一種簡(jiǎn)易的ccd測(cè)量光纖直徑裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種光纖直徑測(cè)量裝置，尤其設(shè)及一種簡(jiǎn)易的CCD測(cè)量光纖直徑 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量光纖直徑的裝置普遍采用接觸式、非接觸式兩種測(cè)量方式，其中接 觸式測(cè)量是使用卡尺千分尺測(cè)量，運(yùn)樣測(cè)量易造成光纖損壞，而且準(zhǔn)確性差，而非接觸式測(cè) 量主要是通過分析前向散射圖象中的光斑極次來計(jì)算出光纖的半徑，但由于測(cè)量需要光準(zhǔn) 直，操作比較困難，且隨著散射角度的增加，光斑的幅值也越來越小，因而信噪比也越來越 低，容易受干擾影響。
[0003] 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種簡(jiǎn)易的CCD測(cè)量光纖直徑裝置。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡(jiǎn)易的 CCD測(cè)量光纖直徑裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，能快速、準(zhǔn)確測(cè)量光纖直徑，實(shí)用性強(qiáng)，易 于推廣使用。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種簡(jiǎn)易的CCD測(cè)量光纖直徑裝置，包括測(cè)量 光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)，所述測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)由點(diǎn)光源、集光鏡、第一光闊、聚光鏡、透鏡、 第二光闊和光電接收器組成，點(diǎn)光源、集光鏡、第一光闊、聚光鏡、光纖、透鏡、第二光闊、光 電接收器依次放置，點(diǎn)光源、集光鏡、第一光闊、聚光鏡、被測(cè)光纖、透鏡、第二光闊、光電接 收器的中屯、在同一水平線。
[0006] 作為優(yōu)選，所述信號(hào)處理系統(tǒng)由CCD輸出視頻信號(hào)單元、濾波處理單元、信號(hào)放大 單元、二值化處理單元和處理器運(yùn)算單元組成，CCD輸出視頻信號(hào)單元、濾波處理單元、信號(hào) 放大單元、二值化處理單元、處理器運(yùn)算單元依次連接，信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理主要是濾 掉小脈沖信號(hào)即高頻成分，而該信號(hào)幅值非常小，采用有源濾波器來對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理， 因?yàn)橛性礊V波器除了具有濾波功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的放大和緩沖作用;有源濾波器里 面有采樣系統(tǒng)，根據(jù)采樣結(jié)果，施加 W大小相同，方向相反的諧波電流，予W抵消，為了得到 與工件尺寸相關(guān)的陰影部分尺寸，需要對(duì)CCD輸出視頻信號(hào)進(jìn)行二值化處理，將其轉(zhuǎn)化成矩 形波，然后用脈沖填充，計(jì)數(shù)器汁數(shù)，再通過微機(jī)接口與微機(jī)相連，結(jié)合控制程序進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集和信息處理。
[0007] 作為優(yōu)選，所述的信號(hào)處理系統(tǒng)也可由線陣CCD單元、信號(hào)放大單元、A/D轉(zhuǎn)換單 元、C化D驅(qū)動(dòng)器、處理器和顯示器組成，線陣CCD單元、信號(hào)放大單元、A/D轉(zhuǎn)換單元依次連 接，C化D驅(qū)動(dòng)器分別與線陣CCD單元、A/D轉(zhuǎn)換單元連接，C化D驅(qū)動(dòng)器與處理器連接，處理器 接顯示器，使用A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行測(cè)量，是指在進(jìn)行CCD輸出視頻信號(hào)進(jìn)行放大處理之后，將模擬 信號(hào)通過告訴A/D裝置進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0008] 本實(shí)用新型的有益效果是:利用CCD對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行光學(xué)成像，然后采用圖像處理 技術(shù)完成非接觸測(cè)量，操作簡(jiǎn)單，能快速、準(zhǔn)確測(cè)量光纖直徑。
[0009] W下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說 明，W充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本實(shí)用新型測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是本實(shí)用新型信號(hào)處理系統(tǒng)的流程框圖；
[0012] 圖3是本實(shí)用新型CCD成像系統(tǒng)輸出的時(shí)序視頻信號(hào)圖；
[0013] 圖4是本實(shí)用新型濾波放大后的信號(hào)波形圖；
[0014] 圖5是本實(shí)用新型二值化處理單元的流程示意圖；
[0015] 圖6是本實(shí)用新型采用A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量系統(tǒng)的原理框圖；
[0016] 圖7是本實(shí)用新型的光路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 參照?qǐng)D1-7,本【具體實(shí)施方式】采用W下技術(shù)方案:一種簡(jiǎn)易的CCD測(cè)量光纖直徑裝 置，包括測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)，所述測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)由點(diǎn)光源1、集光鏡2、第一光闊 3、聚光鏡4、透鏡5、第二光闊6和光電接收器7組成，點(diǎn)光源1、集光鏡2、第一光闊3、聚光鏡4、 光纖8、透鏡5、第二光闊6、光電接收器7依次放置，點(diǎn)光源1、集光鏡2、第一光闊3、聚光鏡4、 被測(cè)光纖8、透鏡5、第二光闊6、光電接收器7的中屯、在同一水平線。
[0018] 圖1為利用遠(yuǎn)屯、光路進(jìn)行CCD的測(cè)量光路原理，D是被測(cè)物體的直徑；d是光電接收 器上陰影的尺寸;f/是物鏡6的焦距;1/是光電接收器7與透鏡5像方焦點(diǎn)間的距離，可W計(jì) 算得到被測(cè)物體的直徑：
[0019]
[0020] CCD成像視場(chǎng)的位置變化對(duì)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響，因此需要在能夠保證被測(cè)物 體成像物距不變，然而物方遠(yuǎn)屯、光路可W部分消除被測(cè)物體成像物距微小變化所產(chǎn)生的影 響，柯拉照明可W使物體得到均勻地照明，在光學(xué)系統(tǒng)中一般對(duì)成像質(zhì)量和測(cè)量精度要求 較高的系統(tǒng)均采用柯拉照明方式，因此可W采用柯拉照明和物方遠(yuǎn)屯、光路組成的光學(xué)系統(tǒng) 來測(cè)量被測(cè)工件的直徑;而且可W通過改變第一光闊3的大小，可控制成像系統(tǒng)中的孔徑角 的大?。桓淖兗忡R2的鏡框大小，可改變照明系統(tǒng)的孔徑角的大小，從而控制被照物面的 范圍。
[0021] 所述信號(hào)處理系統(tǒng)由CCD輸出視頻信號(hào)單元9、濾波處理單元10、信號(hào)放大單元11、 二值化處理單元12和處理器運(yùn)算單元13組成，CCD輸出視頻信號(hào)單元9、濾波處理單元10、信 號(hào)放大單元11、二值化處理單元12、處理器運(yùn)算單元13依次連接，CCD輸出的視頻信號(hào)不能 直接進(jìn)行計(jì)數(shù)處理及用于尺寸計(jì)算。首先由于信號(hào)微弱，且存在高頻干擾，所W需要進(jìn)行濾 波放大；另外，光源發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定，光路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)也不可能盡善盡美，光帶邊緣存在一 定色散，輸出信號(hào)在光照和陰影邊界處存在著由明到暗的過渡，為了得到與光纖尺寸相關(guān) 的陰影部分尺寸，需要對(duì)CCD輸出視頻信號(hào)進(jìn)行二值化處理，將其轉(zhuǎn)化成矩形波，然后用脈 沖填充，計(jì)數(shù)器汁數(shù)，再通過微機(jī)接口與微機(jī)相連，結(jié)合控制程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信息處 理，由圖3可W知道CCD輸出信號(hào)是時(shí)鐘頻率為IMHz的小脈沖信號(hào)，幅值很小且疊加在一直 流電平上，還有噪聲存在，陰影區(qū)和和光照區(qū)分界模糊，此信號(hào)不能直接進(jìn)行計(jì)數(shù)，首先應(yīng) 通過電容隔直，變成只有交流的信號(hào)。
[0022] 信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理主要是濾掉小脈沖信號(hào)即高頻成分，而該信號(hào)幅值非常 小，采用有源濾波器來對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，因?yàn)橛性礊V波器除了具有濾波功能外，還能夠 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和緩沖作用；有源濾波器里面有采樣系統(tǒng)，根據(jù)采樣結(jié)果，施加 W大小相 同，方向相反的諧波電流，予W抵消，所W，其濾波能力和效果在一定范圍內(nèi)是可變的，適用 于信號(hào)處理;而且有源濾波器具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波，具有高度可 控性和快速響應(yīng)的特點(diǎn);濾波過程中，需要對(duì)通帶W外的頻率成分實(shí)現(xiàn)較快的衰減，二階濾 波器能夠?qū)崿F(xiàn)40化/十倍頻的衰減速度，響應(yīng)較快。綜上所述，濾波器可W選用二階有源低 通濾波器。
[0023] 由于需要測(cè)量測(cè)量光纖直徑，就需要知道CCD成像的陰影輪廓位置，而實(shí)際在成像 面的投影像輪廓的亮度分布不是突變的，而是有一個(gè)由暗到明的過渡過程，過渡過程所占 的脈沖個(gè)數(shù)越少，也就越有利于暗明界線的正確判斷，用遠(yuǎn)屯、光路照明時(shí)，可W認(rèn)為像的真 正輪廓大約在最大亮度的50%處，用二值化方法來判斷影像的實(shí)際位置和尺寸。
[0024] 采用比較法，比較法采用電壓比較器，是實(shí)現(xiàn)二值化處理最簡(jiǎn)單的方法，將CCD經(jīng) 濾波放大處理的視頻信號(hào)送往該比較器的同相端，用一個(gè)電平作為闊值送到該比較器的反 相端，對(duì)CCD視頻信號(hào)進(jìn)行切割，運(yùn)樣在比較器的輸出端就可W得到信號(hào)二值化處理的結(jié) 果，即視頻信號(hào)高于闊值的部分均輸出高電平，而低于闊值部分均輸出低電平，形成了具有 一定寬度的二值化電平的脈沖信號(hào)，將時(shí)域上的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為空間域就可得到所要測(cè)量 的光纖直徑。比較法最重要的參數(shù)是設(shè)計(jì)比較器的闊值，由于在測(cè)量過程當(dāng)中，所使用的光 源難免會(huì)有供電電壓波動(dòng)、光學(xué)窗口污染、灰塵等因素的變化導(dǎo)致光強(qiáng)的變化，使得CCD輸 出的視頻信號(hào)發(fā)生抖動(dòng)，為了避免運(yùn)些因素對(duì)測(cè)量帶來的影響，可W采用浮動(dòng)電平來確定 闊值，即實(shí)時(shí)地取CCD輸出方波的峰值和谷值，然后取其峰、谷值的1/2作為切割比較電平， 也就是切割電平隨著峰谷值變化而上下浮動(dòng)W保證取的是方波的1/2處。
[0025] 經(jīng)過上述二值化處理之后，我們需要進(jìn)一步得到二值化信號(hào)所覆蓋的CCD像元數(shù) 目。由于每個(gè)CCD像元的尺寸為7.4 X 7.4um2，直接得到尺寸的話誤差是兩個(gè)光敏單元的間 距14.Sum。為了得到更高的測(cè)量精度，可W使用頻率更高的時(shí)鐘脈沖對(duì)二值化的信號(hào)寬度 進(jìn)行填充計(jì)數(shù)。由于原始CCD視頻讀出信號(hào)OS的頻率為:f = IMHz，每一個(gè)脈沖代表7.4um，現(xiàn) 在采用IOMHz的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行填充計(jì)數(shù)，那么每個(gè)脈沖代表的尺寸為0.74um，可W減小測(cè)量 誤差。得到測(cè)量的光纖尺寸：
[0026]
[0027]本【具體實(shí)施方式】利用CCD對(duì)光纖直徑進(jìn)行測(cè)量采用的就是運(yùn)種技術(shù)，裝置采用CCD 平行光投影法，即通過照明光路用平行光將被測(cè)工件投影在CCD光敏元件上成像，從而通過 像的尺寸獲得物體的尺寸，CC