CN107345918A - 一种板材质量检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板材质量检测装置及方法。装置包括：激光扫描装置、硅光电池串联组、信号处理及控制电路；所述激光扫描装置在所述信号处理及控制电路的控制下，将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；所述硅光电池串联组将板材表面反射的激光转换成电压信号；所述信号处理及控制电路用于根据所述电压信号的大小估计板材的质量。本发明的装置和方法，根据板材和板材表面的斑点对激光的反射能力不同，通过检测板材表面反射激光的强度，进行板材质量的评估，无需获取板材表面的图像信息，并对其进行复杂的分析，易于实现。

Description

一种板材质量检测装置及方法

技术领域

本发明涉及质量检测领域，特别涉及一种板材质量检测装置及方法。

背景技术

人造板出厂包装前，需要根据板材表面质量好坏进行分等堆垛。德国格雷康(GreCon)有针对人造板生产的一系列质量检测设备，但价格昂贵。国内检测设备主要针对纺织、造纸、薄膜、太阳能板等生产线，目前没有为人造板生产量身定制的设备。由于经济性考虑，目前国内大多数人造板生产厂家仍选择使用人工翻检判等，效率低下且存在误判。

目前对板材表面质量检测的研究主要针对实木板，主要使用机器视觉手段，研究热点在于图像处理与缺陷信息提取的算法研究，但是机器视觉的检测方式的实现和使用都很复杂。

发明内容

本发明的目的是，为了使板材质量检测更加的简单易行，提供一种板材质量检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种板材质量检测装置，包括：激光扫描装置、硅光电池串联组、信号处理及控制电路；

所述激光扫描装置用于将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；

所述板材表面将照射到所述板材表面不同位置的激光反射至所述硅光电池串联组；

所述硅光电池串联组与所述信号处理及控制电路连接，所述硅光电池串联组用于将所述板材表面反射的激光转换成电压信号，并将所述电压信号传送给所述信号处理及控制电路；

所述信号处理及控制电路用于对所述电压信号进行处理并根据所述电压信号的大小估计板材的质量。

可选的，所述激光扫描装置包括点光源和旋镜；

所述点光源的控制端与所述信号处理及控制电路连接，用于在所述信号处理及控制电路的控制下发出激光，并将所述激光照射到旋镜；

所述旋镜的控制端与所述信号处理及控制电路连接，用于在所述信号处理及控制电路控制下将所述点光源发出的激光反射至板材表面的不同位置，对所述板材表面进行点阵式扫描。

可选的，所述旋镜包括驱动电机、单面平面镜、转轴和支架，所述驱动电机固定安装于支架上，所述转轴的一端与所述驱动电机的输出轴固定连接，所述转轴的另一端与所述单面平面镜固定连接，所述驱动电机的控制端与所述信号处理及控制电路连接；

所述驱动电机在所述信号处理及控制电路的控制下通过所述转轴驱动所述单面平面镜以一定的周期旋转，使所述单面平面镜反射的激光照射到所述板材表面的不同位置，实现点阵式激光扫描。

可选的，所述信号处理及控制电路包括窗口比较器和控制器，所述窗口比较器与所述硅光电池串联组连接，用于将所述硅光电池串联组输出的电压信号与阈值电压进行比较，判断所述电压信号是否高于所述阈值电压的上限或低于所述阈值电压的下限，若是，则输出高电平，若否，则输出低电平；所述窗口比较电压器还与所述控制器连接，用于将输出的电平信号输送给所述控制器；

所述控制器用于根据所述电平信号判断所述电平信号对应的板材表面的位置是否为斑点；

所述控制器还用于统计斑点的数量，根据质量的数量判断所述板材的质量。

所述板材质量检测装置，还包括板材位置传感器，所述板材位置传感器与所述信号处理及控制电路连接，所述板材位置传感器用于检测板材是否正处于检测区域，得到板材位置检测结果，并将检测结果发送给所述信号处理及控制电路；

所述信号处理及控制电路还用于根据所述板材位置检测结果判断是否控制所述激光扫描装置进行激光扫描。

所述板材质量检测装置，还包括扫描开始位置传感器，所述扫描开始位置传感器与所述信号处理及控制电路连接，所述扫描开始位置传感器用于检测所述激光扫描装置产生的激光是否在扫描开始位置，得到扫描开始位置检测结果，并将所述扫描开始位置检测结果发送给所述信号处理及控制电路；

所述信号处理及控制电路，还用于根据所述扫描开始位置检测结果，判断是否开始统计斑点数量，进行板材评估。

一种板材质量检测方法，所述方法应用于板材质量检测装置，包括如下步骤：

激光扫描装置将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；

板材将照射到其表面的激光发射到硅光电池串联组；

硅光电池串联组将板材表面反射的激光转换成电压信号；

信号处理及控制电路对所述电压信号进行处理并根据所述电压信号的大小估计板材的质量。

可选的，所述激光扫描装置将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描之前还包括如下步骤：

步骤501，板材位置传感器检测板材位置信号，得到板材位置检测结果；

步骤502，所述信号处理及控制电路根据所述板材位置检测结果判断板材是否正处于检测区域，若是，则控制激光扫描装置对所述板材表面进行激光扫描；若否，则执行步骤501。

可选的，所述信号处理及控制电路根据所述电压信号的大小估计板材的质量之前，还包括步骤：

步骤601，所述扫描开始位置传感器检测开始扫描位置的激光信号，得到扫描开始位置检测结果；

步骤602，所述信号处理及控制电路根据所述扫描开始位置检测结果判断所述激光扫描装置产生的激光是否在扫描开始位置；若是，根据所述电压信号的大小估计板材的质量，若否，则执行步骤601。

可选的，所述信号处理及控制电路根据所述电压信号的大小估计板材的质量，具体包括：

信号处理及控制电路根据电压信号的大小确定板材表面不同位置反射的激光的强弱，判断该位置是否为斑点；

信号处理及控制电路统计斑点的数量，根据斑点的数量估计板材的质量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种板材质量检测装置及方法，包括激光扫描装置、硅光电池串联组、信号处理及控制电路；所述激光扫描装置在所述信号处理及控制电路的控制下，将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；所述硅光电池串联组将板材表面反射的激光转换成电压信号；所述信号处理及控制电路用于根据所述电压信号的大小估计板材的质量。本发明的装置和方法，根据板材和板材表面的斑点对激光的反射能力不同，通过检测板材表面反射激光的强度，进行板材质量的评估，无需获取板材表面的图像信息，并对其进行复杂的分析，易于实现。

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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种板材质量检测装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种板材质量检测装置的另一个实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的一种板材质量检测装置的窗口比较器的电路图；

图4为本发明提供的一种板材质量检测方法的流程图；

图5为本发明提供的一种板材质量检测方法的板材位置判断方法的流程图；

图6为本发明提供的一种板材质量检测方法的扫描开始位置判断方法的流程图；

图7为本发明提供的一种板材质量检测方法的点阵式激光扫描的原理图；

图8为本发明提供的一种板材质量检测方法的采样时间计算方法的原理图；

其中，201为点光源，202为旋镜，203为驱动电机，204为遮光盒，205为单面平面镜，206为扫描开始位置传感器，207为板材位置传感器。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种板材质量检测装置及方法，以使板材质量检测更加的简单易行。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种板材质量检测装置，包括：激光扫描装置101、硅光电池串联组102、信号处理及控制电路103；

所述激光扫描装置101用于将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；

所述板材表面将照射到所述板材表面不同位置的激光反射至所述硅光电池串联组102；

所述硅光电池串联组102与所述信号处理及控制电路103连接，所述硅光电池串联组用于将所述板材表面反射的激光转换成电压信号，并将所述电压信号传送给所述信号处理及控制电路103；具体的，所述硅光电池串联组与所述板材表面的扫描线平行安装，距离扫描线8-10厘米，所述相邻两硅光电池间的间距一致；所述硅光电池串联组安装范围大于检测区域，以避免木板两边采集到的电压信号比木板中间采集到的电压信号低，造成误判；

所述信号处理及控制电路103用于对所述电压信号进行处理并根据所述电压信号的大小估计板材的质量。

可选的，如图2所示，所述激光扫描装置101包括点光源201和旋镜202；

所述点光源201的控制端与所述信号处理及控制电路103连接，用于在所述信号处理及控制电路的控制下发出激光，并将所述激光照射到所述旋镜202；

所述旋镜202的控制端与所述信号处理及控制电路103连接，用于在所述信号处理及控制电路103控制下将所述点光源发出的激光反射至板材表面的不同位置，对所述板材表面进行点阵式扫描。

可选的，所述旋镜202包括驱动电机203、单面平面镜205、转轴和支架，所述驱动电机203固定安装于支架上，所述转轴的一端与所述驱动电机203的输出轴固定连接，所述转轴的另一端与所述单面平面镜205固定连接，所述驱动电机203的控制端与所述信号处理及控制电路103连接；具体的，所述支架的尺寸可伸缩调整，且落地安装，并且与传送带不接触，以避免机械振动导致检测误差；

所述驱动电机用于在所述信号处理及控制电路的控制下通过所述转轴驱动所述单面平面镜以一定的周期旋转，使所述单面平面镜反射的激光照射到所述板材表面的不同位置，实现点阵式激光扫描。

具体的，所述旋镜202还包括遮光盒204，所述遮光盒204用于防止装置异常反光，造成误判，进而防止在扫描时，激光的光点触发生产线上其他环节上是光电传感器，造成误动作。

可选的，所述信号处理及控制电路103包括窗口比较器和控制器，所述窗口比较器与所述硅光电池串联组连接，用于将所述硅光电池串联组输出的电压信号与阈值电压进行比较，判断所述电压信号是否高于所述阈值电压的上限或低于所述阈值电压的下限，若是，则输出高电平，若否，则输出低电平；所述窗口比较电压器还与所述控制器连接，用于将输出的电平信号输送给所述控制器；

所述控制器用于根据所述电平信号判断所述电平信号对应的板材表面的位置是否为白斑；

所述控制器还用于统计斑点的数量，根据斑点的数量判断所述板材的质量。

具体的，如图3所示，所述窗口比较器包括电压比较集成电路LM339和窗口比较器的上限电压调节电阻R1、窗口比较器的下限电压调节电阻R2和电压比较集成电路LM339输出电压调节电阻R5；所述上限电压调节电阻R1和所述下限电压调节电阻R2与所述电压比较集成电路LM339的输入端连接，所述输出电压调节电阻R5与所述电压比较集成电路的输出端连接；

调整R5，可调节LM339芯片各输出信号的电压值至FPGA要求输入电压3.3V；

窗口比较器上下限电压调整的方式为：

将激光光点静止投射在板材表面的板材上，获得电压信号h0为中间值；

将激光光电对准一个白斑，调节R1，使窗口比较器上限电压值缓慢下降，直至窗口比较器输出正好翻转，说明比较器能对该斑点做出正确反应，此时停止R1的调整；

将激光光点对准一黑斑，调整R2，使窗口比较器下限电压值缓慢上升，直至窗口比较器输出正好翻转，说明比较器能对该斑点做出正确反应，此时停止R2的调整；

所述窗口比较器还包括，板材位置信号翻转电压调节电阻R3、扫描点信号翻转电压调节电阻R4，分别用于调节板材位置信号和扫描点信号的翻转电压。

具体的，所述控制为FPGA处理器。

可选的，所述板材质量检测装置还包括板材位置传感器207，所述板材位置传感器207与所述信号处理及控制电路103连接，用于检测板材是否正处于检测区域，得到板材位置检测结果，并将检测结果发送给所述信号处理及控制电路103；具体的，所述板材位置传感器207为硅光电池，所述硅光电池安装于检测区域的开始位置，并与检测区域平面平齐，当板材处于检测区域时，板材将光线挡住，硅光电池输出的电压为零电压，当板材不处于检测区域时，硅光电池输出正电压。

所述信号处理及控制电路103还用于根据所述板材位置检测结果判断是否控制所述激光扫描装置101进行激光扫描；

具体的，所述零电压或所述正电压输入至所述信号处理及控制电路103的窗口比较器，通过所述窗口比较器将所述正电压转换成“1”，将所述零电压转换成“0”，若为“0”，则所述信号处理及控制电路控制所述激光扫描装置开始激光扫描；

具体的，所述窗口比较器还包括板材位置检测结果比较电压调节电阻R4，R4与LM339的输入端连接，用于调节板材位置检测结果比较电压的大小。

可选的，所述板材质量检测装置还包括扫描开始位置传感器206，所述扫描开始位置传感器206与所述信号处理及控制电路103连接，用于检测所述激光扫描装置101产生的激光是否在扫描开始位置，得到扫描开始位置检测结果，并将所述扫描开始位置检测结果发送给所述信号处理及控制电路；具体的，所述扫描开始位置传感器206为硅光电池，所述硅光电池安装于检测区域的开始位置，并设置于检测区域平面之上，当所述激光扫描装置发出的激光照射到所述硅光电池时，所述硅光电池输出高电压，当没有激光照射时，所述硅光电池输出低电压；

所述信号处理及控制电路103，还用于根据所述扫描开始位置检测结果，判断是否开始统计斑点数量，进行板材质量评估；

具体的，所述高电压或所述低电压输入至所述信号处理及控制电路103的窗口比较器，通过所述窗口比较器将所述高电压转换成“1”，将所述低电压转换成“0”，若为“1”，则所述信号处理及控制电路开始统计斑点数量，并根据斑点的数量进行板材质量的评估；

具体的，所述窗口比较器还包括扫描开始位置检测结果比较电压调节电阻R3，R3与LM339的输入端连接，用于调节扫描开始位置检测结果比较电压的大小。

所述板材质量检测装置还包括背景板，所述背景板在所述木材的下面，所述背景板的颜色略同于待检测的木材的颜色，并且尺寸大于所述木材的尺寸。

一种板材质量检测方法，所述方法应用于所述板材质量检测装置，包括如下步骤：

步骤401、激光扫描装置将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；

步骤402、板材将照射到其表面的激光发射到硅光电池串联组；

步骤403、硅光电池串联组将板材表面反射的激光转换成电压信号；

步骤404、信号处理及控制电路对所述电压信号进行处理并根据所述电压信号的大小估计板材的质量。

具体的，步骤401所述激光扫描装置将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描的实现原理包括：

如图7，激光扫描装置中的旋镜以一定的周期T匀速旋转，一个采样时间t，对应板材表面的间距x；

其中t和x之间的对应关系，可根据图8求出，如图8所示，旋镜中心Q与检测区域中心点正对，t与x的对应关系为：

θ为间距为x时对应的旋镜的旋转角度，F为扫描开始位置检测区域中点位置的间距，H为旋镜旋转中心距检测面的高度。

可选的，如图5所示所述激光扫描装置在所述信号处理及控制电路的控制下，将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描之前还包括如下步骤：

步骤501，板材位置传感器检测板材位置信号，得到板材位置检测结果；具体的，所述板材位置检测结果为零电压或正电压；

步骤502，所述信号处理及控制电路根据所述板材位置检测结果，判断板材是否正处于检测区域，若是，则控制激光扫描装置对所述板材表面进行激光扫描；若否，则执行步骤501；具体的，所述信号处理及控制电路首先将零电压转成“0”，将正电压转换成“1”，再根据转换后的电平判断板材是否处于检测区域，若转换后的电平为“0”，则判断结果为是，若转换后的电平为“1”则判断结果为否。

可选的，如图6所示所述信号处理及控制电路根据所述电压信号的大小估计板材的质量之前，还包括步骤：

步骤601，所述扫描开始位置传感器检测开始扫描位置的激光信号，得到扫描开始位置检测结果，具体的，所述扫描开始位置检测结果为高电压或低电压；

步骤602，所述信号处理及控制电路根据所述扫描开始位置检测结果判断所述激光扫描装置产生的激光是否在扫描开始位置；若是，根据所述电压信号的大小估计板材的质量，若否，则执行步骤601；具体的，所述信号处理及控制电路首先将高电压转成“1”，将低电压转换成“0”，再根据转换后的电平判断所述激光扫描装置产生的激光是否在扫描开始位置，若转换后的电平为“1”，则判断结果为是，若转换后的电平为“0”则判断结果为否。

可选的，所述信号处理及控制电路根据所述电压信号的大小估计板材的质量，具体包括：

所述信号处理及控制电路根据电压信号的大小确定板材表面不同位置反射的激光的强弱，判断该位置是否为斑点；

所述信号处理及控制电路统计斑点的数量，根据斑点的数量估计板材的质量。

在具体的实施过程中，为防止外界光线变化影响，本发明提供的装置通过加装遮光外壳或工作在暗室环境，且除旋转平面镜外不允许出现任何可发生镜面反射的部件，但由于硅光电池在低光照时输出波形纹波很大，会造成坏点误判，需要在装置内增设发光均匀的可调照度的白色LED带，提高检测区域的照度，使硅光电池工作在纹波较小，又未达到饱和的区域，保证装置对色差的敏感与判断的准确性；所述信号处理及控制电路将质量检测结果输出给生产线的PLC，作为后续堆垛工序的指令。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种板材质量检测装置及方法，包括激光扫描装置、硅光电池串联组、信号处理及控制电路；所述激光扫描装置在所述信号处理及控制电路的控制下，将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；所述硅光电池串联组将板材表面反射的激光转换成电压信号；所述信号处理及控制电路用于根据所述电压信号的大小估计板材的质量。本发明的装置和方法，根据板材和板材表面的斑点对激光的反射能力不同，通过检测板材表面反射激光的强度，进行板材质量的评估，无需获取板材表面的图像信息，并对其进行复杂的分析，易于实现。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种板材质量检测装置，其特征在于，包括：激光扫描装置、硅光电池串联组、信号处理及控制电路；

所述激光扫描装置用于将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；

所述板材表面将照射到所述板材表面不同位置的激光反射至所述硅光电池串联组；

所述硅光电池串联组与所述信号处理及控制电路连接，所述硅光电池串联组用于将所述板材表面反射的激光转换成电压信号，并将所述电压信号传送给所述信号处理及控制电路；

所述信号处理及控制电路用于对所述电压信号进行处理并根据所述电压信号的大小估计板材的质量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光扫描装置包括点光源和旋镜；

所述点光源的控制端与所述信号处理及控制电路连接，用于在所述信号处理及控制电路的控制下发出激光，并将所述激光照射到旋镜；

所述旋镜的控制端与所述信号处理及控制电路连接，用于在所述信号处理及控制电路控制下将所述点光源发出的激光反射至板材表面的不同位置，对所述板材表面进行点阵式扫描。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述旋镜包括驱动电机、单面平面镜、转轴和支架，所述驱动电机固定安装于支架上，所述转轴的一端与所述驱动电机的输出轴固定连接，所述转轴的另一端与所述单面平面镜固定连接，所述驱动电机的控制端与所述信号处理及控制电路连接；

所述驱动电机在所述信号处理及控制电路的控制下通过所述转轴驱动所述单面平面镜以一定的周期旋转，使所述单面平面镜反射的激光照射到所述板材表面的不同位置，实现点阵式激光扫描。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理及控制电路包括窗口比较器和控制器，所述窗口比较器与所述硅光电池串联组连接，用于将所述硅光电池串联组输出的电压信号与阈值电压进行比较，判断所述电压信号是否高于所述阈值电压的上限或低于所述阈值电压的下限，若是，则输出高电平，若否，则输出低电平；所述窗口比较电压器还与所述控制器连接，用于将输出的电平信号输送给所述控制器；

所述控制器用于根据所述电平信号判断所述电平信号对应的板材表面的位置是否为斑点；

所述控制器还用于统计斑点的数量，根据质量的数量判断所述板材的质量。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括板材位置传感器，所述板材位置传感器与所述信号处理及控制电路连接，所述板材位置传感器用于检测板材是否正处于检测区域，得到板材位置检测结果，并将检测结果发送给所述信号处理及控制电路；

所述信号处理及控制电路还用于根据所述板材位置检测结果判断是否控制所述激光扫描装置进行激光扫描。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括扫描开始位置传感器，所述扫描开始位置传感器与所述信号处理及控制电路连接，所述扫描开始位置传感器用于检测所述激光扫描装置产生的激光是否在扫描开始位置，得到扫描开始位置检测结果，并将所述扫描开始位置检测结果发送给所述信号处理及控制电路；

所述信号处理及控制电路，还用于根据所述扫描开始位置检测结果，判断是否开始统计斑点数量，进行板材评估。

7.一种板材质量检测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-6任一项所述的装置，包括如下步骤：

激光扫描装置将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描；

板材将照射到其表面的激光发射到硅光电池串联组；

硅光电池串联组将板材表面反射的激光转换成电压信号；

信号处理及控制电路对所述电压信号进行处理并根据所述电压信号的大小估计板材的质量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述激光扫描装置将激光照射到板材表面的不同位置，对板材表面进行激光扫描之前还包括如下步骤：

步骤501，板材位置传感器检测板材位置信号，得到板材位置检测结果；

步骤502，所述信号处理及控制电路根据所述板材位置检测结果判断板材是否正处于检测区域，若是，则控制激光扫描装置对所述板材表面进行激光扫描；若否，则执行步骤501。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述信号处理及控制电路根据所述电压信号的大小估计板材的质量之前，还包括步骤：

步骤601，所述扫描开始位置传感器检测开始扫描位置的激光信号，得到扫描开始位置检测结果；

步骤602，所述信号处理及控制电路根据所述扫描开始位置检测结果判断所述激光扫描装置产生的激光是否在扫描开始位置；若是，根据所述电压信号的大小估计板材的质量，若否，则执行步骤601。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述信号处理及控制电路根据所述电压信号的大小估计板材的质量，具体包括：

信号处理及控制电路根据电压信号的大小确定板材表面不同位置反射的激光的强弱，判断该位置是否为斑点；

信号处理及控制电路统计斑点的数量，根据斑点的数量估计板材的质量。