.28mm。

根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸大小為：

 mm。

即可測(cè)量目標(biāo)的尺寸大小1.12米。

由于采用脈沖計(jì)數(shù)法，線陣CCD的測(cè)量為1個(gè)像元，根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：

 mm，即約為0.3mm。

（2）根據(jù)鏡頭焦距、目標(biāo)距離和線陣CCD測(cè)量范圍來確定被測(cè)件的測(cè)量范圍

設(shè)透鏡焦距為50mm，線陣CCD像元大小為7um，可占用像元個(gè)數(shù)為4000個(gè)像元，即f=50mm，p=0.007mm，n=4000，下面根據(jù)被測(cè)件離透鏡的距離遠(yuǎn)近分別為05米、1米、2米、5米、10米來分別計(jì)算線陣CCD離透鏡的距離以及本測(cè)件尺寸的值

●被測(cè)件離透鏡0.1米距離，即u=100mm

根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸值為：

 mm

被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：

 mm，即約為14um，此可理解為測(cè)量指標(biāo)，以下同。

線陣CCD離透鏡中心的距離：

 mm，此項(xiàng)指標(biāo)可用于微調(diào)鏡頭螺絲口與線陣CCD感光面的距離。

●被測(cè)件離透鏡0.5米距離，即u=500mm

根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸值為：

 mm

被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：

 mm，即約為70um。此可理解為測(cè)量指標(biāo)，以下同。

線陣CCD離透鏡中心的距離：

 mm，此項(xiàng)指標(biāo)可用于微調(diào)鏡頭螺絲口與線陣CCD感光面的距離，如下圖所示，即線陣CCD感光面安放在離鏡頭1倍焦距外5.56mm處，以下同。

●被測(cè)件離透鏡1米距離，即u=1000mm

根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸值為：

 mm

被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：

 mm。

線陣CCD離透鏡中心的距離：

 mm。

●被測(cè)件離透鏡5米距離，即u=5000mm

根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸值為：

 mm

被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：

 mm。

線陣CCD離透鏡中心的距離：

 mm。

●被測(cè)件離透鏡10米距離，即u=10000mm

根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸值為：

 mm

被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：

 mm。

線陣CCD離透鏡中心的距離：

 mm。