光电式几何量测量是规则几何物体多种测量方法中应用较广的一种,特别是基于线阵CCD的光电式几何量测量由于具有结构简单,成本低等特点,广泛应用于规则几何物体的尺寸测量中。本文设计的光电式几何量测量系统采用平行光成像法对规则几何物体进行测量。系统中的平行光源用于照射物体,将物体的尺寸信息变成光信号,光线经过光接收系统投影到线阵CCD上,硬件部分对CCD输出的电信号进行滤波放大以及数据采集,经过软件处理后得到被测物体的尺寸。光源发出的平行光由LED点光源转换形成,具有大口径、高精度的特点。其直径可达40mm,最大平行度误差小于0.2度。平行光照射被测物体后,光线被线阵CCD接收。在被测物体和线阵CCD之间加入光接收系统,同时将透镜中某些曲面选用非球面结构,进一步提高了测量的精度。光学系统的设计基于基本的像差理论,采用ZEMAX软件进行优化。线阵CCD接收的光信号通过线阵CCD的光电转换后需要进行硬件处理,硬件电路实现了CCD视频信号的接收、预处理和采集,整个硬件电路的运行通过CPLD进行控制。经过硬件处理后的CCD视频信号通过USB总线送入上位机。采用EasyUSB动态库实现USB设备与PC机的通信,省去了固件程序的编写,缩短了设计周期。被测物体尺寸信息的提取通过在上位机编程实现。使用亚像元细分技术和直线拟合算法两种方法进行物体尺寸信息的提取,通过计算可求出被测物体尺寸的大小。光学系统的像差、CCD自身噪声和分辨率的局限性、硬件系统的误差和软件算法精度的有限性都会影响测量的精度,再加上外界环境等一些不确定因素的影响,测量系统误差相对较大。测量系统的软件设计应用了误差补偿的方法,提高了系统测量的精度。本文设计的光电式几何量测量系统可以实现中等尺寸物体的微米级精度测量,相对于传统的测量系统具有精度高、体积小等优点。