線陣CCD在工業檢測中的應用

摘 要

本文闡述了電荷耦合器件（CCD）的原理，分析了CCD技術的發展及現狀，并對今后的發展進行展望。

【關鍵詞】CCD 勢阱 工業攝像機 異性纖維

1 引言

電荷耦合器件（CCD）是美國貝爾實驗室在1970年左右發明的新型半導體器件，CCD（Charge Coupled Device）是電荷耦合器件的簡稱，CCD是一種金屬-氧化物-半導體結構的新型器件，其基本結構是一種密排的MOS電容器，能夠存儲由入射光在CCD像敏單元激發出的光信息電荷，并能在適當相序的時鐘脈沖驅動下，把存儲的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉移，實現自掃描，完成從光信號到電信號的轉換。這種電信號通常是符合電視標準的視頻信號，可在電視屏幕上復原成物體的可見光像，也可以將信號存儲在磁帶機內，或輸入計算機，進行圖像增強、識別、存儲等處理。

2 線陣CCD在工業上的應用現狀

2.1 用于軌道振動的非接觸式測量

振動測量與實驗一直是工程技術中的難題，對于航空航天，動力機械，交通運輸，能源工業，土木建筑等尤為重要，振動直接影響機器的運行的穩定性，安全性和人體感覺的舒適性，直接影響生產的有效性和精確性。在交通運輸中，鐵軌對于火車來說相當重要，尤其現在隨著經濟發展，火車的提速對鐵軌的要且相當高，鐵軌受到列車的激勵會產生手破振動，當振動級過大時時鐵軌產生裂紋，斷裂，接觸面磨損，緊固件松動，從而提前報廢，嚴重時會產生車毀人亡的事故，因此在對鐵軌振動測量中采用線陣CCD，運用光學技術，電子學技術，CCD傳感技術并同計算機數據處理技術相結合，克服接觸是測量的缺點，能同時測量任意5點的振動，靈敏度高，價格低廉等優點。根據對標準振動態測量得到的波形分析，振幅測量范圍為0.1-200mm，測量精度優于0.1mm。實驗證明此方法測量速度快，精度高，抗干擾能力強，性能穩定，對被測物沒有機械，電磁等干擾，因此可適用于多種現場振動檢測的許要。

2.2 用于鋼管內徑的測量

在鋼鐵工業生產中，為保證鋼鐵質量，不僅要檢測鋼管的外徑，而且還要檢測鋼管的內徑，以便及時調整軋鋼設備減少材料的浪費。尤其在火炮的加工中，對跑堂的直徑和形狀誤差的精確檢查時比不得少的。用線陣CCD傳感器的測量鋼管內景的光電檢測裝置來代替傳統的量規檢測方法，在一些發達的國家已經開始采用。在裝置能測量的范圍內，儀器的分辨率為0.001mm，測量誤差在-0.02-+0.02mm。同時次裝置在測量范圍內對各種有色金屬和非金屬管類產品的內徑均可以測量。

2.3 用于異性纖維的檢測

在紡織領域中，可用線陣CCD作為檢測異性纖維，雜質的裝置。在原棉中除棉纖維以外，混有一些雜質，他們中的大多數可在開清梳階段被清理出去，還有一些被打擊成細小的雜質，這些細小的雜質是我們要控制的一個重要的指標，而與棉纖維性能接近的異性纖維及被污染的纖維，在一般的紡織工藝中，很難被去除掉。他們的危害性將在后道德印染工序及最終產品中顯現出來。因此采用線陣CCD傳感器的工業攝像機檢測通過傳送帶上的棉花，再將圖像信號送到計算機中經過特殊的算法進行圖形處理，檢測到混在棉花中的雜質，該裝置采用光圖像識別方法根據異性纖維的色相，飽和度，強度三大光學要素進行判斷，可自動識別有色尼龍，塑料，麻線以及無色透明或與棉花顏色相近的雜物。其最小分辨率≤1mm。對于提高紡織工業的自動化水平有相當重要的意義。

2.4 其他方面

在軍事工業領域，利用線陣CCD系統利用交匯測試原理來測量于動物體的位置尺寸。它利用TDI-CCD來進行測試，對于高速運動的物體的檢測受到很好的效果，已經在軍事及工業部門有著廣泛的應用。另外，在公路路面的裂縫等的檢測技術也隨著CCD數字攝像技術的發展，逐步由人工檢測向自動化檢測方向發展，利用CCD相機借助光學系統將路面信號經觀點轉換成視頻信號，再在計算中利用數字圖像處理技術進行處理，從而可對路面的裂紋進行漢好的識別，提高對路面質量的監測、評估和病害分析。

3 結論

本文簡要介紹了CCD的工作原理，并就其在工業檢測中的應用及發展作了闡述。由于CCD圖像傳感器是一種高精度檢測傳感器，其應用已經滲透到工業各部門，并在國名經濟生產中有廣泛的應用，隨著CCD傳感器制作技術的提高，圖像處理軟件的進一步發展，CCD傳感器與集成電路的應用前景進一步集成，CCD傳感器的應用前景將更加廣闊，其在工業測控系統中也會越來越占有重要的位置。

參考文獻

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作者簡介

孫亞英，女，內蒙古自治區烏蘭察布市人，現供職于內蒙古工業大學工程訓練中心，從事先進制造技術方面的研究。

作者單位

內蒙古工業大學工程訓練中心 內蒙古自治區呼和浩特市 010051endprint