CN111721235B - 一种光电式边缘检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光电式边缘检测系统及其检测方法，包括光源，所述光源通过准直器与光阑相配合，光阑与位置敏感光电探测器相配合，根据待测物材质的不同光学性质，光源、准直器和光阑与位置敏感光电探测器位于待测物体同侧或两侧，位置敏感光电探测器与信号处理单元相连接。本发明通过将物体边缘检测转化为测量光束光斑强度中心位置变化检测，实现了物体边缘的非接触、高精度检测，能够针对不同待测物体边缘特征，通过特定光阑对测量光束进行相应整形，大大提高物体边缘检测的灵敏度和稳定性；并且本发明整体结构简单灵活，可针对不同光学性质的材质进行调整，便于现场测量。

Description

一种光电式边缘检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及光电检测的技术领域，尤其涉及一种光电式边缘检测系统及其检测方法。

背景技术

物体边缘检测也就是寻边测量，是很多精密加工、装配及尺寸参数测量中不可或缺的环节，是精密检测领域中非常重要的一部分。目前为止，出现了几种不同的物体边缘检测方法，例如机械加工中的机械接触式寻边系统（一种可自动寻边系统，专利申请号为2018109972717）和非接触式光敏寻边系统，玻璃尺寸检测中的到边识别系统（如基恩士公司的机器视觉系统、康耐视公司的In-Sight系统）等。

位置敏感探测器（PSD）基于内光电效应可以对探测器感光面上的光斑相对位置进行检测，一般用于微小位移或角度变化的检测，例如在专利申请号为“200710130708.9”、专利名称为“采用PSD的光电倾角测量装置”中公开了一种利用PSD是一种对光非常敏感的器件，同时利用计算机技术实时处理由PSD提供的位置模拟电信号，实现了倾角在线动态测量；在专利申请号为“201910000509.9”、专利名称为“样品中心的检测装置及检测方法”中公开了利用散法构件的光路的末端四象限探测器上聚焦光斑对前端的距离变化非常敏感，一些微距离变化即可造成四象限探测器上聚焦光斑位置形状变化，实现对系统聚焦状态的检测，装置中对样品边缘的检测利用的是样品边缘导致的四象限探测器接收到的总光强变化，与上文中提到的非接触式光敏寻边系统的原理相同。

已知的寻边方法分别基于机械结构、光收发式结构或图像识别技术等，各有其优点，也存在各自的问题，例如，探头直接接触类的方法会由于探头加工磨损引入检测误差、采用光敏电阻或光电管的光收发式结构的方法基于光照强度变化容易受光功率变化等因素影响检测精度不高、基于图像识别的机器视觉类方法精度受杂散光影响较大且系统复杂价格较高等。

发明内容

针对现有边缘检测方法中机械接触式检测存在探头磨损引入误差且材质受限、基于光强度变化检测的光敏式检测方法存在灵敏度不高以及容易受光功率变化等因素影响稳定性差的技术问题，本发明提出一种光电式边缘检测系统及其检测方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种光电式边缘检测系统，包括光源，所述光源通过准直器与光阑相配合，光阑与位置敏感光电探测器相配合，根据待测物材质的不同光学性质，光源、准直器和光阑与位置敏感光电探测器位于待测物体同侧或两侧，位置敏感光电探测器与信号处理单元相连接。

一种光电式边缘检测方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、光源发出光线，光源、准直器、光阑和位置敏感光电探测器沿光线依次排列，光线与位置敏感光电探测器的感光面垂直；

S2、光源发出光线经过准直器得到准直光束，准直光束经过光阑整形处理，使准直光束横截面形成设定尺寸和形状的光斑；

S3、整形后的准直光束作为测量光束入射到位置敏感光电探测器上，在位置敏感光电探测器感光面上形成光斑，光斑尺寸小于位置敏感光电探测器感光面，且光斑强度中心位于位置敏感光电探测器感光面中心；

S4、当检测待测物体边缘A时，测量光束从待测物体端面旁通过，待测物体与测量光束相对移动，此时待测物体边缘A与测量光束未发生接触，位置敏感光电探测器上的光斑完整，光斑强度中心的相对位置值为0，表示待测物体边缘A处于未到达的状态；

S5、根据步骤S4，待测物体与测量光束的相对移动继续进行，当待测物体边缘A开始遮挡测量光束时，位置敏感光电探测器上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，光斑强度中心的相对位置值不再为0，表示此时待测物体的边缘A处于到达的即时状态；

S6、当检测待测物体边缘B时，待测物体与测量光束相对移动，待测物体初始完全遮挡测量光束，位置敏感光电探测器上没有测量光束的光斑，系统处于待机状态，表示此时待测物体的边缘B处于未到达的状态；

S7、根据步骤S6，待测物体与测量光束的相对移动继续进行，当开始有部分测量光束经过待测物体边缘B入射到位置敏感光电探测器的感光面上时，位置敏感光电探测器上的光斑强度中心的相对位置值大小约为a/2（a为光斑缺损方向的原尺寸），表示待测物体边缘B处于到达的即时状态。

一种光电式边缘检测方法，包括以下步骤：

A1、光源发出光线，光源、准直器和光阑沿光线依次排列，光源发出的光线入射到待测物体表面，反射后垂直入射到位置敏感光电探测器感光面中心；

A2、光源发出光线经过准直器准直出射得到准直光束，准直光束经过光阑整形处理，使光束横截面形成设定尺寸和形状的光斑；

A3、整形后的光束作为测量光束通过待测物体表面反射到位置敏感光电探测器上，在位置敏感光电探测器感光面上形成光斑，光斑尺寸小于位置敏感光电探测器感光面，且光斑强度中心位于位置敏感光电探测器感光面中心；

A4、当检测待测物体边缘A时，待测物体与测量光束相对移动，测量光束从待测物体端面旁通过，此时待测物体边缘A与测量光束未发生接触，测量光束未被反射，位置敏感光电探测器感光面上没有光斑，系统处于待机状态，表示此时待测物体的边缘A处于未到达的状态；

A5、根据步骤A4，待测物体与测量光束的相对移动继续进行，当开始有部分测量光束经过待测物体边缘B反射到位置敏感光电探测器的感光面上时，位置敏感光电探测器上的光斑强度中心的相对位置值大小约为a/2（a为光斑缺损方向的原尺寸），表示待测物体边缘A处于到达的即时状态；

A6、当检测待测物体边缘B时，待测物体与测量光束相对移动，测量光束初始全部被待测物体反射，位置敏感光电探测器上的光斑完整，光斑强度中心的相对位置值为0，表示待测物体边缘B未到达的状态；

A7、根据步骤A6，待测物体与测量光束的相对移动继续进行，当待测物体边缘A处开始有部分测量光不能被反射时，位置敏感光电探测器上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，光斑强度中心的相对位置值不再为0，表示待测物体边缘B处于到达的即时状态。

优选地，所述步骤S5中，待测物体与测量光束的相对移动继续进行，待测物体边缘A开始遮挡测量光束，位置敏感光电探测器上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，当光斑强度中心在位置敏感光电探测器上的相对位置值达到设定阈值Ⅰ时，表示此时待测物体的边缘A处于已到达的状态，待测物体的边缘A位于当前位置倒退设定阈值Ⅰ后的位置；

所述步骤S6中，当检测待测物体边缘B时，待测物体与测量光束相对移动，待测物体初始完全遮挡测量光束，位置敏感光电探测器上的没有测量光束的光斑，系统处于待机状态，表示此时待测物体的边缘B处于未到达的状态；

所述步骤S7中，根据步骤S6，待测物体与测量光束的相对移动继续，开始有部分测量光束经过待测物体边缘B入射到位置敏感光电探测器的感光面上，当光斑强度中心在位置敏感光电探测器上的相对位置值达到设定阈值Ⅱ，表示待测物体边缘B处于已到达的状态，待测物体的边缘B位于当前位置倒退设定阈值Ⅱ后的位置。

优选地，所述步骤A5中，根据步骤A4，待测物体与测量光束的相对移动继续，开始有部分测量光束经过待测物体边缘B反射到位置敏感光电探测器的感光面上，当光斑强度中心在位置敏感光电探测器上的相对位置值达到设定阈值Ⅲ，表示待测物体边缘A处于已到达的状态，待测物体的边缘A位于当前位置倒退设定阈值Ⅲ后的位置；

所述步骤A6中，当检测待测物体边缘B时，待测物体与测量光束相对移动，测量光束初始全部被待测物体反射，位置敏感光电探测器上的光斑完整，且光斑强度中心在位置敏感光电探测器感光面的中心，光斑强度中心在位置敏感光电探测器上的相对位置值为0，表示待测物体边缘B未到达的状态；

所述步骤A7中，根据步骤A6，待测物体与测量光束的相对移动继续，待测物体边缘A处开始有部分测量光不能被反射，位置敏感光电探测器上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，当光斑强度中心在位置敏感光电探测器上的相对位置值达到设定阈值Ⅳ，表示待测物体边缘B处于已达到的状态，待测物体的边缘B位于当前位置倒退设定阈值Ⅳ后的位置。

优选地，所述光源为激光器、激光二极管或发光二极管；所述位置敏感光电探测器为连续式光电探测器、象限式光电探测器或CCD。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过将物体边缘检测转化为测量光束光斑强度中心位置变化检测，实现了物体边缘的非接触、高精度检测，能够针对不同待测物体边缘特征，通过特定光阑对测量光束进行相应整形，大大提高物体边缘检测的灵敏度和稳定性；并且本发明整体结构简单灵活，可针对不同光学性质的材质进行调整，便于现场测量；

2、本发明通过位置敏感光电探测器高灵敏度、抗干扰能力强、输出线性可量化以及针对性光斑整形，解决了目前基于光收发结构的光电检测方法存在的灵敏度不高以及光功率变化等因素导致的稳定性差的问题。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例3中待测物体边缘A检测初始状态示意图；

图2为实施例3中待测物体边缘A检测状态示意图；

图3为实施例3中待测物体边缘B检测初始状态示意图；

图4为实施例3中待测物体边缘B检测状态示意图；

图5为实施例4中待测物体边缘检测示意图。

图中，1为光源，2为准直器，3为光阑，4为位置敏感光电探测器，5为待测物体。

具体实施方式

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付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。

实施例1：如图1所示，一种光电式边缘检测系统，包括光源1，所述光源1通过准直器2与光阑3相配合，光阑3与位置敏感光电探测器4相配合，在布置安装时若待测物体为低透射率材质，光源1、准直器2和光阑3与位置敏感光电探测器4位于待测物体两侧，按照准直器2的轴线、光阑3的轴线与光源1发射的光线重合，并与位置敏感光电探测器4感光面垂直的方式布置，位置敏感光电探测器4与信号处理单元相连接，信号处理单元包括信号处理电路和单片机/上位机，位置敏感光电探测器输出的光电流信号通过信号处理电路传输至单片机或上位机。

实施例2：如图5所示，一种光电式边缘检测系统，当待测物体5为高透射率材质，例如玻璃，或是液晶屏等表面是镜面反射的物体时，光源1、准直器2和光阑3与位置敏感光电探测器4位于待测物体同侧，按照准直器2的轴线、光阑3的轴线与光源1发射的光线重合，光线入射到待测物体表面，反射后垂直入射到位置敏感光电探测器感光面中心的方式布置；

其余结构与实施例1相同。

实施例3：一种光电式边缘检测方法，包括以下步骤：

S1、光源1发出光线，光源1、准直器2、光阑3和位置敏感光电探测器4沿光线依次排列，光源1出射的光线与准直器2的轴线以及光阑3的轴线重合，与位置敏感光电探测器4的感光面垂直；

S2、光源1发出光线经过准直器2得到准直光束，准直光束经过光阑3整形处理，整形后光束横截面形成的光斑尺寸和形状与光阑3中心尺寸和形状相对应，使准直光束横截面形成设定尺寸和形状的光斑；

待测物体5边缘为直线时，选用矩形光阑，对于弧形等其他特征类型的边缘也可以通过选择相应的特定形状光阑3进行光束整形；

S3、整形后的准直光束作为测量光束入射到位置敏感光电探测器4上，在位置敏感光电探测器4感光面上形成光斑，光斑尺寸小于位置敏感光电探测器4感光面，且光斑强度中心位于位置敏感光电探测器4感光面中心；

以上所述系统结构如图1所示，根据位置敏感光电探测器的基本作用机制及设计结构，光斑强度中心在位置敏感光电探测器4感光面给定方向上的相对位置可表示为：

（1）

x表示光斑强度中心在位置敏感探测器感光面给定方向上相对于感光面中心的位置，L_x表示位置敏感光电探测器感光面在x方向的宽度，Ix+和Ix-分别表示位置敏感光电探测器的给定方向的两个输出电流信号，其数值大小与光斑强度大小及光斑强度中心在位置敏感光电探测器4感光面上的位置有关，当光斑强度中心位于位置敏感光电探测器4感光面中心时，I _x+与I _x-的数值相等，位置敏感光电探测器4将I _x+与I _x-传输到信号处理单元，由式（1），光斑当前相对位置值为0（小于设定的零点阈值Ⅰ），系统处于待机状态；

S4、如图1所示，当检测待测物体5边缘A时，测量光束从待测物体端面旁通过，待测物体5与测量光束相对移动，此时待测物体边缘A与测量光束未发生接触，位置敏感光电探测器4上的光斑完整，且光斑强度中心在位置敏感光电探测器4感光面的中心，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值相等，此时由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值为0（小于设定的零点阈值Ⅰ），系统处于待机状态，表示待测物体5边缘A处于未到达的状态；

S5、如图2所示，根据步骤S4，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，当待测物体5边缘A开始遮挡测量光束时，位置敏感光电探测器4上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值相应改变，此时由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值不再为0（大于设定的零点阈值Ⅰ），以此作为边缘识别信号，表示此时待测物体5的边缘A处于到达的即时状态；

S6、如图3所示，当检测待测物体5边缘B时，待测物体5与测量光束相对移动，待测物体5初始完全遮挡测量光束，位置敏感光电探测器4上没有测量光束的光斑，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值均为0（小于设定的零点阈值Ⅱ），系统处于待机状态，表示此时待测物体5的边缘B处于未到达的状态；

S7、如图4所示，根据步骤S6，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，当开始有部分测量光束经过待测物体5边缘B入射到位置敏感光电探测器4的感光面上时，Ix+与Ix-的数值不再为0（大于设定的零点阈值Ⅱ），此时由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值大小约为a/2（a为光斑缺损方向的原尺寸），以此作为边缘识别信号，表示待测物体5边缘B处于到达的即时状态。

由于各种因素引起的光源输出光功率变化对Ix+和Ix-的影响是同步且同比例的，由式（1）可知，这些外界扰动不会影响位置敏感光电探测器4的光斑位置输出值，因此上述基于位置信息进行边缘识别检测的方法具有很高的抗干扰能力。

此外，如图1所示，针对待测物体5的直线边缘特征，光阑3将测量光束的横截面光斑形状整形为矩形，并且在接触待测物体5边缘的x方向上边长较小，在y方向较长，由位置敏感光电探测器的基本作用机制及式（1）可知，这样的设计可以明显提高边缘检测的灵敏度和稳定性。因此，除了限制测量光束在位置敏感光电探测器4上的光斑尺寸不超出感光面，以保证实现上述边缘识别检测，针对不同待测物体边缘特征，通过特定光阑对测量用准直光束进行相应整形，减小上述边缘检测方法中光斑缺损方向的光斑尺寸，增大另一相垂直方向尺寸，可以明显提高边缘检测的灵敏度和稳定性。

不同结构类型的位置敏感光电探测器4虽然在位置表达公式的形式上与式（1）略有不同，但其基本工作原理相同，按上述方法均可以实现边缘检测，不再一一阐述；

为了验证方法的可行性，针对图2和图4两种情况分别进行标定实验和稳定性实验，以单模光纤耦合半导体激光器为光源，在所选日本滨松S2044位置敏感光电探测器和设定光阑参数为0.5mm×1.2mm的情况下，两种情况下的边缘检测灵敏度分别可以达到5μm和0.5μm，而步骤S5中边缘检测方法得到的数据稳定性要明显好于步骤S7中边缘检测方法得到的数据稳定性，以上实验结果均符合预期；此外，通过选择不同光阑参数进行对比测试，也证实了光束整形对物体边缘检测灵敏度和稳定性的影响。

上述物体边缘检测方法的实施例3，是对待测物体边缘与测量光束发生接触瞬间的即时检测，以位置敏感光电探测器输出的光斑位置开始发生变化的临界点突变信号为边缘识别信号，具有很好的实时响应性，但高灵敏度和高稳定性较难同时保证。

实施例4：一种光电式边缘检测方法，不同于实施例3的是，选择当待测物体边缘与测量光束接触到一定程度时，位置敏感光电探测器输出位置值达到某一设定位置值作为边缘识别信号，而在光斑尺寸及强度分布稳定不变的情况下，这一设定位置值即是待测物体边缘位置的补偿值；所述步骤S5中，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，待测物体5边缘A开始遮挡测量光束，位置敏感光电探测器4上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值相应改变，当由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值达到设定阈值Ⅰ，以此作为边缘识别信号，表示此时待测物体5的边缘A处于已到达的状态，待测物体5的边缘A位于当前位置倒退设定阈值Ⅰ后的位置；

所述步骤S6中，当检测待测物体5边缘B时，待测物体5与测量光束相对移动，待测物体5初始完全遮挡测量光束，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值均为0（小于设定的零点阈值Ⅱ），系统处于待机状态，表示此时待测物体5的边缘B处于未到达的状态；

所述步骤S7中，根据步骤S6，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，开始有部分测量光束经过待测物体5边缘B入射到位置敏感光电探测器4的感光面上，Ix+与Ix-的数值不再为0（大于设定的零点阈值Ⅱ），当由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值达到设定阈值Ⅱ，以此作为边缘识别信号，表示待测物体5边缘B处于已到达的状态，待测物体5的边缘B位于当前位置倒退设定阈值Ⅱ后的位置。

在测量光束光斑尺寸不大于位置敏感光电探测器感光面的前提下，当设定阈值Ⅰ和设定阈值Ⅱ的数值大小与L_x/2相差不大时，光阑整形对灵敏度和稳定性指标的改善作用减弱，可根据情况省去光阑安装。

其余检测方法与实施例3相同。

上述物体边缘检测方法的实施例4，虽然灵敏度和稳定性单项指标不如实施例3，但可实现同时具有较高的灵敏度和稳定性，整体检测方案灵活性强，可适应于多种实际应用场景。

实施例5：如图5所示，一种光电式边缘检测方法，适用的待测物体为例如玻璃、液晶屏等具有镜面反射特性表面的物体，包括以下步骤：

A1、光源1发出光线，光源1、准直器2和光阑3沿光线依次排列，光源1发出的光线与准直器2的轴线以及光阑3的轴线重合，光源1、准直器2、光阑3和位置敏感光电探测器4位于待测物体5同一侧，如果光源1发出的光线入射到待测物体5表面，反射后垂直入射到的位置敏感光电探测器4感光面中心；

A2、光源1发出光线经过准直器2得到准直光束，准直光束经过光阑3整形处理，整形后光束横截面形成的光斑尺寸和形状与光阑3中心尺寸和形状相对应，使准直光束横截面形成设定尺寸和形状的光斑；

待测物体5边缘为直线时，选用矩形光阑，对于弧形等其他特征类型的边缘也可以通过选择相应的特定形状光阑3进行光束整形；

A3、测量光束通过待测物体5表面反射，垂直入射到位置敏感光电探测器4上形成光斑，光斑尺寸小于位置敏感光电探测器4感光面，且光斑强度中心位于位置敏感光电探测器4感光面中心；

A4、当检测待测物体5边缘A时，待测物体5与测量光束相对移动，测量光束从待测物体端面旁通过，此时待测物体边缘A与测量光束未发生接触，测量光束未被反射，位置敏感光电探测器4感光面上没有光斑，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值均为0（小于设定的零点阈值Ⅱ），系统处于待机状态，表示此时待测物体5的边缘A处于未到达的状态；

A5、根据步骤A4，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，当开始有部分测量光束经过待测物体5边缘A反射到位置敏感光电探测器4的感光面上时，Ix+与Ix-的数值不再为0（大于设定的零点阈值Ⅱ），此时由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值大小约为a/2（a为光斑缺损方向的原尺寸），以此作为边缘识别信号，表示待测物体边缘A处于到达的即时状态；

A6、当检测待测物体5边缘B时，待测物体5与测量光束相对移动，测量光束初始全部被待测物体5反射，位置敏感光电探测器4上的光斑完整，且光斑强度中心在位置敏感光电探测器4感光面的中心，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值相等，此时由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值为0（小于设定的零点阈值Ⅰ），系统处于待机状态，表示待测物体5边缘B未到达的状态；

A7、根据步骤A6，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，当待测物体5边缘B处开始有部分测量光不能被反射时，位置敏感光电探测器4上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值相应改变，此时由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值不再为0（大于设定的零点阈值Ⅰ），以此作为边缘识别信号，表示待测物体边缘B处于到达的即时状态。

实施例6：一种光电式边缘检测方法，所述步骤A5中，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，开始有部分测量光束经过待测物体5边缘A反射到位置敏感光电探测器4的感光面上，Ix+与Ix-的数值不再为0（大于设定的零点阈值Ⅱ），当由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值达到设定阈值Ⅲ，以此作为边缘识别信号，表示待测物体边缘A处于已到达的状态，待测物体5的边缘A位于当前位置倒退设定阈值Ⅲ后的位置；

所述步骤A6中，当检测待测物体5边缘B时，待测物体5与测量光束相对移动，测量光束初始全部被待测物体5反射，位置敏感光电探测器4上的光斑完整，且光斑强度中心在位置敏感光电探测器4感光面的中心，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值相等，此时由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值为0（小于设定的零点阈值Ⅰ），系统处于待机状态，表示待测物体5边缘B未到达的状态；

所述步骤A7中，待测物体5与测量光束的相对移动继续进行，待测物体5边缘B处开始有部分测量光不能被反射，位置敏感光电探测器4上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，位置敏感光电探测器4输出的Ix+与Ix-的数值相应改变，当由（1）式计算得到的光斑强度中心在位置敏感光电探测器4上的相对位置值达到设定阈值Ⅳ，以此作为边缘识别信号，表示待测物体边缘B处于已达到的状态，待测物体5的边缘B位于当前位置倒退设定阈值Ⅳ后的位置。

在测量光束光斑尺寸不大于位置敏感光电探测器感光面的前提下，当设定阈值Ⅲ和设定阈值Ⅳ的数值大小与L_x/2相差不大时，光阑整形对灵敏度和稳定性指标的改善作用减弱，可根据情况省去光阑安装。

其余检测方法与实施例5相同。

实施例7：一种光电式边缘检测方法，所述光源1为激光器、激光二极管或发光二极管，光源出射的光束截面光场强度分布稳定性越高，检测精度越高；测量光束的准直度越高，测量光束行程可选择余地越大，各种因素导致的光程变化对检测精度的影响也越小时，可根据不同光路结构及边缘检测精度要求选择是否安装准直器；在测量光束光斑尺寸不大于位置敏感光电探测器感光面的前提下，若对边缘检测灵敏度和稳定性要求不高，可省去光阑安装；所述位置敏感光电探测器4为连续式光电探测器、象限式光电探测器或CCD。

其余检测方法与实施例3或4或5或6相同。

以上实施例中的设定阈值Ⅰ、设定阈值Ⅱ、设定阈值Ⅲ和设定阈值Ⅳ，其数值大小可以是相同值，也可以根据情况选择不同值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种光电式边缘检测系统，包括光源（1），其特征在于，所述光源（1）通过准直器（2）与光阑（3）相配合，光阑（3）与位置敏感光电探测器（4）相配合，根据待测物材质的不同光学性质，光源（1）、准直器（2）和光阑（3）与位置敏感光电探测器（4）位于待测物体同侧或两侧，位置敏感光电探测器（4）与信号处理单元相连接；

光斑强度中心在位置敏感光电探测器（4）感光面给定方向上的相对位置表示为：x=

，其中，x表示光斑强度中心在位置敏感探测器感光面给定方向上相对于感光面中心的位置，L _x 表示位置敏感光电探测器感光面在x方向的宽度，I _x+ 和I _x- 分别表示位置敏感光电探测器的给定方向的两个输出电流信号，I _x+ 和I _x- 的数值大小与光斑强度大小及光斑强度中心在位置敏感光电探测器（4）感光面上的位置有关；

当待测物体边缘开始遮挡测量光束时，位置敏感光电探测器上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移。

2.根据权利要求1所述的光电式边缘检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、光源（1）发出光线，光源（1）、准直器（2）、光阑（3）和位置敏感光电探测器（4）沿光线依次排列，光线与位置敏感光电探测器（4）的感光面垂直；

S2、光源（1）发出光线经过准直器（2）得到准直光束，准直光束经过光阑（3）整形处理，使准直光束横截面形成设定尺寸和形状的光斑；

S3、整形后的准直光束作为测量光束入射到位置敏感光电探测器（4）上，在位置敏感光电探测器（4）感光面上形成光斑，光斑尺寸小于位置敏感光电探测器（4）感光面，且光斑强度中心位于位置敏感光电探测器（4）感光面中心；

S4、当检测待测物体（5）边缘A时，测量光束从待测物体端面旁通过，待测物体（5）与测量光束相对移动，此时待测物体边缘A与测量光束未发生接触，位置敏感光电探测器（4）上的光斑完整，光斑强度中心的相对位置值为0，表示待测物体（5）边缘A处于未到达的状态；

S5、根据步骤S4，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，当待测物体（5）边缘A开始遮挡测量光束时，位置敏感光电探测器（4）上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，光斑强度中心的相对位置值不再为0，表示此时待测物体（5）的边缘A处于到达的即时状态；

S6、当检测待测物体（5）边缘B时，待测物体（5）与测量光束相对移动，待测物体（5）初始完全遮挡测量光束，位置敏感光电探测器（4）上没有测量光束的光斑，系统处于待机状态，表示此时待测物体（5）的边缘B处于未到达的状态；

S7、根据步骤S6，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，当开始有部分测量光束经过待测物体（5）边缘B入射到位置敏感光电探测器（4）的感光面上时，位置敏感光电探测器（4）上的光斑强度中心的相对位置值大小为a/2，a为光斑缺损方向的原尺寸，表示待测物体（5）边缘B处于到达的即时状态。

3.根据权利要求1所述的光电式边缘检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、光源（1）发出光线，光源（1）、准直器（2）和光阑（3）沿光线依次排列，光源（1）发出的光线入射到待测物体（5）表面，反射后垂直入射到位置敏感光电探测器（4）感光面中心；

A2、光源（1）发出光线经过准直器（2）准直出射得到准直光束，准直光束经过光阑（3）整形处理，使光束横截面形成设定尺寸和形状的光斑；

A3、整形后的光束作为测量光束通过待测物体（5）表面反射到位置敏感光电探测器（4）上，在位置敏感光电探测器（4）感光面上形成光斑，光斑尺寸小于位置敏感光电探测器（4）感光面，且光斑强度中心位于位置敏感光电探测器（4）感光面中心；

A4、当检测待测物体（5）边缘A时，待测物体（5）与测量光束相对移动，测量光束从待测物体端面旁通过，此时待测物体边缘A与测量光束未发生接触，测量光束未被反射，位置敏感光电探测器（4）感光面上没有光斑，系统处于待机状态，表示此时待测物体（5）的边缘A处于未到达的状态；

A5、根据步骤A4，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，当开始有部分测量光束经过待测物体（5）边缘B反射到位置敏感光电探测器（4）的感光面上时，位置敏感光电探测器（4）上的光斑强度中心的相对位置值大小为a/2，a为光斑缺损方向的原尺寸，表示待测物体边缘A处于到达的即时状态；

A6、当检测待测物体（5）边缘B时，待测物体（5）与测量光束相对移动，测量光束初始全部被待测物体（5）反射，位置敏感光电探测器（4）上的光斑完整，光斑强度中心的相对位置值为0，表示待测物体（5）边缘B未到达的状态；

A7、根据步骤A6，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，当待测物体（5）边缘A处开始有部分测量光不能被反射时，位置敏感光电探测器（4）上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，光斑强度中心的相对位置值不再为0，表示待测物体边缘B处于到达的即时状态。

4.根据权利要求2所述的光电式边缘检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，当待测物体（5）边缘A开始遮挡测量光束时，位置敏感光电探测器（4）上的光斑不再完整，光斑强度中心发生偏移，当光斑强度中心在位置敏感光电探测器（4）上的相对位置值达到设定阈值Ⅰ时，表示此时待测物体（5）的边缘A处于已到达的状态，待测物体（5）的边缘A位于当前位置倒退设定阈值Ⅰ后的位置；

所述步骤S6中，当检测待测物体（5）边缘B时，待测物体（5）与测量光束相对移动，待测物体（5）初始完全遮挡测量光束，系统处于待机状态，表示此时待测物体（5）的边缘B处于未到达的状态；

所述步骤S7中，根据步骤S6，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，开始有部分测量光束经过待测物体（5）边缘B入射到位置敏感光电探测器（4）的感光面上，光斑强度中心在位置敏感光电探测器（4）上的相对位置值达到设定阈值Ⅱ，表示待测物体（5）边缘B处于已到达的状态，待测物体（5）的边缘B位于当前位置倒退设定阈值Ⅱ后的位置。

5.根据权利要求3所述的光电式边缘检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：所述步骤A5中，根据步骤A4，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，开始有部分测量光束经过待测物体（5）边缘B反射到位置敏感光电探测器（4）的感光面上，光斑强度中心在位置敏感光电探测器（4）上的相对位置值达到设定阈值Ⅲ时，表示待测物体边缘A处于已到达的状态，待测物体（5）的边缘A位于当前位置倒退设定阈值Ⅲ后的位置；

所述步骤A6中，当检测待测物体（5）边缘B时，待测物体（5）与测量光束相对移动，测量光束初始全部被待测物体（5）反射到位置敏感光电探测器（4）上且光斑强度中心在位置敏感光电探测器（4）感光面的中心，光斑强度中心在位置敏感光电探测器（4）上的相对位置值为0，表示待测物体（5）边缘B未到达的状态；

所述步骤A7中，根据步骤A6，待测物体（5）与测量光束的相对移动继续进行，待测物体（5）边缘A处开始有部分测量光不能被反射，位置敏感光电探测器（4）上的光斑强度中心的相对位置值达到设定阈值Ⅳ时，表示待测物体边缘B处于已达到的状态，待测物体（5）的边缘B位于当前位置倒退设定阈值Ⅳ后的位置。

6.根据权利要求2~5任意一项所述的光电式边缘检测系统的检测方法，其特征在于，所述光源（1）为激光器、激光二极管或发光二极管；所述位置敏感光电探测器（4）为连续式光电探测器、象限式光电探测器或CCD。

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