线阵CCD在工业检测中的应用

摘 要

本文阐述了电荷耦合器件（CCD）的原理，分析了CCD技术的发展及现状，并对今后的发展进行展望。

【关键词】CCD 势阱 工业摄像机 异性纤维

1 引言

电荷耦合器件（CCD）是美国贝尔实验室在1970年左右发明的新型半导体器件，CCD（Charge Coupled Device）是电荷耦合器件的简称，CCD是一种金属-氧化物-半导体结构的新型器件，其基本结构是一种密排的MOS电容器，能够存储由入射光在CCD像敏单元激发出的光信息电荷，并能在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自扫描，完成从光信号到电信号的转换。这种电信号通常是符合电视标准的视频信号，可在电视屏幕上复原成物体的可见光像，也可以将信号存储在磁带机内，或输入计算机，进行图像增强、识别、存储等处理。

2 线阵CCD在工业上的应用现状

2.1 用于轨道振动的非接触式测量

振动测量与实验一直是工程技术中的难题，对于航空航天，动力机械，交通运输，能源工业，土木建筑等尤为重要，振动直接影响机器的运行的稳定性，安全性和人体感觉的舒适性，直接影响生产的有效性和精确性。在交通运输中，铁轨对于火车来说相当重要，尤其现在随着经济发展，火车的提速对铁轨的要且相当高，铁轨受到列车的激励会产生手破振动，当振动级过大时时铁轨产生裂纹，断裂，接触面磨损，紧固件松动，从而提前报废，严重时会产生车毁人亡的事故，因此在对铁轨振动测量中采用线阵CCD，运用光学技术，电子学技术，CCD传感技术并同计算机数据处理技术相结合，克服接触是测量的缺点，能同时测量任意5点的振动，灵敏度高，价格低廉等优点。根据对标准振动态测量得到的波形分析，振幅测量范围为0.1-200mm，测量精度优于0.1mm。实验证明此方法测量速度快，精度高，抗干扰能力强，性能稳定，对被测物没有机械，电磁等干扰，因此可适用于多种现场振动检测的许要。

2.2 用于钢管内径的测量

在钢铁工业生产中，为保证钢铁质量，不仅要检测钢管的外径，而且还要检测钢管的内径，以便及时调整轧钢设备减少材料的浪费。尤其在火炮的加工中，对跑堂的直径和形状误差的精确检查时比不得少的。用线阵CCD传感器的测量钢管内景的光电检测装置来代替传统的量规检测方法，在一些发达的国家已经开始采用。在装置能测量的范围内，仪器的分辨率为0.001mm，测量误差在-0.02-+0.02mm。同时次装置在测量范围内对各种有色金属和非金属管类产品的内径均可以测量。

2.3 用于异性纤维的检测

在纺织领域中，可用线阵CCD作为检测异性纤维，杂质的装置。在原棉中除棉纤维以外，混有一些杂质，他们中的大多数可在开清梳阶段被清理出去，还有一些被打击成细小的杂质，这些细小的杂质是我们要控制的一个重要的指标，而与棉纤维性能接近的异性纤维及被污染的纤维，在一般的纺织工艺中，很难被去除掉。他们的危害性将在后道德印染工序及最终产品中显现出来。因此采用线阵CCD传感器的工业摄像机检测通过传送带上的棉花，再将图像信号送到计算机中经过特殊的算法进行图形处理，检测到混在棉花中的杂质，该装置采用光图像识别方法根据异性纤维的色相，饱和度，强度三大光学要素进行判断，可自动识别有色尼龙，塑料，麻线以及无色透明或与棉花颜色相近的杂物。其最小分辨率≤1mm。对于提高纺织工业的自动化水平有相当重要的意义。

2.4 其他方面

在军事工业领域，利用线阵CCD系统利用交汇测试原理来测量于动物体的位置尺寸。它利用TDI-CCD来进行测试，对于高速运动的物体的检测受到很好的效果，已经在军事及工业部门有着广泛的应用。另外，在公路路面的裂缝等的检测技术也随着CCD数字摄像技术的发展，逐步由人工检测向自动化检测方向发展，利用CCD相机借助光学系统将路面信号经观点转换成视频信号，再在计算中利用数字图像处理技术进行处理，从而可对路面的裂纹进行汉好的识别，提高对路面质量的监测、评估和病害分析。

3 结论

本文简要介绍了CCD的工作原理，并就其在工业检测中的应用及发展作了阐述。由于CCD图像传感器是一种高精度检测传感器，其应用已经渗透到工业各部门，并在国名经济生产中有广泛的应用，随着CCD传感器制作技术的提高，图像处理软件的进一步发展，CCD传感器与集成电路的应用前景进一步集成，CCD传感器的应用前景将更加广阔，其在工业测控系统中也会越来越占有重要的位置。

参考文献

[1]王以铭.电荷耦合器件原理与应用[M].北京：科学出版社，1987.

[2]王庆有.CCD应用技术[M].天津：天津大学出版社，2000.

[3]单锦安，尚世铉.电荷耦合器件（CCD）[J].物理实验，2000.

[4]宋培华，朱玉渊.在线检测中机器视觉的CCD方案[J].计算机工程，2001.

作者简介

孙亚英，女，内蒙古自治区乌兰察布市人，现供职于内蒙古工业大学工程训练中心，从事先进制造技术方面的研究。

作者单位

内蒙古工业大学工程训练中心 内蒙古自治区呼和浩特市 010051endprint