CN106441127B - 一种管材直径及表面凹凸检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管材直径及表面凹凸检测仪，包括形成发光单元的红外光发射电路和第一光学镜头，以及依序相连形成成像处理单元的第二光学镜头、光成像模块和处理器，且发光单元与成像处理单元之间预留有一定距离用于置放待测管材；红外光发射电路通过第一光学镜头向待测管材发射三路红外光，包括三个红外光发射源、一恒流管及一温度补偿电路；光成像模块接收通过待测管材时形成的遮挡阴影图像，并转换成电荷包后再转换为时序电压信号；处理器用于接收时序电压信号并进行二值化分析处理后，生成待测管材直径及表面凹凸对应的数据。实施本发明，能够同时检测管材直径及表面凹凸，且具有成本低廉，维修简便、易操作，检测数据准确等优点。

Description

一种管材直径及表面凹凸检测仪

技术领域

本发明涉及图像监控技术领域，尤其涉及一种管材直径及表面凹凸检测仪。

背景技术

市场上的管材（如电线电缆、钢管、玻璃管、PVC管等一些圆形或扁形材料）由于生产标准的要求，在生产过程中必须对管材直径及其表面凹凸进行检测和控制，否则将会生产出报废产品，造成巨大经济损失。然而管材直径及其表面凹凸检测仪由于技术原因全部依赖于进口，导致价格昂贵，订货周期长，且维修复杂，替换件还需到国外换，给使用者带来很大的麻烦。

现有技术中，国内的管材直径及其表面凹凸检测仪有两种：（一）激光测径仪，激光测径仪是一种基于激光扫描测量原理，对直径、厚度、宽度、形等进行快速非接触测量的专业设备。 激光扫描测量技术利用激光光源优良的焦点特性，使用快速飞点光扫描测量原理，实现对直径、厚度等几何量的精密测量，其应用系统是实施非接触精密测量和控制的重要技术手段，缺点在于只能检测直径不能检测凹凸；（二）凹凸检测器，通过，红外光幕高速扫描检测到均匀地段的平均值判断管材的凹凸缺陷，通过MCU做出判断，输出信号，缺点在于测量精度低，不能检测出凹凸量大小和直径。

因此，亟需一种管材直径及表面凹凸检测仪，既能检测管材直径，也能检测管材表面凹凸，且具有成本低廉，维修简便、易操作，检测数据准确等优点。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种管材直径及表面凹凸检测仪，能够同时检测管材直径及表面凹凸，且具有成本低廉，维修简便、易操作，检测数据准确等优点。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种管材直径及表面凹凸检测仪，包括红外光发射电路、第一光学镜头、第二光学镜头、光成像模块和处理器；其中，

所述红外光发射电路与所述第一光学镜头相连形成发光单元，所述第二光学镜头、所述光成像模块及所述处理器依序相连形成成像处理单元，且所述发光单元与所述成像处理单元之间预留有一定距离用于置放待测管材；

所述红外光发射电路用于通过所述第一光学镜头向所述待测管材发射三路红外光，包括三个红外光发射源、一恒流管及一温度补偿电路；其中，所述三个红外光发射源与所述恒流管串接在一起，并在所述恒流管的两端上并接有所述温度补偿电路；

所述光成像模块用于接收所述第二光学镜头汇聚所述三路红外光通过所述待测管材时形成的遮挡阴影图像，并将所述形成的遮挡阴影图像转换成电荷包，且进一步将所述电荷包转换为时序电压信号；

所述处理器用于接收所述时序电压信号并进行二值化分析处理后，生成所述待测管材直径及表面凹凸对应的数据。

其中，所述成像处理单元还包括位于所述光成像模块及所述处理器之间的放大电路，所述放大电路用于将所述时序电压信号进行放大。

其中，所述光成像模块为可见光CMOS成像模块，所述可见光CMOS成像模块包括由光电二极管阵列构成的像敏模块阵列和MOS场效应管集成电路。

其中，所述管材直径及表面凹凸检测仪还包括设置于所述成像处理单元中的存储模块，且所述存储模块与所述处理器相连。

其中，所述管材直径及表面凹凸检测仪还包括由液晶屏形成的显示单元，且所述显示单元与所述处理器相连，用于显示所述待测管材直径及表面凹凸对应的数据。

其中，所述三个红外光发射源均为发光二极管。

其中，所述温度补偿电路由型号为RCT500的可变电阻形成。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于管材直径及表面凹凸检测仪中的红外光发射电路、第一光学镜头、第二光学镜头、光成像模块和处理器等采用模块化设计，因此具有成本低廉，维修简便、易操作等优点；

2、在本发明实施例中，由于管材直径及表面凹凸检测仪中红外光发射电路的三个红外光发射源可以同时发射红外光照射在待测管材上，通过成像模块接收形成遮挡阴影图像并转换为时序电压信号，在处理器中进行分析处理，生成待测管材直径及表面凹凸对应的数据，因此能够同时检测管材直径及表面凹凸，检测数据准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的管材直径及表面凹凸检测仪的系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的管材直径及表面凹凸检测仪中红外光发射电路的应用场景图；

图3为本发明实施例提供的管材直径及表面凹凸检测仪的应用场景图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。用于将光信号转变成模拟信号并统计紫外光子数目的用于将模拟信号转变成数字信号的

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种管材直径及表面凹凸检测仪，包括红外光发射电路11、第一光学镜头12、第二光学镜头21、光成像模块22和处理器23；其中，

红外光发射电路11与第一光学镜头12相连形成发光单元1，第二光学镜头21、光成像模块22及处理器23依序相连形成成像处理单元2，且发光单元1与成像处理单元2之间预留有一定距离用于置放待测管材；

红外光发射电路11用于通过第一光学镜头12向待测管材发射三路红外光，包括三个红外光发射源111、一恒流管112及一温度补偿电路113；其中，三个红外光发射源111与恒流管112串接在一起，并在恒流管112的两端上并接有温度补偿电路113，从而使得三个红外光发射源111通过高精度的恒流管112确保发射电流的一致性，同步发射的三路红外光，而温度补偿电路113减少了温度漂移对后续测量结果精度的影响；

光成像模块22用于接收第二光学镜头21汇聚三路红外光通过待测管材时形成的遮挡阴影图像，并将形成的遮挡阴影图像转换成电荷包，且进一步将电荷包转换为时序电压信号；

处理器23用于接收时序电压信号并进行二值化分析处理后，生成待测管材直径及表面凹凸对应的数据。

应当说明的是，发光单元1与成像处理单元2可相对设置于管材直径及表面凹凸检测仪中，以确保红外光发射电路11产生的红外光能够照射在待测管材上，并被光成像模块22接收。第一光学镜头12和第二光学镜头21均为普通的光学透镜即可。

在一个实施例中，红外光发射电路11中的三个红外光发射源111均为发光二极管；温度补偿电路113由型号为RCT500的可变电阻形成，如图2所示，为红外光发射电路11的应用场景图；其中，D3、D4和D5为三个红外光发射源111，R1为恒流管112，RCT500为温度补偿电路113。

更进一步的，成像处理单元2还包括位于光成像模块22及处理器23之间的放大电路24，放大电路24用于将所述时序电压信号进行放大。

更进一步的，光成像模块22为可见光CMOS成像模块，该可见光CMOS成像模块包括由光电二极管阵列构成的像敏模块阵列（即线阵CCD或面阵CCD）和MOS场效应管集成电路。

更进一步的，管材直径及表面凹凸检测仪还包括设置于成像处理单元2中的存储模块25，且存储模块25与处理器23相连。

更进一步的，管材直径及表面凹凸检测仪还包括由液晶屏形成的显示单元3，且显示单元3与处理器23相连，用于显示待测管材直径及表面凹凸对应的数据。

本发明实施例提供的管材直径及表面凹凸检测仪的工作原理为：将待测管材置于物方视场中（即发光单元1与成像处理单元2之间预留的距离中），将光成像模块22中像敏模块阵列（线阵CCD）的像敏面安装在成像的最佳像面位置上。

当被三个红外光源均匀照明的待测管材通过第二光学镜头21成像到线阵CCD的像敏面上时，由于待测管材的成像呈黑白分明的光强分布，使得线阵CCD的像敏单元上生成待测管材尺寸信息的电荷包，通过线阵CCD及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为时序电压信号（输出波形）。根据输出波形，在处理器23中得到待测管材在像方的尺寸，再根据成像物镜的物像关系，找出光学成像系统（第一光学镜头12和第二光学镜头21）的放大倍率β，便可以利用公式（1）计算出待测管材的实际尺寸D

D=D′/ β （1）

式（1）中，D′为计算出的待测管材尺寸的理论数据。

由于线阵CCD的输出信号随光强的变化呈线形变化关系，因此，可用阵CCD的输出信号模拟光强分布，而采用二值化处理方法将待测管材信息检测出来是简单快捷的方法。

如图3所示，对本发明实施例提供的管材直径及表面凹凸检测仪的应用场景做进一步说明：

由于管材（F1）的外型一般为圆柱形，为了能够精确的检测出整个表面采用了Y ，X， Z的3路红外发射源（D1至D3），接收采用西门子的工业线阵列CCD红外光线阵，3路红外光通过第一光学镜头扩散成平行光照在与之成直线的3路第二光学镜头上，第二光学镜头将平行光汇聚成光束到接收CCD（C1至C3）上形成光电转换过程，在正常测量时由于管材（F1）挡在发射和接收上使CCD上形成了部分阴影，处理器根据CCD上的阵列，计算出直径和表面凹凸量，通过中文显示器显示出相关数据。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于管材直径及表面凹凸检测仪中的红外光发射电路、第一光学镜头、第二光学镜头、光成像模块和处理器等采用模块化设计，因此具有成本低廉，维修简便、易操作等优点；

2、在本发明实施例中，由于管材直径及表面凹凸检测仪中红外光发射电路的三个红外光发射源可以同时发射红外光照射在待测管材上，通过成像模块接收形成遮挡阴影图像并转换为时序电压信号，在处理器中进行分析处理，生成待测管材直径及表面凹凸对应的数据，因此能够同时检测管材直径及表面凹凸，检测数据准确。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种管材直径及表面凹凸检测仪，其特征在于，包括红外光发射电路、第一光学镜头、第二光学镜头、光成像模块和处理器；其中，

所述红外光发射电路与所述第一光学镜头相连形成发光单元，所述第二光学镜头、所述光成像模块及所述处理器依序相连形成成像处理单元，且所述发光单元与所述成像处理单元之间预留有一定距离用于置放待测管材；

所述红外光发射电路用于通过所述第一光学镜头向所述待测管材发射三路红外光，包括三个红外光发射源、一恒流管及一温度补偿电路；其中，所述三个红外光发射源与所述恒流管串接在一起，并在所述恒流管的两端上并接有所述温度补偿电路；

所述光成像模块用于接收所述第二光学镜头汇聚所述三路红外光通过所述待测管材时形成的遮挡阴影图像，并将所述形成的遮挡阴影图像转换成电荷包，且进一步将所述电荷包转换为时序电压信号；

所述处理器用于接收所述时序电压信号并进行二值化分析处理后，生成所述待测管材直径及表面凹凸对应的数据；

光成像模块为可见光CMOS成像模块，该可见光CMOS成像模块包括由光电二极管阵列构成的像敏模块阵列和MOS场效应管集成电路，该光电二极管阵列构成的像敏模块阵列为即线阵CCD；

其中待测管材直径是通过以下方法获得：被三个红外光发射源均匀照明的待测管材通过第二光学镜头成像到线阵CCD的像敏面上时，由于待测管材的成像呈黑白分明的光强分布，使得线阵CCD的像敏单元上生成待测管材尺寸信息的电荷包，通过线阵CCD及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为时序电压信号，并输出波形，根据输出波形，在处理器中得到待测管材在像方的尺寸，再根据成像物镜的物像关系，找出光学成像系统中第一光学镜头和第二光学镜头的放大倍率β，便可以利用公式(1)计算出待测管材的实际尺寸D

D＝D′/β (1)

式(1)中，D′为计算出的待测管材尺寸的理论数据；

其中待测管材表面凹凸数据是通过以下方法获得：

由于管材的外型一般为圆柱形，为了能够精确的检测出整个表面，所述的三个红外光发射源采用了Y，X，Z坐标布置，三个红外光发射源的3路红外光通过第一光学镜头扩散成平行光照在与之成直线的3路第二光学镜头上，第二光学镜头将平行光汇聚成光束到用于接收的三路线阵CCD上形成光电转换过程，在正常测量时由于管材挡在发射和接收上使线阵CCD上形成了部分阴影，处理器根据线阵CCD上的阵列，计算出直径和表面凹凸量。

2.如权利要求1所述的管材直径及表面凹凸检测仪，其特征在于，所述成像处理单元还包括位于所述光成像模块及所述处理器之间的放大电路，所述放大电路用于将所述时序电压信号进行放大。

3.如权利要求2所述的管材直径及表面凹凸检测仪，其特征在于，所述管材直径及表面凹凸检测仪还包括设置于所述成像处理单元中的存储模块，且所述存储模块与所述处理器相连。

4.如权利要求3所述的管材直径及表面凹凸检测仪，其特征在于，所述管材直径及表面凹凸检测仪还包括由液晶屏形成的显示单元，且所述显示单元与所述处理器相连，用于显示所述待测管材直径及表面凹凸对应的数据。

5.如权利要求4所述的管材直径及表面凹凸检测仪，其特征在于，所述三个红外光发射源均为发光二极管。

6.如权利要求5所述的管材直径及表面凹凸检测仪，其特征在于，所述温度补偿电路由型号为RCT500的可变电阻形成。