激光衍射小直径的CCD测量(1)
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径1. 引言1.1 激光衍射法的基本原理激光衍射法是一种利用激光光束经过细丝时发生衍射现象来测量细丝直径的方法。
其基本原理是将激光光束照射到纺织品细丝上，细丝会散射出具有特定频率和方向的光线。
这些衍射光线经过适当的光学系统，形成明暗交替的衍射斑图。
通过测量这些衍射斑的特性，如斑点之间的距离和角度，可以计算出细丝的直径。
激光衍射法利用了激光光束的高强度和单色性，使其在经过细丝后产生清晰的衍射斑图，从而能够准确测量细丝直径。
与传统的光学显微镜方法相比，激光衍射法具有更高的测量精度和测量范围，能够适用于不同类型和直径范围的纺织品细丝。
激光衍射法通过利用激光的特性和衍射现象，实现了对纺织品细丝直径的精确测量，为纺织品生产和质量控制提供了重要的技术支持。
1.2 纺织品细丝直径的重要性纺织品细丝直径是纺织品品质的重要指标之一。
纺织品细丝直径的大小直接影响着纺织品的质地、手感、透气性和耐磨性等性能。
纺织品细丝直径的精确测量对于调整纺纱工艺、改进纺织品产品质量具有重要意义。
纺织品细丝直径决定了纺织品的织物密度及表面光泽度。
纤维直径较细的纺织品更加柔软细腻，而直径较粗的纺织品则具有较强的耐磨性和结实度。
通过准确测量纤维直径，可以有针对性地调整纺纱工艺参数，生产出更符合市场需求的纺织品产品。
纺织品细丝直径对纺织品的透气性和吸湿性也有影响。
细丝直径较细的纺织品透气性好，吸湿快，适合夏季穿着；而较粗的纺织品则保暖效果更好，适合冬季穿着。
通过准确测量纤维直径，可以根据不同季节和用途要求生产出功能性更强的纺织品产品。
纺织品细丝直径的重要性不言而喻。
精确测量纤维直径将有助于提高纺织品的品质，满足消费者多样化的需求，推动纺织品行业的发展。
研究和应用激光衍射法测量纺织品细丝直径具有重要意义，值得进一步探索和推广。
2. 正文2.1 激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用是一种非常有效的技术方法。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种常用的测量纺织品细丝直径的方法。
它利用激光光束通过细丝时发生的衍射现象，来间接测量细丝的直径。
具体实验步骤如下：
将待测细丝样品固定在一支支架上，使其与激光光束垂直交叉。
然后，打开激光器，发出一束单色、单频、平行度高的激光光束，照射在细丝上。
在细丝的另一侧，设置一个屏幕或光电二极管接收器，用来接收经过细丝的衍射光。
根据衍射光的强度分布，可以得到一组明暗相间的干涉环，也称为衍射图样。
接下来，利用显微镜或视频系统观察衍射图样，使用适当的图像分析软件，测量衍射图样中暗纹的间距或强度，进而计算出细丝的直径。
测量完成后，可以多次测量取平均值，提高测量的准确性。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的优点是非接触性测量，对细丝的损伤很小；测量结果准确可靠。
也存在一些限制，例如细丝的直径必须小于激光波长，而且细丝必须足够均匀。
线阵CCD尺寸测量原理(衍射法)-后来
使用说明书武汉方寸科技有限公司Wuhan CCD Technology Co.Ltd线阵CCD尺寸原理（衍射法）武汉方寸（CCD）科技有限公司利用线阵CCD进行目标尺寸（含大小、高度、宽度、厚度、直径等技术指标）测量是当前高精度非接触测量以及计量检测领域中广泛应用的技术手段之一。
在工业生产和科学实验中，经常碰到微小几何尺寸的检测问题，如细丝、薄板、狭缝等，不仅费时费力，而且精度不高，不便于实时检测、显示和控制，其应用范围也受到一定的限制。
由线阵CCD传感器、光学系统、信号采集与处理构成的测量系统的使用范围和优越性是现有其它测量方法所无法比拟的。
对利用MCU进行脉冲计数法有详尽描述，可参考。
但有些特殊测量领域，比如被测件尺寸很小，或者被测件要求精度很高（如微米及以下级别等），当采用平行光源对被测件进行照射测量时，由于被测件尺寸过于微小，经过光学系统成像后，往往会发生衍射现象，会出现衍射条纹。
图1 传统线阵CCD脉冲计数法进行尺寸测量图2 夫琅和费衍射条纹根据夫琅和费衍射公式，当满足远场条件λ/2dL>>时，如图2所示，L为被测细丝到CCD靶面上的距离，d为细丝直径，λ为激光波长。
图3 利用线阵CCD进行细丝成像灰度采集与USB传输控制系统根据夫琅和费衍射公式可得到：θλsin /K d = （1）式（1）中，n K ,2,1±=，θ为被测细丝到第K 级暗纹的连线与光线主轴的夹角。
细丝经过衍射成像在CCD 靶面上成像如图2所示，当θ很小时，即L 足够大时，L X tg k /sin =≈θθ，代入式（1）得:SL K X L X L K d k k λλλ===/ （2） 其中K X S k /=，定义为暗纹周期，则测细丝直径d 转化为用线阵CCD 来测暗纹周期S 。
细丝成像后在CCD 视频信号中所形成的暗纹信号，需要经过高精度的线阵CCD 像元灰度信号采集与USB 传输控制系统，可暗纹周期信号S 经过USB2.0线阵CCD 数字相机FC-USB-L16采集传输至计算机后，在计算机判断并确定两暗纹之间的像元数s n ，则暗纹周期p n S s⋅=，其中p 为图像传感器的像元中心距（或者像元大小），代入式（2）后，即可算得细丝的尺寸大小d 。
激光衍射法测量细丝直径的研究
h h
对于 He-Ne 激光器,
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10- 6,
可以忽略不计。
f f
为系统误差, 在实际测量过程中,
可以通过引用标准细丝对系统进行校准, 从而消除该系统误差。总之, 对细丝直径进行
测量的误差,
最终取决于
h h
。h 的测量误差最大为 5 个光敏元,
即
h= 7
m×5=
35 m, K = 2, S0= 7 m, N = 756
·利用软件法 其原理和硬件法一致, 只不过 h 的测定是通过接口板上的 A / D
转换器将 CCD 输出衍射图象的模拟信号, 并用程序产生一个虚拟的切割电平来实现的。 本文研制的细丝测试系统采用软件法实现 h 值的测定。
2. 3 系统测量精度分析
根据误差理论, 对于式 ( 1) 有
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+
笔者在 Win95 平台上, 利用 Visual C+ + Fo r Window s 软件的可视化、模块化、图
第4期
石文孝, 等: 激光衍射法测量细丝直径的研究
29
激
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1% 的测量。
2 激光衍射法测量系统
2. 1 激光衍射法测量细丝直径系统构成
系统由激光器、傅氏透镜、CCD 器件及 CCD 驱动电路、CCD 输出信号处理电路、微 型计算机系统构成, 如图 3 所示。其中激光器采用 He-Ne 激光器, 波长为 0. 632 8 m 。要 求光源强度变化量小于 5% , 发散角小于 1 mr ad。衍射图样接收器采用 4 096 线阵L M 701 对 波长为 0. 632 8 m 的光波有峰值响应, 对 He-Ne 激光恰好有理想的光谱响应灵敏度。微机 系统采用联想 586, 并在扩展槽上插有一块多功能卡, 该卡集 A/ D 转换器 AD574、并行接口 8255、定时/ 计数器 8253、串行接口 8251、D/ A 转换器 AD7526 于一体。
基于线阵CCD的相机展平板抽气孔直径自动在线测量
基于线阵CCD 的相机展平板抽气孔直径自动在线测量李开端 李英杰 张青臣(青岛海军航空工程学院分院,青岛266041) 摘 要 相机展平板抽气孔的加工精度直接影响胶片的展平质量。
本文基于圆孔夫琅和费衍射测量微孔直径的原理,给出了利用计算机自动在线测量相机展平板抽气孔的硬件和软件实施方案。
关键词 线阵CCD 相机展平板抽气孔 在线测量一、引言相机展平板抽气孔加工精度直接影响到胶片展平精度,传统的测量方法是采用微孔激光检测仪,测量原理如图1所示。
其中:1是衍射用He -Ne 激光器;2是干涉用He -Ne 激光器;H 为被测孔;G 为光电接收器;B 是分光器,S 1,S 2为后向反射镜。
激光器1产生被测孔H 的衍射图样,激光器2与分光器、反射镜组成迈克尔逊干涉仪,测量十字导轨上的光电接收器在相互垂直的两个方向上的移动距离,并根据两个移动距离值,计算出微孔径的大小。
该测量方法存在两个误差:光电接收器面光强接收引起测量原理误差和测量装置结构调整误差。
虽然原理误差可以通过动态仿真进行修正,但该修正结果的精度依赖于光电探测器扫描步长,制约了探测精度的提高和测式步骤的简化。
如果用线阵CCD 替代光电探测器和激光干涉仪,将会很好地解决这些问题。
二、测量原理 用线阵CCD 替代光电探测器后,需激光器1产生微孔的夫琅和费衍射图样。
半径为a 的微孔衍射原理如图2。
其衍射图形是以爱里斑为中心的同心圆。
根据文献[1]给出的衍射图样上任意点P 的复振幅简化结果为:E ～(P )=πa 2c2J 1(z )z(1)其中:z 是圆孔边缘与中心点之间的位相差,该差值决定了衍射环光强,当衍射图样为极值时,其位相差应该满足:z =ka tan θ=2mπ这样我们就得到圆孔半径的计算公式:a =2m πk tan θ=m lλr k(2)其中:r k 为衍射图样中第K 级衍射环的半径:λ为激光波长;l 是衍射圆孔至衍射图样的距离;m 是贝塞尔函数的零点值,当衍射环级数确定时,该值为常数。
CCD测径
CCD测径一、实验目的CCD（(Charge Coupled Device,即电荷藕荷器件)）是20世纪70年代发展起来的新型半导体集成光电器件它的基本功能是电荷的储存和电荷的转移, 能够以电荷为信号, 把光学影像转化为数字信号[1].现代机械制造行业中,测量细丝直径仍存在一些难以解决的问题。
传统的测微仪等接触测量法会使被测细丝变形而影响测量精度,工业上常用电阻法和称重法,因测量精度低,只能测量某段细丝的平均直径,很难满足现代工业的技术要求。
近年来随着大规模集成电路和激光技术的推广, CCD也得到了很大的发展,由于其具有自扫描、高灵敏、低噪声、长寿命和高可靠性等优点,广泛应用于测量仪器中[2]。
这常用的光电测径方法有扫描阴影法和平行光投影法[3]。
本实验通过CCD技术应用进行测径。
而CCD的分辨率一定时，采用光学系统放大后，可以进一步提高分辨率，而采用分段二次标定法，可以更好的提高实验精度。
本实验应用简单的实验原理，却较好的解决了问题，对培养学生的应用能力，提高创造了有很大帮助。
本实验主要了解CCD测径的基本原理，并通过采用一次标定法、二次标定法标定出CCD 测径仪器的测量相关参数，与千分尺测量的结果相比较。
二、实验原理（1）平行光投影法[4]图1当一束平行光透过待测目标透射到CCD器件上时，由于目标的存在，目标的阴影将同时投到CCD器件上，在CCD器件输出信号形成凹陷。
（a）无目标波形 (b)有目标波形如果平行光准直度很理想，阴影尺寸就代表了待测目标尺寸，只要统计出阴影部分的CCD象原个数，象元个数与象元尺寸的乘积就代表了目标尺寸。
(2) 光学成像法被测物经透镜在CCD上成像，像尺寸将被测物的尺寸S可由S=KT来表示，K表示每个象元所代表的物方尺寸的当量。
T对应像尺寸所占的象元与象元尺寸的乘积。
光学系统担负着传递目标光学信息的作用，对CCD成像质量有着十分重要的意义。
在高精度测量中，要求光学系统的相对畸变小于0.03%，这种大像场，高精度的要求是一般工业摄像系统所达不到的。
基于CCD衍射法测量细丝直径
基于CCD衍射法测量细丝直径作者：王皓樊明贞来源：《科学导报·学术》2019年第32期摘要：激光干涉计量技术可以直接测量细丝直径，方便快捷，而且相当精准，在工业生产领域应用非常广泛。
本系统使用He-Ne激光器产生的激光束，垂直照射待测细丝，发生衍射现象，进而发生衍射条纹。
然后使用线阵CCD将衍射条纹转换成电信号，经A/D转换将数据送入计算机将衍射条纹的光强分布进一步进行了分析，最终达到实验目的，再根据有关衍射公式算出细丝直径。
本文主要介绍光路设计、信号处理及软件设计。
关键词：线阵CCD直径测量;衍射法;细丝直径1.前言在工业生产和科学实验中，经常碰到尺寸较小的细丝直径的测量问题。
细丝直径测量的方法有许多，传统测量方法通常有两种：一种是细丝称重法，即称出一定长度的细丝的重量后，把细丝看成为均匀细长的圆柱体，然后根据材料的密度计算出细丝的直径;另一种方法是用游标卡尺或螺旋测微器手工测量。
以上两种方法浪费较多的人力物力，而且测量的不一定准确，更无法满足现代工业制造技术对零部件的高精度，准确性的要求。
近年来，伴随着光学技术的进步与电子技术的迅速发展，在生产生活等领域中广泛使用着大量光电器件。
其中，CCD由于具有光电转换的能力，并且使用方便快捷，而且相当精准等优点，被较多的使用在非接触式直径测量领域。
相比接触式的直径测量方式，非接触直径测量具有测试速度快，精度高，对环境要求低等特点，因此在生产生活中被广泛使用。
通过对线阵CCD特性及工作原理的分析，本文对基于线阵CCD的非接触直径测量系统进行了研究，并结合本课题的特点（测量细丝直径），设计了一种基于线阵CCD非接触直径测量系统。
D衍射法测量原理与装置2.1 测量原理2.2 测量装置在以上测量原理的基础上，依照测量原理设计测量装置，进而实验测算。
本设计使用Arduino为控制中心元件，传感器为线性CCD-TSL1401CL模块，线性CCD-TSL1401CL会根据接收屏上得到同样的明暗相间的条纹而输出不同频率的方波;进而将此方波输入至Arduino，通过方波数据即可得出暗纹间距S，然后根据其他几个必要的参数根据测量原理公式，最终得到直径d。
用激光衍射法测量细丝直径
用激光衍射法测量细丝直径覃立平，赵子珍，莫玉香【摘要】摘要：文中对激光衍射测径法测量细丝直径提出了具体的实现方案，并与普通物理实验中的其他测量细丝直径方法—螺旋测微器法进行结果比对：用激光衍射法测量细丝的直径精度更高，前者为0.000 1mm，后者为0.001mm；在单缝衍射实验中，用衍射法测量细丝直径比测量狭缝的宽度对彰显“衍射法测量微小量”更直观。
【期刊名称】实验科学与技术【年(卷),期】2014(012)001【总页数】3【关键词】关键词：激光；衍射；细丝；直径·实验技术·光的衍射现象是光波动性的一个重要标志。
单缝衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，当障碍物(小孔、狭缝、毛发、细针等)的线度与光的波长相差不多时，所发生的偏离直线传播的现象。
即光可绕过障碍物，传播到障碍物的几何阴影区域中，并在障碍物后的观察屏上呈现出光强的不均匀分布，通常称为衍射图样[1_2]。
光的衍射在近代科学技术中已获得了极其重要的应用。
但是，大学物理实验中的“单缝衍射实验”多数只针对单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量，较少涉及更具体、直观的应用。
本文就激光衍射测径法测量细丝直径提出了具体的实现方案。
1 实验原理及实验装置1.1 实验原理单缝衍射可分为两类：菲涅耳衍射、夫琅和费衍射。
在夫琅和费衍射中，入射到狭缝的光是平行光，传播到观察屏的也是平行光，即入射光和衍射光都是平行光;所以夫琅和费衍射是平行光的衍射，在实验中可以借助两个透镜来实现。
如图1所示，将波长为λ的单色光源S置于透镜L1的焦平面上，由光源发出经L1出射的平行光垂直照射在宽度为a的狭缝上。
当a很小时，根据惠更斯_菲涅耳原理，狭缝上每一点都可看成是发射子波的新波源。
由于子波叠加的结果，可以在透镜的焦面处的接收屏上看到一组平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹。
中央是亮而宽的明条纹，在它两侧是较弱的明暗相间的条纹，中央明条纹宽度是两侧明条纹宽度的两倍[3_4]。
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引言
衍射 测量 是 一 种 间接 测 量 衍射 图 像来 获取 微 小 物 体参量的测量技 术 它可 以 达 到 很高 的精度
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