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1、 目录第一章 引言-21.1 研究背景及意义-21.2 国内外研究现状-3第二章 测量原理和方案论证-52.1 光成像法测量钢板厚度-52.2 射线测量钢板厚度-72.3 线阵CCD在线测量钢板厚度-82.4 可实施性分析-10第三章 光学系统的设计-113.1 光电传感器-113.2 光学系统的设计-123.3 测量方案及误差分析-133.4 本章小结-17第四章 精度分析-174.1 理论分析-174.2 系统误差-18第五章 总结-18参考文献-19第一章 引言1.1研究背景及意义仪器指科学技术上用于实验、计量、观测、检验、绘图等的器具或装置。通常是为某一特定用途所准备的一套装置或机器。
2、仪器通常用于科学研究或技术测量、工业自动化过程控制、生产等用途，一般来说专用于一个目的的设备或装置。仪器构造较为复杂，属于高新技术产品；由多个部件组成的。仪器体积、重量、形状有各种各样，最小的可以直接拿在手中操作，较大体积的仪器一般被称为装置或设备。经济的发展，科技的进步对仪器提出了更高更新的要求。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料，新的元器件，例如超声波，微波，射线，红外线，核磁共振，超导，激光等原理和采用各种新型半导体敏感文件，集成电路，集成光路，光导纤维等元器件。其目的是实现仪器仪表的小型化，减轻重量，降低生产成本和更便于使用和维修等。另一重要趋势是通过微型计算机的使用
3、来提高仪器仪表的性能，提高哦该仪器仪表本身自动化，智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅供单项使用，而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制综合管理系统，满足更高要求。而当今光电仪器逐渐渗透到工业生产，生活中。它的水平是科学技术现代化的重要标志，没有现代化的光电仪器，国民经济无法发展的，因此，现在的工业生产中一广泛的采用了光电仪器，能够过呢更快，更准的得到测量结果，并且对此无法采用传统方法测量的测件进行测量，大大提高了工艺产业的生产效率。随着现代化工业和科学技术的发展，对物体几何尺寸的测量，特别对钢板厚度的测量提出了更高的要求。传统卡尺的测量，测量物体须和卡尺接触，属
4、于接触式测量，而传统的光学测量，耗时长，而且无法实现在线测量，总的来说，在现代工业和科学技术的发展中，对钢板厚度的测量提出的新要求是高精度，高速度和非接触测量。显而易见，传统方法便林所提要求已显得力不从心，满足不了人们的要求，作为一种非接触式测量；光学图像测量是现代社会的 一种新技术。所谓光学图像测量就是测量被测对象时，利用传递信息并从中获得有用信号的测量。1.2 国内外研究现状自20世纪60年代末期贝尔实验室发明CCD图像传感器以来，CCD便成了光电检测领域重要的应用器件。在工业现场，结构光以其独特的优点被广泛运用于高精度测量中。点结构光多用于基于三角测量原理的测量系统中，多线结构光和网格结
5、构光则多用于三维建模和人工智能。随着检测及传感器、电子信息、计算机、通讯等技术的发展，钢板测宽仪经历了光机扫描式、主动式CCD光电、被动式CCD光电到激光辅助CCD光电几种测宽仪的发展。从方法上，大致有机械接触式测宽法、电视测量法、线阵CCD 测宽、激光测宽等，但存在精度不高、劳动强度大、技术实现复杂，甚至有的还有一定的辐射。利用CCD技术对产品表面质量进行实时检测、动态测量，具有结构简单、非接触、精度高、测量速度快、性能稳定可靠等优点。摄像头的主要传感部件是CCD，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点。CCD器件的原理是：当具有与其衬底材料相匹配的光谱特性的光
6、照射到CCD芯片上时，由于光敏像元所接受的光强的不同而产生相对应大小的光生电荷。电荷信号经过处理后，便可得到与原图像相似的显示图像。近年来，基于CCD的检测技术在工业在线检测的各个领域十分活跃，其独特的空间特性和结构特性，是其它检测方法所不能代替的。以CCD为传感器的各种非接触尺寸检测方法，较之传统的机械式、光学式、电磁式测量方法，在像采集及处理系统和数据终端系统组成，如图1-1所示。CCD相机安装在剪机前辊道的上方，相机数量可根据测量范围与测量精度而定。首先，以剪机的剪刃口为基准线，确定每个相机的空中参数，每台相机的视频信号通过可编程视频切换器接入微机中扩展的图像采集卡，微机对所摄钢板图像进
7、行预处理、边缘提取、自动识别后，剔除钢板缺陷后得到钢板的长度和宽度，在钢板运动中进行动态跟踪测量，实时显示规划尺寸离剪刃口的距离，进行几何尺寸的规划、引导剪切，并把剪切时的尺寸送至钢板尺寸标定现场。该系统不用附加任何激光扫描机构，在微机控制下，形成一测量场，对钢板厚度进行在线自动测量，并动态地引导钢板的剪切。该系统已于一九九四年七月在武钢轧板厂正式投入运行，情况良好。该系统的缺点主要是光学成像方程复杂，计算时间长，计算量大，而且这一系统成本较高，对于中小型钢板厂不是经济的选择。实现尺寸检测的智能化和自动化方面具有很大的优越性。特别是线阵CCD因其具有自扫描的特性，能够将光学图像变换成按空间域分
8、布的离散电压信号，继而通过计算机系统对其进行各种处理，以实现高精度、高分辨率的检测。基于CCD的检测技术在钢板尺寸检测方面的应用主要有以下几种： 1、CCD冷却钢坯在线测量系统，其特色是在同一像平面上采用三块线列CCD图像传感器。应用线列CCD图像传感器接收来自冷却钢坯的辐射能，将其转换成电信号，由信号处理电路提取CCD输出信号中对应钢坯的边缘点的信息，并根据测长仪的数学模型导出的测长算法，便可算出冷却钢坯的厚度值。在视场中，当冷却钢坯出现中心平移400ram和偏转角15时，能有效地测量。测长相对误差1% 2、激光扫描CCD测长，用氦氖激光器产生的激光束作为光源，扫描照射到空间物体表面上，通过
9、光学系统分别把照射到物体表面的激光点成像到光学像平面的CCDX及CCDZ的光敏元上，然后转换为电信号处理，得到相应位置量Tx，Tz，通过标准测量模型X=fl(Tx,Tz)，Z=f2(Tx,Tz)，进而得到光点扫描照射到物体上该点的空间坐标(X,z)。3、目前，应用于钢板测宽系统中的光学系统多采用平行光、双CCD传感器为基础，在进行宽度测量时采用图像处理和硬件设备标定相结合的测量方式。在该项目中宽度测量是由两个与钢板前进方向并行排放的摄像机共同完成的，如图1-2所示。系统中钢板宽度测量值L由三部分组成，先设计出两个传感器CCDl与CCD2的距离L1，然后根据CCDl、CCD2成像测出边缘值的大小
10、L2、L3，就可得出钢板的宽度L=LI+L2+L3。该系统主要存在的问题有(1)对平行光源的平行度要求很高。(2)安装精度要求高，如果双CCD间的L1出现误差，对测量的结果将带来极大的影响。 图1-1 双CCD宽度测量系统 第二章 测量原理和方案论证2.1 光成像法测量钢板厚度基于CCD器件的尺寸测量 1 ,2 采用的是光成像法,其测量原理如图1所示:该系统包括光源,CCD传感器、CCD视频信号处理模块、单片机控制与被测工件尺寸显示模块等。 图 1 其工作原理为:光照射在被测工件上,将被测工件成像于CCD器件光敏面上, CCD 器件被光照射部位将产生光生电荷,通过后置电路对光生电荷进行采集,将
11、采集的CCD信号输出到模拟信号处理模块;模拟信号处理模块对信号进行滤波、箝位、二值化等处理后得到反映被测工件尺寸大小的数字信号;经计算机对数字信号进行前后边沿提取,把数字信号转化为反映尺寸大小的脉冲计数值,并通过软件处理后,进行被测尺寸显示,从而完成对被测工件尺寸的测量。 采用CCD器件进行尺寸测量时,随着被测尺寸大小的不同,测量方案也有所有不同,相应的,对测量误差分析也不一样。本文将被测尺寸大小(L,单位:mm)按照CCD器件芯片感光面长度(b,单位:mm)进行分类:(1)微小尺寸测量:L1mm ;(2)一般尺寸测量:1mm Lb;(3)较大尺寸测量: bL 2b ;(4)大尺寸测量:2b
12、L。基于CCD的尺寸测量一般采用非接触测量方式,由于CCD器件 1 有精度高、动态性能好、便于同计算机组成高性能测控系统等特点,被广泛的应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。采用CCD器件进行尺寸测量时,随着被测尺寸大小的不同,所采用的检测方案及相应产生的测量误差也不同,本文就采用CCD器件进行一维尺寸测量的测量原理、所采用的测量方案及相应的测量误差进行分析,并给出具体计算公式。2.2 射线测量钢板厚度射线测厚仪的原理是利用射线检测技术来测量钢材厚度的仪器,其测量原理是:单能窄束射线穿过被测物体时, 强度衰减,透射强度I T 与被测材料的厚度T之间符合指数规律, 即 式中,
13、 Io为入射射线的强度, 为被测材料对射线线性吸收系数。上式变换后为: 由此可见, 只要Io, It和u已知, 被测材料的厚度T 也就确定了。目前,射线测厚仪主要用于几何形状简单的钢 板厚度和钢管壁厚的测量, 其结构见图2-3所示。 2-3 钢板厚度测量仪的结构放射源发出的射线穿过被测钢材, 在探测器中产生包含厚度信息的信号, 处理后得到钢材的厚度 数据,将数据反馈到生产线控制台,用于控制轧机,从而实现钢板厚度和钢管壁厚的在线检测和控制。测厚仪有三个重要的技术指标:最大测量厚度、灵敏度和采样时间。最大测量厚度与放射源的选择有关, 放射源放出的射线能量越大、强度越大, 最大测量厚度也越大; 灵敏
14、度与探测器及电子电路的灵敏度有关, 并受放射源种类的影响;采样时间主要与 探测器及电子电路的响应时间有关。目前德国IMS 公司生产的钢板测厚仪, 可以做到测量精度为钢板实际厚度的0. 1% ,采样时间1 ms。2.3 线阵CCD在线测量钢板厚度对于CCD光积分信号的处理，目前有很多种方法。单片机作为专用的微处理芯片应用于CCD信号的处理，可以实现在线实时测量。将单片机处理系统与输入输出系统结合，可以使普通测量系统脱离对于计算机的依赖，摆脱长距离信号传输的干扰问题和计算机接口速度的瓶颈。图2-3为钢板宽度测量系统结构图，系统硬件主要由两部分组成，一部分是前端线阵CCD和镜头组成的信号采集部分，另
15、一部分是单片机信号处理部分。本系统作为非接触测量装置。 图2-4 钢板厚度测量系统框图关于CCD的介绍如下：1、CCD(Charge Coupled Device ) 意即电荷耦合器件，是一种特殊的半导体。现在都习惯用CCD 当作图像传感器的代名词。现在的CCD 图像传感器由三层组成：第一层：微透镜头；第二层：分色镜片；第三层：感光、储存、转移电荷(CCD)层。2、CCD工作的基本原理：CCD的感光面是若干个独立光刻单元的集合，它能存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCD内作定向传输，并输出电信号。3、CCD的物理结构，CCD有表面（沟道）CCD
16、（SCCD）和埋沟CCD（BCCD）两种基本类型首先将一块半导体基板通过光刻划分成行列的矩阵状, 每个单元为一个像素单元, 在每个像素单元里, 制作出一个光感区(光感二极管)、电荷储存区、电荷转移区和益漏沟槽、电极等。，每一个单元对应一个像素，内含一个光感二极管和与其一起工作的开关场效应管，转移储存器，像素之间还有益流沟和转移珊等，因此感光面约占每个像素面积的1/2 左右的面积，增大感光面积很重要，因为感光面积越大，光感二极管采集的光就越多，成像质量就越高，但是，感光区不能把面向光线射入处都做成有效感光部份，真正能感光部分的面积只是感光区面向光线射入处部份面的60%90%，这就是所谓的开口率。
17、但每个像素点的面积有限，目前解决的的办法是在每个感光区前面加一个光学透镜(索尼最先想出的解决办法)，以增加受光面积，这就是CCD上的第一层微镜头，这样感光面积就由微镜片来决定了，效果非常好。数据采集是指从CCD相机输出的串行LVDS电平信号到单片机接收模块之间的过程。数据的采集、传输和处理要以一定的速度协调进行，并且要满足以下条件：(1)数据的采集速度不能低于数据的输出速度；(2)在相机的积分时问内必须要将上一帧的数据处理并输出完毕。如果上述条件不满足，就会导致数据丢失。线阵CCD开始工作后，采集处于其正下方生产线上的钢板的宽度信号，当采集完一帧数据后给微处理器发出中断信号，请求传送数据。微处
18、理器接收完一帧数据存入外部数据存储空间。然后对数据进行预处理，也就是滤掉波形中的毛刺，剔除实际应用中不可能出现的数值。然后对处理过的数据进行计算。由于相机采用8 bit分辨率，所以每个像元值都表示为0255之间的一个十进制数值，将每个数值与预设值进行比较，若高于阈值则将高位寄存器加1，否则将低位寄存器加1。将一组2048个数值都比较完毕之后，高位寄存器的值即是线阵CCD采集到钢板尺寸对应像敏单元数，将此值与CCD像敏单元尺寸相乘，再依据光学系统放大倍数就可计算出钢板宽度，最后送上位机显示。同时CCD进行下一帧数据的采集。当下一帧数据采集完毕后，微处理器对上一帧数据的处理已经结束，可接着进行处理
19、，如此反复可以实现钢板运动同时实时采集尺寸信号并显示。以利于在生产线实时监测轧制、切割情况。2.4 可实施性分析根据23节中提出的方案，系统主要由以下几部分构成：1)光电转换；2)信号采集与处理的硬件实现；3)信号采集与处理的软件实现；4)信号与上位机的通信。系统中，光电转换器件使用当前在工业在线检测领域使用十分广泛的线阵CCD光电传感器，其独特的结构特性和自扫描特性，能够将光学图像变换成按空间域分布的离散电压信号，继而通过微处理器(单片机)对其进行采集和处理。而数据采集与处理核心器件采用STC公司生产的STC89LE52RC单片机，它是一款性价比非常高的工业单片机，性能稳定、完全兼容ATME
20、L公司的5l单片机。由于生产线上钢板传送速度在1.5m/s，所以本装置对处理速度要求不是很高，而单片机具有系统简单、开发容易、功能易扩展、测控能力强、可靠性高的优点，所以采用单片机无疑是经济适用的选择。对于信号采集部分，现有的信号采集结构按其是否与信号处理部分分离可分为以下几类：第一种是模拟输入专用信号采集系统，该类系统将采集卡放置在计算机内部，采集卡的作用是进行A/D转换并通过计算机总线将数据送入计算机内存，用软件实现处理；第二种是模拟输入采集处理一体化结构，此种结构是将采集、量化集成到一块板卡上，一般由输入输出接口、A/D转换数字化单元、高速缓冲区和微处理单元构成，这种结构设计大大减轻了计
21、算机的处理负荷，但增加了电路设计实现的难度；第三种是数字输入，是采集和处理部分分离的采集系统，这类系统的前端是数字输出的CCD相机，输出的数字化信号直接接入处理器，这种采集结构传输距离长、受外部干扰小开发简单。经过对上述几种采集结构的分析，了解到第一种耗费计算机资源，实时性不高，不适合大量数据的实时处理；第二种是基于母板的二次开发，仍然受到一定的限制；第三种处理结构是为线阵CCD相机专门设计的处理系统，用户接口考虑到与相机积分时间同步，采用LVDS格式的数据串行传输，开发相对简单、成本低，因此，我们采用第三种数据采集结构。按照第三种采集系统模式将数据接收部分设计如下，其原理框图如图2-3所示。
22、相机输出的是数字信号，驱动模块用来完成对相机的时序和积分时间的控制；电平转换模块的作用是将相机输出的串行LVDS格式的信号转换成适合处理器接收的信号；数据处理模块完成信号的处理和输出。单片机采集到的信号含有复杂的噪声，进行尺寸计算时要确定钢板的边缘，首先需要对信号进行滤波和平滑处理，剔除噪声和斜置判别等处理。这些算法在单片机上均可以实现，最后将计算得到的尺寸参数通过RS232协议送上位机进行显示，达到在线检测的目的。图2-5 尺寸信号采集部分结构方案图第三章 光学系统的设计钢板尺寸测量是通过把宽度的图像信息转换成离散的数字量，然后再进行滤波、平滑、二值化，最后计算出实际的尺寸值。因此，信号的采
23、集是尺寸测量最重要的环节之一，光电传感器是现阶段获得反映尺寸的离散信号的最佳选择。由于轧钢现场钢板具有一定的传送速度及其宽度尺寸大等特点，使得本测量系统相对于一般的尺寸测量系统必须有自身的特点。3.1 光电传感器基于CCD的尺寸测量一般采用非接触测量方式,由于CCD器件 1 有精度高、动态性能好、便于同计算机组成高性能测控系统等特点,被广泛的应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。采用CCD器件进行尺寸测量时,随着被测尺寸大小的不同,所采用的检测方案及相应产生的测量误差也不同,本文就采用CCD器件进行一维尺寸测量的测量原理、所采用的测量方案及相应的测量误差进行分析,并给出具体
24、计算公式。3.2 光学系统的设计基于CCD器件的尺寸测量 1 ,2 采用的是光成像法,其测量原理如图1所示:该系统包括光源,CCD传感器、CCD视频信号处理模块、单片机控制与被测工件尺寸显示模块等。 其工作原理为:光照射在被测工件上,将被测工件成像于CCD器件光敏面上, CCD 器件被光照射部位将产生光生电荷,通过后置电路对光生电荷进行采集,将采集的CCD信号输出到模拟信号处理模块;模拟信号处理模块对信号进行滤波、箝位、二值化等处理后得到反映被测工件尺寸大小的数字信号;经计算机对数字信号进行前后边沿提取,把数字信号转化为反映尺寸大小的脉冲计数值,并通过软件处理后,进行被测尺寸显示,从而完成对被
25、测工件尺寸的测量。3.3 测量方案及误差分析采用CCD器件进行尺寸测量时,随着被测尺寸大小的不同,测量方案也有所有不同,相应的,对测量误差分析也不一样。本文将被测尺寸大小(L,单位:mm)按照CCD器件芯片感光面长度(b,单位:mm)进行分类:(1)微小尺寸测量:L1mm ;(2)一般尺寸测量:1mm Lb;(3)较大尺寸测量: bL 2b ;(4)大尺寸测量:2b L。下面就几种测量方案及误差进行分析。11微小尺寸测量当被测尺寸L 1mm时,如果采用通过光照,直接读出反映被测尺寸大小的电荷信号的测量方法,则产生很大的测量误差。最好的测量方案是:用线阵CCD测量光对微小尺寸工件的衍射条纹 3
26、,再经过低通滤波、高速数据采集后送入计算机,通过软件计算获得被测工件的尺寸。(1)测量原理图2为微小尺寸激光衍射测量原理图。它由氦氖激光器射出的激光束入射到被测微小工件上,在距工件一定距离处产生如图2所示衍射条纹, CCD接受衍射条纹,产生与之相应的输出信号,经计算机后置处理达到测量目的。 根据Fraunhofer衍射公式可得:L =k/ sina = k1+( X/ Xk)21/ 2(1)式中:L为被测工件尺寸; k为暗纹级数;为激光波长; X为被测工件到CCD的距离; Xk 为第k级暗纹到中央亮纹中心的距离;为被测工件到第k级暗纹的连线与光线主轴的夹角。通过CCD测量Xk,即可根据公式(1
27、)计算出被测工件尺寸。(2) 误差分析当很小时,sin= tan=Xk/ X,则L=kX/Xk,全微分可得误差为:L =kX/ Xk +Xk/ Xk- XkkX/ Xk2(2)由于的测量精度很高,所以项可以忽略,则L =Xk/ XkXkkX/ Xk2(3)故工件尺寸测量差主要由X和Xk 两项决定,通过提高X和Xk 测量精度,可以实现微小尺寸的精确测量。21一般尺寸测量当被测工件尺寸L满足1mmLb时,可以采用平行光成像法进行测量,该测量方案相对比较简单,只需要通过计数器检测出被工件挡光部分CCD光敏元长度,即可测出被测工件尺寸。设工件被测尺寸为L,CCD挡光部分所插入的计数器脉冲数为N,脉冲当
28、量为s,则L = Ns(cos) (4)式中,为平行光线与CCD光敏面法线之间的夹角。误差分析:由式(4)可知,测量误差L为:L =(sN+sN)cos- Ns(sin)(5)s与CCD的像敏元尺寸及像敏元件中心距精度相关,一般可以达到m级;N与所选用的计数器有关,也可以达到很高精度,所以,该方案能够实现高精度尺寸测量。31较大尺寸测量当被测尺寸大于CCD感光面尺寸时,有两种测量方案:(1)缩小成像直接测量法测量原理与一般尺寸测量相同,这时在CCD与被测工件之间放置一面透镜,实现被测尺寸缩小成像在CCD光敏面上,达到测量目的。L = Ns(cos)/ (6)式中,为透镜放大倍数。其测量误差为:
29、L =(sN+sN)cos/- Ns(sin)/- Nscos/2(7)一般地,透镜放大倍数误差很小,可以忽略,0;则:L =(sN+sN)/ (8)(2) 采用CCD拼接技术测量法采用市场上的线阵CCD在显微镜下将其首尾拼在一起,实现机械拼接,这种方法工艺简单,易于实现。但是,由于线阵CCD器件的两端各有若干个虚设备单元,而且,商品化的CCD器件除了虚设单元外,还有其他电路、引线和封装结构,使得机械拼接不可能使两个线阵CCD的有效像元首尾完全搭接成一条直线,总是存在的搭接间隙,但其在大尺寸、高精度测量方面仍具有重要意义。测量原理采用拼接方案实现大尺寸测量其原理1如图3所示,只是成像CCD由C
30、CD1和CCD2经过机械拼接而成。设N1、N2分别为被测件的像遮挡的CCD1、 CCD2部分插入计数脉冲的脉冲数, H为CCD1、CCD2之间的拼接距离, s 为脉冲当量, L为被测尺寸,为透镜放大倍数:则L = (N1 +N2) s +H/ (9)误差分析采用机械拼接CCD进行较大尺寸测量时,其误差分析相对比较复杂,如图4所示:CCD2相对于CCD1来说,存在5个自由度, 下面以CCD1为基准,分析采用机械拼接测量所产生的拼接测量误差L。由于拼接误差的存在,所测量的尺寸L不能采用式(9)进行简单计算,在不考虑计数器计数误差、透镜放大倍数误差及脉冲当量误差的前提下,测量值L由图4可得: L =
31、N1s +( H+H) +N2s(coscoscos) / (10)式(9) - 式(10)得:L = H+N2s(coscoscos) - 1/(11)式(11)为采用机械拼接CCD测量较大尺寸时所产生的拼接误差计算式,由式(11) 可见:LH。实际测量中,还必须对计数器的计数误差、计数脉冲当量误差,以及透镜放大倍数测量误差进行综合分析。当采用两片以上CCD进行拼接测量时,其误差分析更加复杂,这里不做讨论。41大尺寸测量当被测工件尺寸足够大,而采用拼接CCD不能实现测量时,可以采用边缘检测原理实现大尺寸测量目的。(1)测量原理边缘检测原理是采用两套CCD测量系统实现大尺寸工件边缘测量,然后将
32、两套CCD测得的边缘位置与两CCD相对位置值综合起来,得出被测工件尺寸。通过改变两CCD之间的距离,来实现可变大尺寸测量。设CCD1和CCD2计数器计数脉冲个数分别为N1、N2,脉冲当量为s1、s2;两CCD边缘距离为H,则被测工件尺寸L为:L = H- (N1s1 +N2s2) (12)(2)误差分析由式(12)可得测量误差为:L =H- (s1N1 +s1N1 +s2N2 +s2N2)(13)其中H由移动两CCD的运动部件决定。3.4 本章小结本文通过对基于CCD传感器的一维尺寸测量方案进行讨论,系统的分析了所产生测量误差的计算方法。当然,在实际测量过程中,还存在诸如系统误差,CCD像元灵
33、敏度不均匀误差,以及包括噪声影响、空气扰动影响、灰尘散射和电源、光强的影响等各种偶然误差的存在。但只要找到各种误差产生的原因及误差分析方法,就可以有效的减小测量误差,达到精确测量的目的第四章 精度分析进行总体精度分析有两个基本方法可以采用。4.1理论分析根据已初步确定的产品设计方案或试验方案，逐项分析死算影响总精度的各原始误差及其影响量，并合成总误差。其步骤如下：全面分析误差的来源。找出所有的原始误差，这里指的是对总误差有影响的所谓有效误差。确定个原始误差的数值。这里指的是原始误差的初步确定，以便进行部分误差和总误差的计算。由于原始误差是各式各样的，因此，确定原始误差的方法也不相同。（1）确定
34、部分误差的数值。确定部分误差的数值，实质上是求误差传动比。根据误差传递定律，部分误差与原始误差之比即为误差传动比。常用的求误差传动比的方法有微分法，几何法，球面三角法和矢量微分法等，对于杆件机构常用转换机构法，对于齿轮机构法则常用瞬时臂法。（2）确定总误差的数值。首先要确定部分误差的性质是系统误差，或是随机误差，再按误差的合成方法进行误差的合成。（3）误差之间的调整和平衡。初次合成的总误差往往不能满足产品的精度要求，这就要求进行误差的调整和平衡，以减小总误差，提高产品的总精度。主要包括以下几个方面： 1)考虑系统误差矫正的可能性。某些定制系统误差由于引入修正值而得到矫正。但必须注意，若该修正值
35、由实际测定而得，则其检定误差应作为随机误差而计入总误差之中，当检定误差很小时可忽略不计。考虑误差之间的互相补偿。1)减小原始误差。2)调整误差传动比。各个误差传动比之间往往相差极大，应予适当调整，并使得各个部分误差之间尽可能做到大致相等，切勿相差太大。3)完成了各个误差之间的调整和平衡之后，再次进行误差的合成。如此反复进行多次，直至产品的总精度符合规定的要求为止。如果总体精度分析反复进行多次均不能达到规定的要求，则应怀疑产品的工作原理或设计方案的合理性，予以重新考虑。因此，总体精度分析也是提高产品的总设计水平的一个关键环节。4.2系统误差实验统计法是对所要设计的产品进行所谓模型实验，或对已研制
36、出的产品进行精度测试，即对其精度特性进行多次测量，并对所得测量数据运用概率论及数理统计方法进行分析和处理，以获得关于产品误差的详尽资料，从中找出规律性的东西。例如：(1)产品总误差的大小及变动范围。(2)系统误差和随机误差的大小及其大致分布规律。(3)影响总误差的一些主要因素由实验测试所得到的实际产品精度特性就可判断该产品的总精度是否满足规定要求。第五章 总结 钢板尺寸在线检测系统研究对于轧钢现场实现自动化检测钢板尺寸有着重要意义。本文在三个方案中选用了光成像测量的方法，在研究国内外检测系统的现状基础上。经过研究试验选择了适合采集系统的光学镜头，使钢板尺寸信号完全成像于CCD光敏像上，单片机接
37、收CCD信号并对其进行处理，得到钢板实际尺寸信息。此方案虽可行，但是还是有所欠缺，比如未能及时模拟现场，造成一些不稳定因素。从而影响测量结果。但随着科技的进步，这些问题会呗出个解决的。总之，设计一个工业测量系统式很费功夫的。从考察，确定实施方案，从中选择优行方案，再到框架的设立构思，直到任务的细化，然后组织人员接受任务等，然后再进行设计！设计之后进行检测，模拟等过程！总之很像进行一个庞大的工程。从中我学会了如何构思如何分析，如何组织人员完成一个任务，对我的能力进行了一次考验，同时也锻炼了我的组织，思考能力。在这个过程中也遇到了些许的问题，在面对这些问题的时候自己曾焦虑，但是最后还是解决了。才发
38、现当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.。现在把这个课程做完了才发现自己对以前学的知识点有了更好的理解，知识只有放在实践运用上才能体现他的价值才能更好地被大家接受。在此我要感谢老师的悉心教导以及同学们无私的帮助，在你们的帮助下我才能不断进步。参考文献【1】高明，刘缠牢 光电仪器设计 西北工业大学出版社 2005.8【2】闰宝瑞，郭俊超，李庆春，郭奕崇 在线自动宽度测量仪的研制北京
39、化工大学学报 1999.26.1:49-52【3】王庆友，孙学珠 CCD应用技术 天津大学出版社 1993:2-8,121134【4】梅遂生，王戎瑞 光电子技术（第二版） 国防工业出版社【5】罗志勇，刘栋玉，罗新宇，郑立波 新型高温钢坯长度在线测量系统 光电工程 1995.22.5:32-40光电仪器设计课程设计任务书一、题目: 钢板厚度测试仪该仪器是用于对钢板轧制进行在线测量的一种测试仪器。二、技术要求1.方法：非接触式测量；2.钢板厚度：50.05mm3.测量精度：1%；4.测量状态：在线测量；5.测量环境：钢板冷却后；6.超出厚度公差要有报警功能。三、设计任务对该仪器进行总体设计，具体任务如下：1.设计任务分析；2.方案论证；3.系统设计（含局部单元设计）；4.精度估算。四、设计要求1.设计说明书一份(不少于5000字)；2.时间：2011年11月30日2011年12月7日2011年12月7日下午答辩交论文；3.参考文献：自定21