非透明介質的邊緣檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非透明介質的邊緣檢測裝置。該裝置包括不透光黑匣子、恒流源、光源、光學凸透鏡、矩形投光窗、光學鏡頭、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矩形豁口，可以讓介質從前到后穿過黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子內部頂端為所述平行光源提供穩(wěn)定的電流，保證光線強度的穩(wěn)定性；所述光源位于所述凸透鏡上方一側焦點位置，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；所述光學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)明檢測精度高，不受待測物表面、顏色以及外部光線、污物的干擾。
【專利說明】非透明介質的邊緣檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)產品檢測技術、光電技術、傳感器技術及圖像處理【技術領域】，特別是關于邊緣檢測技術，通過光電傳感器檢測不透明介質對光線的遮擋所呈的像，從而確定介質邊緣的位置。
【背景技術】
[0002]目前在工業(yè)控制領域中，很多情況下需要檢測柔軟介質(如薄膜、布料，紙張等)的邊緣位置，以確保介質沿正確的軌道運動。邊緣檢測，主要是對物體形狀和尺寸進行精確測量。目前邊緣檢測的方法包括:(I)紅外檢測，(2)顯微鏡檢測，(3)光耦合器件檢測。其中檢測精度受檢測環(huán)境、光源、待測物體的厚度及顏色的影響。
[0003]以往公開的邊緣檢測器如圖1所示，邊緣檢測器包括不透光黑匣子101，光源產生模塊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。其中光源產生模塊包括光源103和光學凸透鏡104，控制電路107直接為光源103供電，并通過光學凸透鏡104產生用于投影的平行光。
[0004]待測介質從豁口 105穿過邊緣檢測裝置，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化，將每個像素的電信號輸出，通過控制電路對電信號的處理得出介質邊緣位置數(shù)據(jù)。
[0005]在電源產生電路中控制電路直接為光源供電，一旦邊緣檢測裝置的電壓由于外界的影響而浮動，那么為光源供電的電流也就隨之波動，在相同環(huán)境下線性CCD傳感器所接收的光能也就不同；當外界的光線從黑匣子豁口 105進入邊緣檢測器內部時也會對原有光線有所干擾，這些都會影響線性CXD傳感器的檢測精度。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增大數(shù)據(jù)誤差。這些因素都將導致最終的測量數(shù)據(jù)不準確。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種柔軟不透明介質的邊緣檢測裝置，以克服外部光源干擾、污物玷污、檢測精度差等缺點，并且不受待測物體形狀、檢測環(huán)境的限制。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
本發(fā)明包括:不透光黑匣子、恒流源、光源、光學凸透鏡、矩形投光窗、光學鏡頭、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矩形豁口，可以讓介質從前到后穿過黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子內部頂端為所述平行光源提供穩(wěn)定的電流，保證光線強度的穩(wěn)定性；所述光源位于所述凸透鏡上方一側焦點位置，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；所述光學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、光學凸透鏡、矩形投光窗、光學鏡頭、線性CXD傳感器和控制電路位于不透光黑匣子內部。[0008]本發(fā)明提出了一種檢測精度高并且不受待測物表面、顏色以及外部光線、污物的干擾的邊緣檢測裝置。利用了線陣圖像傳感器對待測物邊緣在平行光照射下投影的識別來檢測邊緣位置。
[0009]用戶可以根據(jù)自己的需要設計不同尺寸的邊緣檢測裝置，以實現(xiàn)不同介質的檢測。用戶將待測物從豁口穿進邊緣檢測裝置，在較短的時間內會輸出待測物邊緣在檢測裝置中線陣CCD的位置信息。當待測物相對于檢測裝置移動時，檢測裝置會連續(xù)輸出待測物邊緣的像素位置數(shù)據(jù)。
[0010]當提供給邊緣檢測裝置的電壓有較小浮動以及在有外部光線干擾的情況下，經(jīng)過檢測得到的邊緣位置數(shù)據(jù)也是比較精準的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是以往發(fā)明實施例中，邊緣檢測裝置的結構框圖。
[0012]圖2是本發(fā)明實施例中，邊緣檢測裝置的結構框圖。
[0013]圖3是本發(fā)明實施例中，矩形投光窗示意圖。
[0014]圖中符號說明:101:不透光黑匣子，102:光源產生模塊，103:光源，104:光學凸透鏡，105:豁口，106:線性C⑶傳感器，107:控制電路，201:不透光黑匣子，202:光源產生模塊，203:光源，204:恒流源，205:光學凸透鏡，206:矩形投光窗(上)，207:豁口，208:矩形投光窗(下)，209:光學鏡頭，210:線性C⑶傳感器，111:控制電路，301:投光窗口。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]在本發(fā)明的實施例中，柔軟介質穿過邊緣檢測裝置中部的豁口，線陣圖像傳感器檢測出待測物邊緣，輸出待測介質邊緣在圖像傳感器紅的位置數(shù)據(jù)。
[0017]本發(fā)明實施例邊緣檢測裝置的內部結構示意圖如圖2所示，邊緣檢測裝置包括:不透光黑匣子201、光源產生模塊202、矩形投光窗206和208、光學鏡頭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，在中間有一個平行于裝置上下面的矩形豁口 207，柔軟介質從所述邊緣檢測裝置的前面穿透到后面，在裝置內部，待測介質邊緣應該遮擋一部分從所述光源產生模塊輸出的進入所述光學鏡頭的平行光線。
[0018]所述光源產生模塊包括:光源203、恒流源204和光學凸透鏡205。本實施例中由一個發(fā)光二極管提供的單色光源，為了保證檢測的準確性，光源的光線強度必須保持穩(wěn)定，所以設計一個可調恒流源204為發(fā)光二極管提供一個恒定不變的可調電流。光學凸透鏡105將點光源發(fā)出的光線變?yōu)槠叫泄?，保證進入光學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矩形框，在矩形框內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]所述的光學鏡頭209以及線性CXD傳感器210耦接至控制電路211。當待測介質邊緣經(jīng)過平行光照射后進入光學鏡頭后成實像，根據(jù)實際需要可以調節(jié)光學鏡頭的光柵，使進入線性CCD傳感器的光線強度達到最優(yōu)，同時經(jīng)過光學鏡頭后會得到一個放大的實像呈現(xiàn)到線性CCD傳感器上。調節(jié)曝光量以提高所呈實像的對比度，可以準確獲取待測介質邊緣的清晰圖像；通過該圖像能精確地判斷介質的邊緣位置。在控制電路中驅動信號的作用下，線性CCD傳感器將所呈實像的光信號轉換成對應的電壓信號進行輸出，控制電路將輸出的電壓信號進行放大、濾波處理；控制電路中的二值化電路采用浮動閾值法對處理過的電壓進行二值化，因此，邊緣檢測的結果不會受光強突變的影響(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)；從檢測波形可分辨出高低電平的跳變點，即為待測邊緣的檢測位置，根據(jù)驅動信號脈沖的特點可以確定邊緣檢測位置所對應的像素編號，再乘以每個像素間距可以確定待測介質邊緣到原點的實際距離(設定圖像傳感器第一個像素為原點)，最后，控制電路將待測介質邊緣到原點的距離轉換成十六進制數(shù)，通過串口輸出。
[0020]在本發(fā)明的另一實施實例中，沒有添加光學鏡頭這一模塊，輸出的數(shù)據(jù)也比較精確，但相對于上一實施例精度會有所下降，適用于精度要求不嚴格的場合。本發(fā)明不限于此。
[0021]綜上所述，本說明書提到的具體實施例都能達到較好的檢測效果。在本【技術領域】依照本發(fā)明的構思通過邏輯分析、推理或有限實驗得到技術方案，皆應屬于本發(fā)明的權利要求保護范圍。
【權利要求】
1.非透明介質的邊緣檢測裝置，包括不透光黑匣子、恒流源、光源、光學凸透鏡、矩形投光窗、光學鏡頭、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矩形豁口，可以讓介質從前到后穿過黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子內部頂端為所述平行光源提供穩(wěn)定的電流，保證光線強度的穩(wěn)定性；所述光源位于所述光學凸透鏡上方一側焦點位置，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；所述光學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.如權利I所述的邊緣檢測裝置，其特征在于:所述光源產生光強恒定的單色光，透過光學凸透鏡之后變?yōu)槠叫泄猓⑼ㄟ^矩形投光窗進入光學鏡頭，經(jīng)由光學鏡頭所成實像映射到線性CCD傳感器上，該線性CCD傳感器輸出模擬電壓信號并送入控制電路，最終輸出待測物邊緣位置數(shù)據(jù)。
3.如權利2所述的邊緣檢測裝置，其特征在于:所述單色光強度由恒流源調整。
4.如權利2所述的邊緣檢測裝置，其特征在于:所述光學鏡頭用于改變進入線性CCD傳感器檢測模塊的光線強度，以提高所呈實像的對比度。
5.如權利2所述的邊緣檢測裝置，其特征在于:所述控制電路包括線性CCD傳感器驅動電路和信號處理電路；驅動電路采用增強型單片機，產生多個具有嚴格時序的方波以確保CCD傳感器正常穩(wěn)定工作；信號處理電路包括信號放大電路、濾波電路和二值化電路；二值化電路采用浮動閾值法將所述的線性CCD傳感器輸出的模擬電壓信號準確地轉化為高低電平輸出，然后經(jīng)過電壓比較器判斷出被測介質邊緣位置所對應線陣CCD傳感器的像素編號，并計算該像素與傳感器第一個像素間的距離，該距離數(shù)據(jù)轉換成十六進制數(shù)，通過串口輸出。
【文檔編號】G01B11/00GK103884277SQ201410085586
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權日:2014年3月10日
【發(fā)明者】朱禮堯, 公曉麗, 吳濤 申請人:杭州電子科技大學