CN103954244A - 物体厚度检测装置、方法和接触式图像传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物体厚度检测装置、方法和接触式图像传感系统。其中，物体厚度检测装置包括：信号发射机构，用于向待测物体发射具有第一相位的第一信号，第一信号用于测试待测物体的厚度；信号接收机构，用于接收第一信号经过待测物体反射或者透射后的第二信号，第二信号具有第二相位；以及相位差检测机构，与信号发射机构和信号接收机构相连接，用于根据第一相位和第二相位的相位差确定待测物体的厚度范围。通过本发明，解决了物体厚度检测的精度低的问题，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

Description

物体厚度检测装置、方法和接触式图像传感系统

技术领域

本发明涉及检测领域，具体而言，涉及一种物体厚度检测装置、方法和接触式图像传感系统。

背景技术

薄片状物品，如纸张、票据、塑料薄膜、纺织物品等物体的在线连续厚度测量，在其产品的生产、检测、处理、回收等过程中处于越来越重要的地位。当前，各行业使用的物体厚度检测技术主要包括使用霍尔器件、反射型超声波、透射型超声、电磁感应式、涡流式等技术来测试薄片式物品的厚度。但这些技术作为在线检测技术使用时，其检测装置体积大，成本高是其主要缺点，限制了这些技术的应用。

目前，物体厚度测量方案主要是将电容器的容量变化转化成振荡频率的变化，再通过频压转换模块将频率的变化转换成电压的变化来检测厚度。或者利用平板电容的极板作为厚度检测的敏感器件，实测对象的厚度变化引起的电容活动极板产生位移，导致平板电容器的容量发生变化，从而改变了由平板电容器构成的振荡器的输出频率，通过检测频率进行厚度检测。上述两种方案均经过由电容构成震荡电路产生频率的变化来进行厚度的检测，这种经过多重转换的进行厚度检测导致物体厚度检测的精度降低。

针对现有技术中物体厚度检测的精度低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种物体厚度检测装置、方法和接触式图像传感系统，以解决物体厚度检测的精度低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种物体厚度检测装置。根据本发明的物体厚度检测装置包括：信号发射机构，用于向待测物体发射具有第一相位的第一信号，所述第一信号用于测试所述待测物体的厚度；信号接收机构，用于接收所述第一信号经过所述待测物体反射或者透射后的第二信号，所述第二信号具有第二相位；以及相位差检测机构，与所述信号发射机构和所述信号接收机构相连接，用于根据所述第一相位和所述第二相位的相位差确定所述待测物体的厚度范围。

进一步地，所述相位差检测机构包括：计算单元，包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端与所述信号发射机构相连接，所述第二输入端与所述信号接收机构相连接，用于接收来自所述信号发射机构的第一信号和来自所述信号接收机构的第二信号，并计算所述第一相位和所述第二相位的相位差；以及比较单元，与所述计算单元的输出端相连接，用于将所述相位差与预设阈值进行比较以确定所述待测物体的厚度。

进一步地，所述信号发射机构包括：起振单元，用于产生所述第一信号；以及发射电极，与所述起振单元相连接，用于将所述第一信号发射到所述待测物体上。

进一步地，所述信号接收机构包括：接收电极，与所述相位差检测机构相连接，用于接收所述第二信号。

进一步地，所述发射电极和所述接收电极为采用透明材质或者非透明材质的电极。

进一步地，所述信号发射机构与所述信号接收机构相对设置，其中，所述待测物体放置在所述信号发射机构与所述信号接收机构之间。

进一步地，所述信号发射机构与所述信号接收机构并列设置，其中，所述待测物体放置在所述信号发射机构和所述信号接收机构的相同侧。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种接触式图像传感系统。根据本发明的接触式图像传感系统包括：接触式图像传感器，用于扫描待测物体上的光学图像；以及上述的物体厚度检测装置，用于测量所述待测物体的厚度。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种物体厚度检测方法。根据本发明的物体厚度检测方法包括：向待测物体发射具有第一相位的第一信号，所述第一信号用于测试所述待测物体的厚度；接收所述第一信号经过所述待测物体反射或者透射后的第二信号，所述第二信号具有第二相位；以及根据所述第一相位和所述第二相位的相位差确定所述待测物体的厚度范围。

进一步地，根据所述第一相位和所述第二相位的相位差确定所述待测物体的厚度范围包括：将所述相位差与预设阈值进行比较，得到比较结果；以及根据比较结果判断所述相位差是否超过所述预设阈值，其中，如果判断出所述相位差超过所述预设阈值，则确定所述待测物体的厚度处于异常范围。

通过本发明实施例，采用物体厚度检测装置，该装置包括信号发射机构用于向待测物体发射具有第一相位的第一信号；信号接收机构用于接收第一信号经过待测物体反射或者透射后的第二信号，第二信号具有第二相位；相位差检测机构用于根据第一相位和第二相位的相位差确定待测物体的厚度范围。根据发射到待测物体前的信号与经过待测物体反射或者透射后的信号的相位差来确定待测物体的厚度，无需经过多重转化，解决了物体厚度检测的精度低的问题，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的物体厚度检测装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例优选的物体厚度检测装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例又一优选的物体厚度检测装置的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的接触式图像传感系统的示意图；

图5是根据本发明实施例可选的接触式图像传感系统的示意图；

图6是根据本发明实施例又一可选的接触式图像传感系统的示意图；以及

图7是根据本发明实施例的物体厚度检测方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种物体厚度检测装置。

图1是根据本发明实施例的物体厚度检测装置的结构示意图。如图1所示，该物体厚度检测装置包括信号发射机构10、信号接收机构20和相位差检测机构30。

信号发射机构10用于向待测物体40发射具有第一相位的第一信号，第一信号用于测试待测物体40的厚度。信号接收机构20用于接收第一信号经过待测物体40反射或者透射后的第二信号，第二信号具有第二相位。相位差检测机构30与信号发射机构10和信号接收机构20相连接，用于根据第一相位和第二相位的相位差确定待测物体40的厚度范围。图中箭头为信号发射或反射方向。

信号发射机构10向待测物体40发射一定频率的信号即第一信号，用于测量待测物体40的厚度，该第一信号具有一定的相位即第一相位。第一信号发射到待测物体上时，经过反射或者透射得到第二信号(图中仅示出了反射的第二信号)，该第二信号具有第二相位。信号接收机构20接收该第二信号。由于信号接收机构20需要接收经过待测物体40反射或者透射后的第二信号，因此信号接收机构20需要设置在第一信号在待测物体40的反射或者透射的方向上。

相位差检测机构30与信号发射机构10相连接，信号发射机构10向待测物体40发射第一信号的同时，还将第一信号传输至相位差检测机构30，信号接收机构20接收到第二信号之后，将第二信号传输至相位差检测机构30。相位差检测机构30根据接收到的第一信号和第二信号检测其相位差，从而根据相位差确定待测物体的厚度范围。具体地，可以将得到的相位差与预设阈值作比较，该预设阈值可以是预先根据统计和计算得到的阈值，该阈值对应一定的厚度范围。将相位差与预设阈值作比较可以确定待测物体的厚度范围，以便于判断待测物体的厚度是否出现异常(过厚或者过薄)。

本发明实施例中，待测物体可以是薄片状物品，例如纸张、票据、塑料薄膜、纺织物品等。

根据本发明实施例，通过采用物体厚度检测装置，该装置包括信号发射机构用于向待测物体发射具有第一相位的第一信号；信号接收机构用于接收第一信号经过待测物体反射或者透射后的第二信号，第二信号具有第二相位；相位差检测机构用于根据第一相位和第二相位的相位差确定待测物体的厚度范围。根据发射到待测物体前的信号与经过待测物体反射或者透射后的信号的相位差来确定待测物体的厚度，无需经过多重转化，解决了物体厚度检测的精度低的问题，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

优选地，相位差检测机构30包括计算单元，包括第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端与信号发射机构相连接，第二输入端与信号接收机构相连接，用于接收来自信号发射机构的第一信号和来自信号接收机构的第二信号，并计算第一相位和第二相位的相位差；以及比较单元，与计算单元的输出端相连接，用于将相位差与预设阈值进行比较以确定待测物体的厚度。

计算单元接收来自信号发射机构的第一信号和来自信号接收机构的第二信号，并对第一信号的第一相位和第二信号的第二相位作差值计算，得到第一信号和第二信号的相位差。计算单元将该相位差发送至比较单元，比较单元将该相位差与预设阈值进行比较以确定待测物体的厚度。

图2是根据本发明实施例优选的物体厚度检测装置的结构示意图。如图2所示，信号发射机构10包括：起振单元101，用于产生第一信号；以及发射电极102，与起振单元101相连接，用于将第一信号发射到待测物体上。

起振单元101的输出端与发射电极相连接，用于向所述发射电极发射一定频率的信号即第一信号，通过发射电极102将第一信号发射至待测物体上。发射电极102还与相位差检测机构相连接，用于将第一信号传输至相位差检测机构30，如图所示，相位差检测机构30包括计算单元301和比较单元302，计算单元301和比较单元302与本发明实施例的计算单元和比较单元功能相同，这里不做赘述。

优选地，信号接收机构包括接收电极201，该接收电极201与相位差检测机构30相连接，用于接收第二信号。具体地，接收电极201与计算单元301相连接。

优选地，发射电极和接收电极为采用透明材质或者非透明材质的电极。当将本发明实施例的物体厚度检测装置与接触式图像传感器结合使用时，可以根据需要选择相应材质的电极，从而提高结合使用的灵活性。

如图2所示，起振单元101产生一定频率的信号，该信号经发射电极102发出，信号经薄片物体(即待测物体)反射或者透射，由接收电极201感应接收并送入计算单元301，计算单元计算接收信号与发射信号的相位差值，并将该差值送入比较单元302，比较单元302判断该差值，如果在一定范围内则认为薄片物体厚度正常，否则判断薄片物体为厚度异常。

优选地，信号发射机构与信号接收机构相对设置，其中，待测物体放置在信号发射机构与信号接收机构之间。信号发射机构与信号接收机构相对设置可以是信号接收机构设置在信号发射机构的信号发射方向上，其中，待测物体放置在信号发射机构与信号接收机构之间，即信号发射机构向待测物体发射第一信号，信号接收机构接收经过待测物体透射后的第二信号。

优选地，信号发射机构与信号接收机构并列设置，其中，待测物体放置在信号发射机构和信号接收机构的相同侧。信号发射机构与信号接收机构并列设置可以是信号接收机构设置在信号发射机构的信号经过待测物体后的反射方向上，其中，待测物体放置在信号发射机构和信号接收机构的相同侧，即信号发射机构和信号接收机构为直线，信号发射机构信号发射方向和信号接收机构接收信号方向的一侧，信号接收机构接收经过待测物体反射后的第二信号。

如图3所示，本发明实施例的物体厚度检测装置还包括：存储单元50，与所述比较单元302相连接，用于存储所述预设阈值。具体地，由于相同厚度不同材质的待测物体，反射或者透射后的信号的相位变化不相同，不同环境温度、适度下相同的反射或者透射后的信号的相位变化也不相同，因此可以通过存储单元50存储不同条件的预设阈值列表，以便于根据需要选择相应的阈值进行比较和判断。

如图3所示，存储单元50可用于存储不同温度、湿度下的预设阈值列表。由于相同厚度的薄片物体在不同温度、湿度下测试的相位差不同，因此电路可根据外界的温度、湿度的不同选择合适的预设阈值，增加电路检测的准确度。存储单元50还可用于存储代表测量精度的预设阈值列表。即当预设阈值较小时，薄片物体厚度略微的差异即可被识别；当预设阈值较大时，可容许厚度存在略大的差异而不判定为厚度异常。如此便可通过设置预设阈值的大小对检测精度进行调整。

本发明实施例还提供了一种接触式图像传感系统。该接触式图像传感系统包括：接触式图像传感器，用于扫描待测物体上的光学图像；以及本发明实施例的物体厚度检测装置，用于测量待测物体的厚度。

图4是根据本发明实施例的接触式图像传感系统的示意图。如图4所示，101为发射电极，201为接收电极，60为承载发射电极和接收电极的基板，30为相位差检测机构，70为接触式图像传感器；本实施例中发射电极和接收电极可为透明电极也可为不透明电极，当采用不透明电极时注意不能够遮挡接触式图像传感器的光路；发射电极与接收电极同一水平面放置。基板60可与接触式图像传感器的玻璃共用。当薄片物体通过接触式图像传感器上方时，一方面发射电极发射一定频率信号，经所要检测的薄片物体反射后由接收电极感应接收，相位差检测机构30通过检测接收电极接收信号与发射电极发射信号之间的相位差来判断薄片物体厚度，另一方面接触式图像传感器同时可扫描其光学图像，这样在检测薄片物体厚度的同时不影响接触式图像传感器对薄片物体光学特性的判别，并且这种结构体积小巧，成本低，易于安装。

图5是根据本发明实施例优选的接触式图像传感系统的示意图。101为发射电极，80为基板用于承载发射电极，201为接收电极，90为玻璃基板用于承载接收电极，30为相位差检测机构(与发射电极101的连接关系未在图中示出)，70为接触式图像传感器，图中箭头为信号发射方向。本实施例中，发射电极101发射一定频率的信号穿透纸币后到达接收电极201，接收电极201将接收到的感应信号送至相位差相位检测机构30中，由相位差检测机构计算出与发射电极101发射信号的相位差，从而检测出薄片物体的厚度。为不影响接触式图像传感器采集光学信号，当接收电极201为不透明电极时，接收电极201的安装位置需要避开接触式图像传感器光路，以免对光学信号造成影响。

图6是根据本发明实施例又一可选的接触式图像传感系统的示意图。其与图5所示接触式图像传感系统的不同处在于接收电极201为透明材质，因此该实施例在完成与图5所示接触式图像传感系统的相同厚度检测功能的同时，接收电极的安装位置也更为自由。图中箭头为信号发射方向。

本发明实施例还提供了一种物体厚度检测方法。该方法可以通过本发明实施例的物体厚度检测装置来执行，本发明实施例的物体厚度检测装置也可以用来执行本发明实施例的物体厚度检测方法。

图7是根据本发明实施例的物体厚度检测方法的流程图。如图7所示，该物体厚度检测方法包括步骤如下：

步骤S702，向待测物体发射具有第一相位的第一信号，第一信号用于测试待测物体的厚度。

步骤S704，接收第一信号经过待测物体反射或者透射后的第二信号，第二信号具有第二相位。

步骤S706，根据第一相位和第二相位的相位差确定待测物体的厚度范围。

具体地，可以是信号发射机构向待测物体发射一定频率的信号即第一信号，用于测量待测物体的厚度，该第一信号具有一定的相位即第一相位。第一信号发射到待测物体上时，经过反射或者透射得到第二信号，该第二信号具有第二相位。信号接收机构接收该第二信号。信号接收机构接收到第二信号之后，将第二信号传输至相位差检测机构。位差检测机构根据接收到的第一信号和第二信号检测其相位差，从而根据相位差确定待测物体的厚度范围。具体地，可以将得到的相位差与预设阈值作比较，该预设阈值可以是预先根据统计和计算得到的阈值，该阈值对应一定的厚度范围。将相位差与预设阈值作比较可以确定待测物体的厚度范围，以便于判断待测物体的厚度是否出现异常(过厚或者过薄)。

本发明实施例中，待测物体可以是薄片状物品，例如纸张、票据、塑料薄膜、纺织物品等。

根据本发明实施例，通过采用向待测物体发射具有第一相位的第一信号；接收第一信号经过待测物体反射或者透射后的第二信号，第二信号具有第二相位；根据第一相位和第二相位的相位差确定待测物体的厚度范围。根据发射到待测物体前的信号与经过待测物体反射或者透射后的信号的相位差来确定待测物体的厚度，无需经过多重转化，解决了物体厚度检测的精度低的问题，达到了提高物体厚度检测的精度的效果。

优选地，根据第一相位和第二相位的相位差确定待测物体的厚度范围包括：将相位差与预设阈值进行比较，得到比较结果；以及根据比较结果判断相位差是否超过预设阈值，其中，如果判断出相位差超过预设阈值，则确定待测物体的厚度处于异常范围。

通过起振单元产生一定频率的信号，该频率信号经过发射电极发射，信号经过纸币透射或者反射后由接收电极感应接收并送入计算单元，计算单元计算接收电极接收信号与发射电极发射信号的相位差，待测物体的厚度不同其相位差值也不同，当相位差超过某一预设阈值时可判定待测物体厚度是否处于异常范围。

该物体厚度检测方法还可以根据环境温度、湿度的不同进行调整预设阈值。

该物体厚度检测方法还可以根据判断精度的不同进行调整预设阈值。

通过本发明能够准确检测出薄片物体厚度的异常，所采用的方法简单，体积紧凑，成本低，精度高，抗干扰能力强并且便于安装调试。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物体厚度检测装置，其特征在于，包括：

信号发射机构，用于向待测物体发射具有第一相位的第一信号，所述第一信号用于测试所述待测物体的厚度；

信号接收机构，用于接收所述第一信号经过所述待测物体反射或者透射后的第二信号，所述第二信号具有第二相位；以及

相位差检测机构，与所述信号发射机构和所述信号接收机构相连接，用于根据所述第一相位和所述第二相位的相位差确定所述待测物体的厚度范围。

2.根据权利要求1所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述相位差检测机构包括：

计算单元，包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端与所述信号发射机构相连接，所述第二输入端与所述信号接收机构相连接，用于接收来自所述信号发射机构的第一信号和来自所述信号接收机构的第二信号，并计算所述第一相位和所述第二相位的相位差；以及

比较单元，与所述计算单元的输出端相连接，用于将所述相位差与预设阈值进行比较以确定所述待测物体的厚度。

3.根据权利要求1所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述信号发射机构包括：

起振单元，用于产生所述第一信号；以及

发射电极，与所述起振单元相连接，用于将所述第一信号发射到所述待测物体上。

4.根据权利要求3所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述信号接收机构包括：

接收电极，与所述相位差检测机构相连接，用于接收所述第二信号。

5.根据权利要求4所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述发射电极和/或所述接收电极为采用透明材质或者非透明材质的电极。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述信号发射机构与所述信号接收机构相对设置，其中，所述待测物体放置在所述信号发射机构与所述信号接收机构之间。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的物体厚度检测装置，其特征在于，所述信号发射机构与所述信号接收机构并列设置，其中，所述待测物体放置在所述信号发射机构和所述信号接收机构的相同侧。

8.一种接触式图像传感系统，其特征在于，包括：

接触式图像传感器，用于扫描待测物体上的光学图像；以及

权利要求1至7中任一项所述的物体厚度检测装置，用于测量所述待测物体的厚度。

9.一种物体厚度检测方法，其特征在于，包括：

向待测物体发射具有第一相位的第一信号，所述第一信号用于测试所述待测物体的厚度；

接收所述第一信号经过所述待测物体反射或者透射后的第二信号，所述第二信号具有第二相位；以及

根据所述第一相位和所述第二相位的相位差确定所述待测物体的厚度范围。

10.根据权利要求9所述的物体厚度检测方法，其特征在于，根据所述第一相位和所述第二相位的相位差确定所述待测物体的厚度范围包括：

将所述相位差与预设阈值进行比较，得到比较结果；以及

根据比较结果判断所述相位差是否超过所述预设阈值，其中，如果判断出所述相位差超过所述预设阈值，则确定所述待测物体的厚度处于异常范围。