CN112857226A - 一种线性输出的光电纠偏检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种线性输出的光电纠偏检测传感器，该传感器的条状光源的光打在待测带材上，通过滤色片和光学镜头，成像在线阵CCD的图像传感器上；嵌入式处理器单元输出线阵CCD的激励信号，线阵CCD输出的视频信号通过视频信号处理单元传送至嵌入式处理器单元，通过软件算法输出纠偏信号到输出纠偏信号，解决了现有技术的纠偏检测传感器随着光源的老化和环境光的变化，光强的亮暗阀值不能自动调整，且在实际应用中，可维护性和性价比都不高的技术问题，本发明可实现边沿检测和对中检测，检测精度高，可达到检测范围的0.1％，使用嵌入式处理器单芯片方案提高了产品可靠性，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种线性输出的光电纠偏检测传感器，属于传感器技术领域。
背景技术
在自动化生产过程中，经常会有对金属薄板、布、纸张、塑料等带材的收放卷控制，为了保证带材收放卷时工艺要求对带材边沿对齐或中间对齐，需要检测带材收放卷过程中的偏离位置，从而利用纠偏装置来纠偏实现带材的边沿对齐或中间对齐。
目前纠偏检测传感器大都使用多组发射接受对管来检测，受发射接受管直径限制，检测精度低；也有少数厂家使用线阵CCD来检测，电路复杂，包含线阵CCD驱动电路、模拟放大调理电路、模数转换电路、数模转换电路等。随着光源的老化和环境光的变化，边沿的阀值不能自动调整。在实际应用中，可维护性和性价比都不高。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的现有技术的纠偏检测传感器随着光源的老化和环境光的变化，光强的亮暗阀值不能自动调整，且在实际应用中，可维护性和性价比都不高的技术问题，提出一种线性输出的光电纠偏检测传感器，是一种用光电成像的方法在带材收放卷过程中，输出与偏离位置线性相关的信号的检测传感器。
本发明提出一种线性输出的光电纠偏检测传感器，包括条状光源、滤色片、光学镜头、线阵CCD、视频信号处理单元、电源单元、人机界面单元、嵌入式处理器单元和光源单元，所述条状光源位于待测带材的一侧，所述滤色片位于待测带材的另一侧，所述滤色片、光学镜头和线阵CCD同轴依次排列，所述条状光源的光打在待测带材上，通过滤色片和光学镜头，成像在线阵CCD的图像传感器上；
所述嵌入式处理器单元与线阵CCD电连接，输出线阵CCD的激励信号，所述线阵CCD与视频信号处理单元电连接，所述视频信号处理单元与嵌入式处理器单元电连接，线阵CCD输出的视频信号通过视频信号处理单元传送至嵌入式处理器单元，通过软件算法输出纠偏信号到输出纠偏信号，所述人机界面单元与嵌入式处理器单元电连接，用于用户选择是对中检测还是边沿检测，所述电源单元8给视频信号处理单元、人机界面单元、嵌入式处理器单元和光源单元供电。
优选地，所述条状光源为LED阵列面光源。
优选地，所述条状光源包括LED发光二极管和磨砂玻璃，LED发光二极管发出的光通过磨砂玻璃产生漫反射。
优选地，所述嵌入式处理器单元通过I/O输出CCD激励时序，线阵CCD的视频输出信号经过视频信号处理单元放大处理后，输出到嵌入式处理器单元的A/D输入口，嵌入式处理器单元通过片内A/D转换器将线阵CCD5上的视频信号转换为数据，根据用户选择是对中检测还是边沿检测，如为边沿检测，通过嵌入式处理器单元片内的D/A输出与亮暗位置相关的纠偏模拟信号；如为对中检测，通过软件将线阵CCD上两头的亮单元像素数相减即为对中检测的数值，通过嵌入式处理器单元片内D/A输出纠偏信号。纠偏模拟信号或者转换为电流环信号输出。
优选地，嵌入式处理器利用电扫描线阵CCD像元信号幅度动态确定亮暗阀值。
优选地，当设置为对中检测时，待测带材收卷的宽度小于条状光源的长度。
本发明所述的线性输出的光电纠偏检测传感器的有益效果为：
1、本发明所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，根据人机界面单元设置模式，判断当前为边沿检测还是对中检测，利用线阵CCD检测光学成像信号，利用嵌入式处理器根据亮度信号动态确定亮暗信号的阀值，计算其亮暗像元数，通过处理器内的数模转换器输出纠偏模拟信号，输出与纠偏位置相关的线性信号参于纠偏控制。
2、本发明所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，其亮暗判断阀值根据电扫描的像元信号动态确定，可消除环境光的影响。
3、本发明所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，可实现边沿检测和对中检测，检测精度高，可达到检测范围的0.1％
4、本发明所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，使用嵌入式处理器单芯片方案提高了产品可靠性，降低了成本。
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为带材对中检测光路示意图；
图2为带材边沿对齐检测光路示意图；
图3为线性输出的光电纠偏检测传感器的电路连接示意图；
其中，1-条状光源，2-待测带材，3-滤色片，4-光学镜头，5-线阵CCD，6-视频信号处理单元，8-电源单元，9-人机界面单元，10-嵌入式处理器单元，11-光源单元，12-输出纠偏信号。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-3说明本实施方式。本实施方式所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，包括条状光源1、滤色片3、光学镜头4、线阵CCD5、视频信号处理单元6、电源单元8、人机界面单元9、嵌入式处理器单元10和光源单元11，所述条状光源1位于待测带材2的一侧，所述滤色片3位于待测带材2的另一侧，所述滤色片3、光学镜头4线阵CCD5同轴依次排列，所述条状光源1的光打在待测带材2上，通过滤色片3和光学镜头4，成像在线阵CCD5的图像传感器上；
所述嵌入式处理器单元10与线阵CCD5电连接，输出线阵CCD5的激励信号，所述线阵CCD5与视频信号处理单元6电连接，所述视频信号处理单元6与嵌入式处理器单元10电连接，线阵CCD5输出的视频信号通过视频信号处理单元6传送至嵌入式处理器单元10，通过软件算法输出纠偏信号到输出纠偏信号12，所述人机界面单元9与嵌入式处理器单元10电连接，用于用户选择是对中检测还是边沿检测，所述电源单元8给视频信号处理单元6、人机界面单元9、嵌入式处理器单元10和光源单元11供电。
所述条状光源1为LED阵列面光源。
所述条状光源1包括LED发光二极管和磨砂玻璃，LED发光二极管发出的光通过磨砂玻璃产生漫反射。
所述嵌入式处理器单元10通过I/o输出CCD时序，线阵CCD5的视频输出信号经过视频信号处理单元6放大处理后，输出到嵌入式处理器单元10的A/D输入口，嵌入式处理器单元10通过片内A/D转换器将线阵CCD5上的视频信号转换为数据，根据用户选择是对中检测还是边沿检测，如为边沿检测，通过嵌入式处理器单元10片内的D/A输出与亮暗位置相关的纠偏模拟信号12；如为对中检测，通过软件将线阵CCD5上两头的亮单元像素数相减即为对中检测的数值，通过嵌入式处理器单元10片内D/A输出纠偏信号12。纠偏模拟信号12或者转换为电流环信号输出。
嵌入式处理器单元10利用电扫描线阵CCD5像元信号幅度动态确定亮暗阀值。
当设置为对中检测时，待测带材2收卷的宽度小于条状光源1的长度。
所述线性输出的光电纠偏检测传感器包括光学部分和电路部分，所述光学部分包含条状光源1、滤色片3、光学镜头4、线阵CCD5，待测带材的两侧分别为条状光源1和滤色片3、光学镜头4、线阵CCD5。
电路部分包含视频信号处理单元6、电源单元8、人机界面单元9、嵌入式处理器单元10、光源单元11、输出纠偏信号12。电源单元8给各单元供电，嵌入式处理器单元10输出线阵CCD5的激励信号，线阵CCD5输出的视频信号通过视频信号处理单元6传送至嵌入式处理器单元10，通过软件算法输出纠偏信号到输出纠偏信号12。人机界面单元9用于用户选择是对中检测还是边沿检测。
当设置为对中检测时，LED发光二极管通过磨砂玻璃作为面光源，待测带材2收卷的宽度小于条状光源1的长度，条状光源1的光打在待测带材2上，通过滤色片3和光学镜头4，成像在线阵CCD5的图像传感器上，嵌入式处理器单元10通过I/O输出CCD时序，线阵CCD5的视频输出信号经过视频信号处理单元6放大处理后，输出到嵌入式处理器单元10的A/D输入口，嵌入式处理器单元10通过片内A/D转换器将线阵CCD5上的视频信号也就是亮度信号转换成数据，将线阵CCD5上两头的亮单元像素数相减即为对中检测的信号，通过嵌入式处理器单元10片内D/A输出纠偏模拟信号，也可转换为电流环信号输出。嵌入式处理器单元10通过单芯片方案，一个处理器完成线阵CCD5的驱动时序，同时完成对识别信号的采集，同时通过D/A输出纠偏模拟信号，一个处理器同时解决多个问题具备多个功能，提高了产品可靠性，降低了成本。
当设置为边沿检测时，线阵CCD5上的亮像素的个数与边沿位置直接相关，将线阵CCD5上的亮像素的个数输出为纠偏模拟信号。
本发明提供了一种线性输出的光电纠偏检测传感器，带材在条状光源1和光电接受器之间，条状光源1为LED阵列光源，光源用磨砂玻璃产生漫反射，将阵列LED变为面光源；光电接受器通过光学镜头4将目标的边沿信号成像在线阵CCD5上，通过嵌入式处理器单元10驱动线阵CCD5，将视频信号经视频信号处理单元6放大信号，输入到嵌入式处理器单元10的模数转换端口转换成数据，嵌入式处理器单元10根据视频信号的幅值确定阀值，从而确定明暗，可以克服背景亮度对边沿阀值的影响，计算出亮暗的边沿信号，根据传感器检测模式是中间对齐还是边沿对齐，将边沿位置信号利用嵌入式处理器单元10的数模转换单元转换成模拟电压及4-20mA电流环信号输出，也可以利用串口输出边沿数据。
本发明所述的一种线性输出的光电纠偏检测传感器的具体操作过程为：
将条状光源1和滤色片3、光学镜头4、线阵CCD5分别放在待测带材的两侧，在人机界面9上设置当前检测模式，设置是对中检测还是边沿检测模式，电源单元8为传感器的供电单元，为整个传感器各单元供电，光源单元11一直发光，线阵CCD5接受光学信号，嵌入式处理器单元10对线阵CCD5输出时序激励信号，线阵CCD5输出的视频信号，经过视频信号处理单元6输出到嵌入式处理器单元10的模数转换口转换为数字信号，利用软件自动计算出亮暗阀值，并处理成纠偏数据，利用嵌入式处理器单元10的数模转换口转换为模拟输出，输出纠错信号12。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种线性输出的光电纠偏检测传感器，其特征在于，包括条状光源(1)、滤色片(3)、光学镜头(4)、线阵CCD(5)、视频信号处理单元(6)、电源单元(8)、人机界面单元(9)、嵌入式处理器单元(10)和光源单元(11)，所述条状光源(1)位于待测带材(2)的一侧，所述滤色片(3)位于待测带材(2)的另一侧，所述滤色片(3)、光学镜头(4)和线阵CCD(5)同轴依次排列，所述条状光源(1)的光打在待测带材(2)上，通过滤色片(3)和光学镜头(4)，成像在线阵CCD(5)的图像传感器上；
所述嵌入式处理单元10与线阵CCD(5)电连接，输出线阵CCD(5)的激励信号，所述线阵CCD(5)与视频信号处理单元(6)电连接，所述视频信号处理单元(6)与嵌入式处理器单元(10)电连接，线阵CCD(5)输出的视频信号通过视频信号处理单元(6)传送至嵌入式处理器单元(10)，通过软件算法输出纠偏信号到输出纠偏信号(12)，所述人机界面单元(9)与嵌入式处理器单元(10)电连接，用于用户选择是对中检测还是边沿检测，所述电源单元(8)给视频信号处理单元(6)、人机界面单元(9)、嵌入式处理器单元(10)和光源单元(11)供电。
2.根据权利要求1所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，其特征在于，所述条状光源(1)为LED阵列面光源。
3.根据权利要求1所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，其特征在于，所述条状光源(1)包括LED发光二极管和磨砂玻璃，LED发光二极管发出的光通过磨砂玻璃产生漫反射。
4.根据权利要求1所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，其特征在于，所述嵌入式处理器单元(10)通过I/O输出CCD时序，线阵CCD(5)的视频输出信号经过视频信号处理单元(6)放大处理后，输出到嵌入式处理器单元(10)的A/D输入口，嵌入式处理器单元(10)通过片内A/D转换器将线阵CCD(5)上的视频信号转换为数据。
5.根据权利要求4所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，其特征在于，如为边沿检测，通过嵌入式处理器单元(10)片内的D/A输出与亮暗位置相关的纠偏模拟信号；如为对中检测，通过软件将线阵CCD(5)上两头的亮单元像素数相减即为对中检测的数值，通过嵌入式处理器单元(10)片内D/A输出纠偏信号(12)。
6.根据权利要求1所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，其特征在于，嵌入式处理器单元(10)利用电扫描线阵CCD(5)像元信号幅度动态确定亮暗阀值。
7.根据权利要求1所述的线性输出的光电纠偏检测传感器，其特征在于，当设置为对中检测时，待测带材(2)收卷的宽度小于条状光源(1)的长度。
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