基于等效面积法的电子细分技术高精度光学测微仪制造技术

本发明专利技术详细说明了基于曲线拟合法的线阵CCD传感器电子细分方法，把处于测量物体边缘过渡的几个像元合并成为一个像元，并把像元感应的输出电流之和作为合并后像元的感应输出电流；以此方法对像元进行电子细分提高测量精度。

Electronic Subdivision Technology Based on Equivalent Area Method for High Precision Optical Micrometer

In this invention, the electronic subdivision method of linear array CCD sensor based on curve fitting is described in detail, and several pixels in the edge of the measured object are merged into a pixel, and the sum of the output current induced by the pixel is used as the induced output current of the pixel, and an electronic subdivision of the pixel is made to improve the measurement of the pixel. Precision.

【技术实现步骤摘要】
基于等效面积法的电子细分技术高精度光学测微仪
本专利技术提供了一种基于等效面积电子细分技术的非接触检测物体直径、厚度等信息的测量装置。
技术介绍
早期采用的机械式检测仪，一般都是将被测物体与标准测量器具进行比较，从而得出测量结果，这种方法比较直观，但是测量精度相对较低。大多数机械测量仪器都是接触式测量，其优点是测量操作简单方便，制造成本低，测量范围广；缺点是测量时对被测物体有一定的损坏，无法测量柔性和弹性物体，且无法实现动态测量，测量效率低。常用的机械式测微仪器有游标卡尺、千分尺等。光学测微仪器的测量原理是将光束投射到被测物体，通过感光元器件接收被测物体的投影或像；对感光元器件得到的信号进行电子运算处理计算出投影或像的大小即可得到被测物体的尺寸。在中国专利文件CN102087100A中，采用的平行光为脉冲激光，平行光经过待测线缆遮挡而部分射出进行汇聚后，最后投射到光电传感器转化成模拟电信号，最后采用FPGA对信号进行处理和运算。被测物体和光电传感器之间需要有一套光学成像镜头，成本较高。在中国专利文件CN103673906B中，采用激光束照射到旋转多面体转镜上形成激光扫描扇区，进行大口径工件外径的测量，工件的外径依赖于多面体转镜的旋转速度，对电机的稳定性要求性很高。现有的光学非接触式测径装置有两类：一是采用激光作为光源，光线经过被测物体后，通过光学镜头成像到图像传感器上；二是采用旋转的棱镜形成激光扫描束，对被测物体扫描检测。上述装置都存大体积，成本高等问题，使光学测径装置无法得到广泛推广和使用。在采用线阵CCD传感器对物体进行边缘检测中，线阵CCD传感器的像元的尺寸大小决定了测量的精度。由于技术的制约，线阵CCD传感器像元大小最小仅达到4.7×4.7μm，且其价格昂贵，像元尺寸为14×14μm线阵CCD传感器应用较为广泛，因此要达到μm级别的精度必须采用电子细分技术。
技术实现思路
本专利技术详细说明了基于等效面积法的电子细分技术高精度光学测微仪，以提高光学测微仪器的测量精度。如图1所示，测径仪由LED光源平行光管1、线阵CCD传感器3和图像处理系统5组成，被测物体2放置在LED光源平行光管1和线阵CCD传感器3之间，进行非接触式测量。发光LED二极管经过一系列光学镜片和小孔后形成平行光，并照射到被测物体2，最后投射到线阵CCD传感器3把光信号转换成电信号，数字图像处理系统5对电信号进行处理，并把处理结果通过显示系统6显示出来。图1为测径仪的工作原理图。图2为像元感光信号示意图。图3和图4为像元感光信号示意图局部放大图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。结合图2、图3和图4对系统工作做进一步说明。线阵CCD传感器3将被测物体2的光学图像信号转换为电流信号，如图2所示，像元从左到右依次按位置顺序排列，每一个矩形代表一个像元，矩形中黑色表示像元输出电流的大小，黑色面积越大表示像元接收的光线越强进而输出电流越大，黑色面积最小表示像元没有感知光线，仅有暗电流输出。其中，第Xs0、Xs1、Xs2、Xs3、Xs4、Xs5、Xs6和Xs78个像元表示检测到测量物体的边缘，在像元的输出电流上有一个缓缓变化的过程，因此无法知道上述8个像元具体到哪个像元对应测量物体实际的边缘；同样，第Xe0、Xe1、Xe2、Xe3、Xe4、Xe5、Xe6和Xe78个像元表示检测到测量物体的另一个边缘。图3和图4是测量物体两个边缘所对应像元输出电流示意图。正常感知光线的像元输出电流大小为SH＝HH×L，被测量物体完全遮挡光线的像元仅有暗电流输出，其大小为SL＝HL×L，测量物体边缘像元输出电流按位置顺序分别为S0＝H0×L、S1＝H1×L、S2＝H2×L……S6＝H6×L、S7＝H7×L。把Xs0、Xs1、Xs2、Xs3、Xs4、Xs5、Xs6和Xs78个像元作为一个像元，当平行光线完全照射到这8个像元时，其输出电流大小为S8H＝8×SH，当被测量物体完全遮拦光线时，其输出电流大小为S8L＝8×SL，因此可以得到8个像元由平行光线转换电流的大小为S8H-S8L，而实际这8个测量物体边缘像元由平行光线转换电流的大小为S0+S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7-S8L，因此可以得到测量物体的边缘像元坐标为化简后可以得到其中，H0、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、HL、HL用像元的输出电压值等效代替，α为校正系数。按照上述方法，得到检测物体另一个边缘点的坐标值Xe，两个边缘点坐标值的差Xe-Xs并乘以像元的尺寸，即可得到检测物体的直径或宽度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于等效面积法的电子细分技术高精度光学测微仪，其特征在于具体如下：把处于测量物体边缘过渡的几个像元合并成为一个像元，并把像元感应的输出电流之和作为合并后像元的感应输出电流；以此方法对像元进行电子细分提高测量精度。

【技术特征摘要】
1.基于等效面积法的电子细分技术高精度光学测微仪，其特征在于具体如下：把处于测量物体边缘过渡的几个像元合并成为一个像元，并把像元感应的输出电流之和作为合并后像元的感应输出电流；以此...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威立，栗文雁，李春杰，李达，王晓雷，蒋志强，
申请(专利权)人：王威立，
类型：发明
国别省市：河南,41