CN103884277A - 非透明介质的边缘检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非透明介质的边缘检测装置。该装置包括不透光黑匣子、恒流源、光源、光学凸透镜、矩形投光窗、光学镜头、线性CCD传感器和控制电路。所述不透光黑匣子在其中间平行于上下面部分有一个矩形豁口，可以让介质从前到后穿过黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子内部顶端为所述平行光源提供稳定的电流，保证光线强度的稳定性；所述光源位于所述凸透镜上方一侧焦点位置，为物体投影过程提供一束平行光；所述矩形投光窗分别位于所述黑匣子豁口上下两侧；所述光学镜头位于投光窗窗口正下方，所述线性CCD传感器和控制电路固定在黑匣子底部。本发明检测精度高，不受待测物表面、颜色以及外部光线、污物的干扰。

Description

非透明介质的边缘检测装置

技术领域

 本发明属于工业产品检测技术、光电技术、传感器技术及图像处理技术领域，特别是关于边缘检测技术，通过光电传感器检测不透明介质对光线的遮挡所呈的像，从而确定介质边缘的位置。

背景技术

目前在工业控制领域中，很多情况下需要检测柔软介质(如薄膜、布料，纸张等)的边缘位置，以确保介质沿正确的轨道运动。边缘检测，主要是对物体形状和尺寸进行精确测量。目前边缘检测的方法包括：(1)红外检测，(2)显微镜检测，(3)光耦合器件检测。其中检测精度受检测环境、光源、待测物体的厚度及颜色的影响。

以往公开的边缘检测器如图1所示，边缘检测器包括不透光黑匣子101，光源产生模块102，平行于黑匣子上下地面的豁口105，线性CCD传感器106和控制电路107。其中光源产生模块包括光源103和光学凸透镜104，控制电路107直接为光源103供电，并通过光学凸透镜104产生用于投影的平行光。

待测介质从豁口105穿过边缘检测装置，被平行光照射之后所得到的像映射到线性CCD传感器106的感光区，传感器通过光电之间的转化，将每个像素的电信号输出，通过控制电路对电信号的处理得出介质边缘位置数据。

在电源产生电路中控制电路直接为光源供电，一旦边缘检测装置的电压由于外界的影响而浮动，那么为光源供电的电流也就随之波动，在相同环境下线性CCD传感器所接收的光能也就不同；当外界的光线从黑匣子豁口105进入边缘检测器内部时也会对原有光线有所干扰，这些都会影响线性CCD传感器的检测精度。由于存在上述各种误差因素，采用固定阈值的图像处理电路显然会增大数据误差。这些因素都将导致最终的测量数据不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔软不透明介质的边缘检测装置，以克服外部光源干扰、污物玷污、检测精度差等缺点，并且不受待测物体形状、检测环境的限制。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明包括：不透光黑匣子、恒流源、光源、光学凸透镜、矩形投光窗、光学镜头、线性CCD传感器和控制电路。所述不透光黑匣子在其中间平行于上下面部分有一个矩形豁口，可以让介质从前到后穿过黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子内部顶端为所述平行光源提供稳定的电流，保证光线强度的稳定性；所述光源位于所述凸透镜上方一侧焦点位置，为物体投影过程提供一束平行光；所述矩形投光窗分别位于所述黑匣子豁口上下两侧；所述光学镜头位于投光窗窗口正下方，所述线性CCD传感器和控制电路固定在黑匣子底部。所述恒流源、光源、光学凸透镜、矩形投光窗、光学镜头、线性CCD传感器和控制电路位于不透光黑匣子内部。

本发明提出了一种检测精度高并且不受待测物表面、颜色以及外部光线、污物的干扰的边缘检测装置。利用了线阵图像传感器对待测物边缘在平行光照射下投影的识别来检测边缘位置。

用户可以根据自己的需要设计不同尺寸的边缘检测装置，以实现不同介质的检测。用户将待测物从豁口穿进边缘检测装置，在较短的时间内会输出待测物边缘在检测装置中线阵CCD的位置信息。当待测物相对于检测装置移动时，检测装置会连续输出待测物边缘的像素位置数据。

当提供给边缘检测装置的电压有较小浮动以及在有外部光线干扰的情况下，经过检测得到的边缘位置数据也是比较精准的。

附图说明

图1是以往发明实施例中，边缘检测装置的结构框图。

图2是本发明实施例中，边缘检测装置的结构框图。

图3是本发明实施例中，矩形投光窗示意图。

图中符号说明：101:不透光黑匣子，102：光源产生模块，103：光源， 104：光学凸透镜，105:豁口，106：线性CCD传感器，107：控制电路，201:不透光黑匣子，202：光源产生模块，203：光源，204：恒流源，205：光学凸透镜，206:矩形投光窗（上），207：豁口，208：矩形投光窗（下），209：光学镜头，210：线性CCD传感器，111：控制电路，301：投光窗口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

在本发明的实施例中，柔软介质穿过边缘检测装置中部的豁口，线阵图像传感器检测出待测物边缘，输出待测介质边缘在图像传感器红的位置数据。

本发明实施例边缘检测装置的内部结构示意图如图2所示，边缘检测装置包括:不透光黑匣子201、光源产生模块202、矩形投光窗206和208、光学镜头209、线性CCD传感器210以及控制电路211。所述的不透光黑匣子从其外部看来，在中间有一个平行于装置上下面的矩形豁口207，柔软介质从所述边缘检测装置的前面穿透到后面，在装置内部，待测介质边缘应该遮挡一部分从所述光源产生模块输出的进入所述光学镜头的平行光线。

所述光源产生模块包括: 光源203、恒流源204和光学凸透镜205。本实施例中由一个发光二极管提供的单色光源，为了保证检测的准确性，光源的光线强度必须保持稳定，所以设计一个可调恒流源204为发光二极管提供一个恒定不变的可调电流。光学凸透镜105将点光源发出的光线变为平行光，保证进入光学镜头中的像与物体在尺寸上的一致性。矩形投光窗（上）206和矩形投光窗（下）207如图3所示，是黑色不透光的板材在中心裁去一个矩形框，在矩形框内嵌有高透光率的玻璃，作为投光窗口301，并将其平行于黑匣子上下面嵌在黑匣子内壁中，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应与线性CCD传感器的感光面在尺寸和位置上保持一致。

所述的光学镜头209以及线性CCD传感器210耦接至控制电路211。当待测介质边缘经过平行光照射后进入光学镜头后成实像，根据实际需要可以调节光学镜头的光栅，使进入线性CCD传感器的光线强度达到最优，同时经过光学镜头后会得到一个放大的实像呈现到线性CCD传感器上。调节曝光量以提高所呈实像的对比度，可以准确获取待测介质边缘的清晰图像；通过该图像能精确地判断介质的边缘位置。在控制电路中驱动信号的作用下，线性CCD传感器将所呈实像的光信号转换成对应的电压信号进行输出，控制电路将输出的电压信号进行放大、滤波处理；控制电路中的二值化电路采用浮动阈值法对处理过的电压进行二值化，因此，边缘检测的结果不会受光强突变的影响（接收到光的像素输出为高电平，光线被遮挡的像素输出为低电平）；从检测波形可分辨出高低电平的跳变点，即为待测边缘的检测位置，根据驱动信号脉冲的特点可以确定边缘检测位置所对应的像素编号，再乘以每个像素间距可以确定待测介质边缘到原点的实际距离（设定图像传感器第一个像素为原点），最后，控制电路将待测介质边缘到原点的距离转换成十六进制数，通过串口输出。

在本发明的另一实施实例中，没有添加光学镜头这一模块，输出的数据也比较精确，但相对于上一实施例精度会有所下降，适用于精度要求不严格的场合。本发明不限于此。

综上所述，本说明书提到的具体实施例都能达到较好的检测效果。在本技术领域依照本发明的构思通过逻辑分析、推理或有限实验得到技术方案，皆应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (5)

1. 非透明介质的边缘检测装置，包括不透光黑匣子、恒流源、光源、光学凸透镜、矩形投光窗、光学镜头、线性CCD传感器和控制电路，其特征在于：所述不透光黑匣子在其中间平行于上下面部分有一个矩形豁口，可以让介质从前到后穿过黑匣子；所述恒流源固定在黑匣子内部顶端为所述平行光源提供稳定的电流，保证光线强度的稳定性；所述光源位于所述光学凸透镜上方一侧焦点位置，为物体投影过程提供一束平行光；所述矩形投光窗分别位于所述黑匣子豁口上下两侧；所述光学镜头位于投光窗窗口正下方，所述线性CCD传感器和控制电路固定在黑匣子底部。

2.如权利1所述的边缘检测装置，其特征在于：所述光源产生光强恒定的单色光，透过光学凸透镜之后变为平行光，并通过矩形投光窗进入光学镜头，经由光学镜头所成实像映射到线性CCD传感器上，该线性CCD传感器输出模拟电压信号并送入控制电路，最终输出待测物边缘位置数据。

3.如权利2所述的边缘检测装置，其特征在于：所述单色光强度由恒流源调整。

4.如权利2所述的边缘检测装置，其特征在于：所述光学镜头用于改变进入线性CCD传感器检测模块的光线强度，以提高所呈实像的对比度。

5.如权利2所述的边缘检测装置，其特征在于：所述控制电路包括线性CCD传感器驱动电路和信号处理电路；驱动电路采用增强型单片机，产生多个具有严格时序的方波以确保CCD传感器正常稳定工作；信号处理电路包括信号放大电路、滤波电路和二值化电路；二值化电路采用浮动阈值法将所述的线性CCD传感器输出的模拟电压信号准确地转化为高低电平输出，然后经过电压比较器判断出被测介质边缘位置所对应线阵CCD传感器的像素编号，并计算该像素与传感器第一个像素间的距离，该距离数据转换成十六进制数，通过串口输出。

Images