CN103968756A - 一种柔软介质边缘检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔软介质边缘检测方法和装置。装置中的不透光黑匣子顶部是与水平面成α角的斜面，在靠近斜面底部的中间部分有一个圆孔；黑匣子前后两面底边中央部分各有一个矩形豁口，以便待测介质穿过检测装置；黑匣子底座前后中间位置各固定一个条状耐磨固定环，固定框中间有圆孔，待测介质从此孔穿进黑匣子矩形豁口，并保证待测介质匀速穿过检测装置时，保持稳定的张紧力，所述光源系统位于斜面顶端中央下方。被检测的柔软介质经过固定排列的刀具切割后，通过图像采集系统检测其边缘丝线的宽度，以确定柔软介质边缘与同侧割刀的边缘刀片的相对位置。本发明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。

Description

一种柔软介质边缘检测方法和装置

技术领域

本发明提供一种柔软介质的边缘检测装置及其检测方法，主要用于柔软介质分切领域，涉及到工业产品检测技术、光电技术、传感器技术及图像处理技术，特别是关于边缘检测技术，通过光电传感器检测在均匀平行光照射下所呈的实像，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，平行于黑匣子底面和顶面的豁口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，在平行光照射下所得到的实像映射到线性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，通过控制电路对电压信号进行处理可以获得介质边缘位置数据。

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出现较大误差甚至错误的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔软介质的边缘检测装置及其检测方法，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。本发明主要用于柔软介质分割加工领域。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种柔软介质的边缘检测装置，其结构包括：图像采集系统、光源系统和一个不透光的黑匣子。所述不透光黑匣子其上底面是一个与水平面成α角的斜面，在黑匣子前后两面靠近底部的中间部分分别有一个矩形豁口，在两个豁口下方的底座上固定一个中间有孔的条状陶瓷固定环，待测介质从此孔穿过检测装置，黑匣子内部的四壁和底部是黑色磨砂层,减少反射光对测量精度的影响；所述图像采集系统包括光学镜头、线性CCD传感器、传感器驱动模块和信号处理模块，线性CCD传感器、传感器驱动模块和信号处理模块位于黑匣子斜面上部，并且与黑匣子内部的光学镜头组合在一起嵌在斜面中下侧，线性CCD传感器模块中的像元排列方向需与黑匣子前后两面平行；所述光源系统包括LED光源和光源驱动模块，位于黑匣子内部与光学镜头平行放置的斜面坡顶，LED光源与水平面的夹角为β，且光源系统发出的一束平行光照射在黑匣子底部平面中央，其入射角为α，使待测介质表面发生镜面反射的反射光线垂直进入光学镜头。

一种柔软介质的边缘检测方法，具体是将被检测的柔软介质经过固定排列的刀具切割后，通过图像采集系统检测其边缘丝线的宽度，以确定柔软介质边缘与同侧割刀的边缘刀片的相对位置。所述的图像采集系统检测边缘丝线的宽度，是通过图像采集系统中线性CCD传感器对待测介质反射光线所呈的实像进行检测而实现的。

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及方法。采用摄像机系统采集被切割薄膜边缘部分的宽度数据以确定薄膜边缘相对刀具边缘的位置。

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，边缘检测装置结构左视图。

图3是本发明实施例中，边缘检测装置部分结构前视图。

图4是本发明实施例中，柔软介质切割示意图。

图5是本发明实施例中，LED光源结构示意图。

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：图像采集系统外壳，202：信号处理模块，203：传感器驱动模块，204：线性CCD传感器，205：光学镜头，206：不透光黑匣子，207：光源系统外壳，208：光源驱动模块，209 ：LED光源，210：介质固定环，211：豁口，31：矩形豁口，32：圆孔，41：柔软介质，42：刀具，43：待测介质，51：发光二极管，52：散光板。

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，宽的柔软介质经过刀具分割成多条窄的介质，分割后边缘的一条介质(即待测介质)进入边缘检测装置前后两侧固定框的圆孔和底部的豁口，从黑匣子内部穿过，线阵图像传感器检测出待测介质的宽度，从而确定切割切片与柔软介质边缘的相对位置。

本发明实施例边缘检测装置的内部结构左视图如图2所示，前视图（部分结构）如图3所示，边缘检测装置包括：图像采集系统、光源系统207以及不透光黑匣子206。所述的不透光黑匣子其上底面为一个与水平面成α角的斜面，在黑匣子前后两面靠近底部的中间部分分别有一个矩形豁口31，在两个豁口211下方的底座上固定一个条状介质固定环210如图3所示，其中间有一个圆孔32，黑匣子内部的四壁和底部附有黑色磨砂层。如图4所示，柔软介质41经过刀具42分割后，将分割后的边缘介质43从检测装置前面的固定环圆孔穿入到黑匣子底部的矩形豁口中，然后经过另一侧的矩形豁口并从固定环中的圆孔穿出，保证待测介质在检测过程中有稳定的张紧力，并且检测位置相对固定，从而减少测量过程中的误差。

所述光源系统207包括：光源驱动模块208和 LED光源209。其中LED光源由一个长方体构成，如图5所示，本实施例中光源由多个发光二极管51组成，并一字排列在长方体内顶部，同时在与发光二极管相对的底面嵌入散光板52，保证光线的均匀度和平行度。在固定LED光源之前，应调整LED光源两端高度，使之倾斜放置，与水平面夹角为β，保证光源系统发出光线与黑匣子底面所形成的入射角为α。在检测过程中为确保检测的准确性，光源的光线强度必须保持稳定，所以设计一个光源驱动模块，为发光二极管提供一个恒定不变的可调电流。

所述图像采集系统由光学镜头205、线性CCD传感器204、传感器驱动模块203以及信号处理模块202和图像采集系统外壳201组成。光学镜头与图像采集系统外壳组合在一起嵌在黑匣子顶斜面中下侧，并且光学镜头和线性CCD传感器需与斜面平行。传感器驱动模块为线性CCD传感器模块提供工作电压及合适的驱动脉冲信号，确保正常稳定工作。线性CCD传感器模块与传感器驱动模块耦接至信号处理模块。光源系统发出的平行光照射在待测介质表面及周围黑色区域，经反射后的光线进入光学镜头。可根据实际需要调节光学镜头的光栅以及焦距，使进入线性CCD传感器的光线对比度达到最优，经过光学镜头后可以获得一个放大的实像呈现在线性CCD传感器上。利用光学镜头不仅可以根据环境调整曝光强度，提高对比度，使线性CCD传感器采集到一个清晰放大的图像。线性CCD传感器在传感器驱动模块的作用下，将放大实像由光信号转换成对应的模拟电压信号并输出。在信号处理模块中，首先对模拟的电压信号进行放大、滤波处理，其次二值化电路采用浮动阈值法将预处理后的电压信号进行二值化处理（感应介质图像的像元素输出为高电平，其它的输出为低电平）；信号处理模块检测波形，分辨出高低电平的跳变点，即为待测物边缘位置；由传感器驱动脉冲的特点可以判断出跳变点所对应的像素编号，找出两个跳变点对应的像素编号，根据线性CCD传感器硬件参数计算出实像的实际宽度；通过检测已知宽度的介质对检测装置进行标定，信号处理模块根据标定值与实像的实际宽度计算出待测介质的实际宽度，转换成十六进制数并通过串口输出。

在本发明检测颜色较深的另一实施实例中，将黑匣子底部换成白色背景，用来检测黑色介质，以提高待测物的识别度，输出的数据也相当准确，检测精度也是比较高的。本发明不限于此。

本发明的技术效果：用户可以根据自己的需要对本发明中的相关部件进行修改，以适应对不同介质的检测。用户将待测物从固定件圆孔和黑匣子底部豁口穿进边缘检测装置，并在另一侧的豁口和圆孔中穿出，在较短的时间内会输出待测物的实际宽度数据。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不同位置的宽度数据。

本发明还会得到的技术效果：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。

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 (6)

1. 一种柔软介质边缘检测方法，其特征在于包括：被检测的柔软介质经过固定排列的刀具切割后，通过图像采集系统检测其边缘丝线的宽度，以确定柔软介质边缘与同侧割刀的边缘刀片的相对位置。

2.如权利1所述的边缘检测方法，其特征在于：所述的图像采集系统检测边缘丝线的宽度，是通过图像采集系统中线性CCD传感器对待测介质反射光线所呈的实像进行检测而实现的。

3.一种柔软介质边缘检测装置，包括不透光黑匣子、图像采集系统和光源系统，其特征在于：所述不透光黑匣子顶部是与水平面成α角的斜面，在靠近斜面底部的中间部分有一个圆孔；用于安装图像采集系统中的光学镜头，黑匣子内部四壁是黑色磨砂层，减少反射光线对测量精度的影响；黑匣子前后两面底边中央部分各有一个矩形豁口，以便待测介质穿过检测装置；黑匣子底座前后中间位置各固定一个条状耐磨固定环，固定框中间有圆孔，待测介质从此孔穿进黑匣子矩形豁口，并保证待测介质匀速穿过检测装置时，保持稳定的张紧力，所述光源系统位于斜面顶端中央下方。

4.如权利3所述的边缘检测装置，其特征在于：所述光源系统包括LED光源、光源驱动模块、散光板和光源系统外壳，其中光源驱动模块为LED光源提供稳定的可调电流；LED光源倾斜放置，其下方内嵌散光板，以确保在正常工作时产生一束均匀平行光，保证从光源产生的平行光与黑匣子内部底面的入射角为α。

5.如权利4所述的边缘检测装置，其特征在于：所述LED光源为一条状长方体，其内部顶端固定有一字排列的多个单色发光二极管；长方体底部用散光板密封，使光源射出均匀的平行光。

6.如权利3所述的边缘检测装置，其特征在于：所述图像采集系统包括光学镜头、线性CCD传感器、传感器驱动模块和信号处理模块，其中光学镜头嵌在黑匣子斜面圆孔中并与图像采集系统外壳相接，同时保证在黑匣子底部发生镜面反射的反射光线垂直进入光学镜头；线性CCD传感器耦接至传感器驱动模块和信号处理模块。