非透明介質(zhì)的邊緣檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非透明介質(zhì)的邊緣檢測(cè)裝置。該裝置包括不透光黑匣子、恒流源、光源、光學(xué)凸透鏡、矩形投光窗、光學(xué)鏡頭、線性CCD傳感器和控制電路。所述不透光黑匣子在其中間平行于上下面部分有一個(gè)矩形豁口，可以讓介質(zhì)從前到后穿過黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子內(nèi)部頂端為所述平行光源提供穩(wěn)定的電流，保證光線強(qiáng)度的穩(wěn)定性；所述光源位于所述凸透鏡上方一側(cè)焦點(diǎn)位置，為物體投影過程提供一束平行光；所述矩形投光窗分別位于所述黑匣子豁口上下兩側(cè)；所述光學(xué)鏡頭位于投光窗窗口正下方，所述線性CCD傳感器和控制電路固定在黑匣子底部。本發(fā)明檢測(cè)精度高，不受待測(cè)物表面、顏色以及外部光線、污物的干擾。
【專利說明】非透明介質(zhì)的邊緣檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)、光電技術(shù)、傳感器技術(shù)及圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于邊緣檢測(cè)技術(shù)，通過光電傳感器檢測(cè)不透明介質(zhì)對(duì)光線的遮擋所呈的像，從而確定介質(zhì)邊緣的位置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在工業(yè)控制領(lǐng)域中，很多情況下需要檢測(cè)柔軟介質(zhì)(如薄膜、布料，紙張等)的邊緣位置，以確保介質(zhì)沿正確的軌道運(yùn)動(dòng)。邊緣檢測(cè)，主要是對(duì)物體形狀和尺寸進(jìn)行精確測(cè)量。目前邊緣檢測(cè)的方法包括:(I)紅外檢測(cè)，(2)顯微鏡檢測(cè)，(3)光耦合器件檢測(cè)。其中檢測(cè)精度受檢測(cè)環(huán)境、光源、待測(cè)物體的厚度及顏色的影響。
[0003]以往公開的邊緣檢測(cè)器如圖1所示，邊緣檢測(cè)器包括不透光黑匣子101，光源產(chǎn)生模塊102，平行于黑匣子上下地面的豁口 105，線性CXD傳感器106和控制電路107。其中光源產(chǎn)生模塊包括光源103和光學(xué)凸透鏡104，控制電路107直接為光源103供電，并通過光學(xué)凸透鏡104產(chǎn)生用于投影的平行光。
[0004]待測(cè)介質(zhì)從豁口 105穿過邊緣檢測(cè)裝置，被平行光照射之后所得到的像映射到線性CCD傳感器106的感光區(qū)，傳感器通過光電之間的轉(zhuǎn)化，將每個(gè)像素的電信號(hào)輸出，通過控制電路對(duì)電信號(hào)的處理得出介質(zhì)邊緣位置數(shù)據(jù)。
[0005]在電源產(chǎn)生電路中控制電路直接為光源供電，一旦邊緣檢測(cè)裝置的電壓由于外界的影響而浮動(dòng)，那么為光源供電的電流也就隨之波動(dòng)，在相同環(huán)境下線性CCD傳感器所接收的光能也就不同；當(dāng)外界的光線從黑匣子豁口 105進(jìn)入邊緣檢測(cè)器內(nèi)部時(shí)也會(huì)對(duì)原有光線有所干擾，這些都會(huì)影響線性CXD傳感器的檢測(cè)精度。由于存在上述各種誤差因素，采用固定閾值的圖像處理電路顯然會(huì)增大數(shù)據(jù)誤差。這些因素都將導(dǎo)致最終的測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種柔軟不透明介質(zhì)的邊緣檢測(cè)裝置，以克服外部光源干擾、污物玷污、檢測(cè)精度差等缺點(diǎn)，并且不受待測(cè)物體形狀、檢測(cè)環(huán)境的限制。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明包括:不透光黑匣子、恒流源、光源、光學(xué)凸透鏡、矩形投光窗、光學(xué)鏡頭、線性CCD傳感器和控制電路。所述不透光黑匣子在其中間平行于上下面部分有一個(gè)矩形豁口，可以讓介質(zhì)從前到后穿過黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子內(nèi)部頂端為所述平行光源提供穩(wěn)定的電流，保證光線強(qiáng)度的穩(wěn)定性；所述光源位于所述凸透鏡上方一側(cè)焦點(diǎn)位置，為物體投影過程提供一束平行光；所述矩形投光窗分別位于所述黑匣子豁口上下兩側(cè)；所述光學(xué)鏡頭位于投光窗窗口正下方，所述線性CCD傳感器和控制電路固定在黑匣子底部。所述恒流源、光源、光學(xué)凸透鏡、矩形投光窗、光學(xué)鏡頭、線性CXD傳感器和控制電路位于不透光黑匣子內(nèi)部。[0008]本發(fā)明提出了一種檢測(cè)精度高并且不受待測(cè)物表面、顏色以及外部光線、污物的干擾的邊緣檢測(cè)裝置。利用了線陣圖像傳感器對(duì)待測(cè)物邊緣在平行光照射下投影的識(shí)別來檢測(cè)邊緣位置。
[0009]用戶可以根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)不同尺寸的邊緣檢測(cè)裝置，以實(shí)現(xiàn)不同介質(zhì)的檢測(cè)。用戶將待測(cè)物從豁口穿進(jìn)邊緣檢測(cè)裝置，在較短的時(shí)間內(nèi)會(huì)輸出待測(cè)物邊緣在檢測(cè)裝置中線陣CCD的位置信息。當(dāng)待測(cè)物相對(duì)于檢測(cè)裝置移動(dòng)時(shí)，檢測(cè)裝置會(huì)連續(xù)輸出待測(cè)物邊緣的像素位置數(shù)據(jù)。
[0010]當(dāng)提供給邊緣檢測(cè)裝置的電壓有較小浮動(dòng)以及在有外部光線干擾的情況下，經(jīng)過檢測(cè)得到的邊緣位置數(shù)據(jù)也是比較精準(zhǔn)的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是以往發(fā)明實(shí)施例中，邊緣檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中，邊緣檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中，矩形投光窗示意圖。
[0014]圖中符號(hào)說明:101:不透光黑匣子，102:光源產(chǎn)生模塊，103:光源，104:光學(xué)凸透鏡，105:豁口，106:線性C⑶傳感器，107:控制電路，201:不透光黑匣子，202:光源產(chǎn)生模塊，203:光源，204:恒流源，205:光學(xué)凸透鏡，206:矩形投光窗(上)，207:豁口，208:矩形投光窗(下)，209:光學(xué)鏡頭，210:線性C⑶傳感器，111:控制電路，301:投光窗口。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]在本發(fā)明的實(shí)施例中，柔軟介質(zhì)穿過邊緣檢測(cè)裝置中部的豁口，線陣圖像傳感器檢測(cè)出待測(cè)物邊緣，輸出待測(cè)介質(zhì)邊緣在圖像傳感器紅的位置數(shù)據(jù)。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例邊緣檢測(cè)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，邊緣檢測(cè)裝置包括:不透光黑匣子201、光源產(chǎn)生模塊202、矩形投光窗206和208、光學(xué)鏡頭209、線性CXD傳感器210以及控制電路211。所述的不透光黑匣子從其外部看來，在中間有一個(gè)平行于裝置上下面的矩形豁口 207，柔軟介質(zhì)從所述邊緣檢測(cè)裝置的前面穿透到后面，在裝置內(nèi)部，待測(cè)介質(zhì)邊緣應(yīng)該遮擋一部分從所述光源產(chǎn)生模塊輸出的進(jìn)入所述光學(xué)鏡頭的平行光線。
[0018]所述光源產(chǎn)生模塊包括:光源203、恒流源204和光學(xué)凸透鏡205。本實(shí)施例中由一個(gè)發(fā)光二極管提供的單色光源，為了保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性，光源的光線強(qiáng)度必須保持穩(wěn)定，所以設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)恒流源204為發(fā)光二極管提供一個(gè)恒定不變的可調(diào)電流。光學(xué)凸透鏡105將點(diǎn)光源發(fā)出的光線變?yōu)槠叫泄?，保證進(jìn)入光學(xué)鏡頭中的像與物體在尺寸上的一致性。矩形投光窗(上)206和矩形投光窗(下)207如圖3所示，是黑色不透光的板材在中心裁去一個(gè)矩形框，在矩形框內(nèi)嵌有高透光率的玻璃，作為投光窗口 301，并將其平行于黑匣子上下面嵌在黑匣子內(nèi)壁中，矩形投光窗(上)206位于黑匣子豁口 207之上，矩形投光窗(下)208位于黑匣子豁口 207之下，投光窗口 301應(yīng)與線性CXD傳感器的感光面在尺寸和位置上保持一致。
[0019]所述的光學(xué)鏡頭209以及線性CXD傳感器210耦接至控制電路211。當(dāng)待測(cè)介質(zhì)邊緣經(jīng)過平行光照射后進(jìn)入光學(xué)鏡頭后成實(shí)像，根據(jù)實(shí)際需要可以調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭的光柵，使進(jìn)入線性CCD傳感器的光線強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)經(jīng)過光學(xué)鏡頭后會(huì)得到一個(gè)放大的實(shí)像呈現(xiàn)到線性CCD傳感器上。調(diào)節(jié)曝光量以提高所呈實(shí)像的對(duì)比度，可以準(zhǔn)確獲取待測(cè)介質(zhì)邊緣的清晰圖像；通過該圖像能精確地判斷介質(zhì)的邊緣位置。在控制電路中驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，線性CCD傳感器將所呈實(shí)像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)進(jìn)行輸出，控制電路將輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理；控制電路中的二值化電路采用浮動(dòng)閾值法對(duì)處理過的電壓進(jìn)行二值化，因此，邊緣檢測(cè)的結(jié)果不會(huì)受光強(qiáng)突變的影響(接收到光的像素輸出為高電平，光線被遮擋的像素輸出為低電平)；從檢測(cè)波形可分辨出高低電平的跳變點(diǎn)，即為待測(cè)邊緣的檢測(cè)位置，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖的特點(diǎn)可以確定邊緣檢測(cè)位置所對(duì)應(yīng)的像素編號(hào)，再乘以每個(gè)像素間距可以確定待測(cè)介質(zhì)邊緣到原點(diǎn)的實(shí)際距離(設(shè)定圖像傳感器第一個(gè)像素為原點(diǎn))，最后，控制電路將待測(cè)介質(zhì)邊緣到原點(diǎn)的距離轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，通過串口輸出。
[0020]在本發(fā)明的另一實(shí)施實(shí)例中，沒有添加光學(xué)鏡頭這一模塊，輸出的數(shù)據(jù)也比較精確，但相對(duì)于上一實(shí)施例精度會(huì)有所下降，適用于精度要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。本發(fā)明不限于此。
[0021]綜上所述，本說明書提到的具體實(shí)施例都能達(dá)到較好的檢測(cè)效果。在本【技術(shù)領(lǐng)域】依照本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或有限實(shí)驗(yàn)得到技術(shù)方案，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.非透明介質(zhì)的邊緣檢測(cè)裝置，包括不透光黑匣子、恒流源、光源、光學(xué)凸透鏡、矩形投光窗、光學(xué)鏡頭、線性CCD傳感器和控制電路，其特征在于:所述不透光黑匣子在其中間平行于上下面部分有一個(gè)矩形豁口，可以讓介質(zhì)從前到后穿過黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子內(nèi)部頂端為所述平行光源提供穩(wěn)定的電流，保證光線強(qiáng)度的穩(wěn)定性；所述光源位于所述光學(xué)凸透鏡上方一側(cè)焦點(diǎn)位置，為物體投影過程提供一束平行光；所述矩形投光窗分別位于所述黑匣子豁口上下兩側(cè)；所述光學(xué)鏡頭位于投光窗窗口正下方，所述線性C⑶傳感器和控制電路固定在黑匣子底部。
2.如權(quán)利I所述的邊緣檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光源產(chǎn)生光強(qiáng)恒定的單色光，透過光學(xué)凸透鏡之后變?yōu)槠叫泄?，并通過矩形投光窗進(jìn)入光學(xué)鏡頭，經(jīng)由光學(xué)鏡頭所成實(shí)像映射到線性CCD傳感器上，該線性CCD傳感器輸出模擬電壓信號(hào)并送入控制電路，最終輸出待測(cè)物邊緣位置數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利2所述的邊緣檢測(cè)裝置，其特征在于:所述單色光強(qiáng)度由恒流源調(diào)整。
4.如權(quán)利2所述的邊緣檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光學(xué)鏡頭用于改變進(jìn)入線性CCD傳感器檢測(cè)模塊的光線強(qiáng)度，以提高所呈實(shí)像的對(duì)比度。
5.如權(quán)利2所述的邊緣檢測(cè)裝置，其特征在于:所述控制電路包括線性CCD傳感器驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路；驅(qū)動(dòng)電路采用增強(qiáng)型單片機(jī)，產(chǎn)生多個(gè)具有嚴(yán)格時(shí)序的方波以確保CCD傳感器正常穩(wěn)定工作；信號(hào)處理電路包括信號(hào)放大電路、濾波電路和二值化電路；二值化電路采用浮動(dòng)閾值法將所述的線性CCD傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為高低電平輸出，然后經(jīng)過電壓比較器判斷出被測(cè)介質(zhì)邊緣位置所對(duì)應(yīng)線陣CCD傳感器的像素編號(hào)，并計(jì)算該像素與傳感器第一個(gè)像素間的距離，該距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，通過串口輸出。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK103884277SQ201410085586
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】朱禮堯, 公曉麗, 吳濤 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)