CN206818145U - Ccd光电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CCD光电检测装置，包括点阵光源、CCD检测盒、CCD图像采集单位、CCD信号处理单位、控制单元及输出端，点阵光源设置于底座内，向被测物发出透射光；CCD检测盒通过支架设置于被测物的几何中心；CCD图像采集单位设置于CCD检测盒内；CCD信号处理单位与CCD图像采集单位电连接，控制单元分别与CCD图像采集单位和CCD信号处理单位电连接，输出端与控制单元电连接，输出所述控制单元的信号。该装置基于高速线阵列CCD传感器来实现图像采集，动态检测带材的横向运动位置，实现对带材运行过程中的动态纠偏，即实现带材高速自动化生产，且便于安装调试，检测精度高。

Description

CCD光电检测装置

技术领域

本实用新型属于检测装置技术领域，应用于带板材加工处理生产线，具体涉及一种CCD光电检测装置。

背景技术

金属带材加工、处理生产中，放卷至收卷的过程中由于生产线较长以及张力波动变化，不可避免地引起带材偏离工作基线，造成带材跑偏。为了确保带材在整个生产中始终保持在工作基线上，为此需要在带材生产过程中安装纠偏/对中检测装置，实时检测带材的偏离工作基线的位置。

目前金属带材生产线中带材跑偏检测装置按不同的光投射方式，可分为以下三类：

1、反射式：发光装置发射至反射板，经反射板反射回来，并通过棱镜接收，这种方案采用了两个探测头同时接收同一点的光源。反射式带材检测设备中的发光装置、反射板及探头在实际应用中对车间现场的环境要求很高，车间环境，以及带材表面对其精度影响甚大，而且调试繁琐。

2、对射式：在纠偏检测装置中使用了一对光电收、发器，一个是发射端，一个是接收端，分别置于带材的上下位置，发射端用来发射特定波长的光线，光线从带材的上面向下照射，光线部分被带材遮挡，部分被带材下面的接收头接收，当带材运行方向发生变化时，接收头接收到的光强度也会相应发生变化，接收头接受带材遮挡光强的大小来输出近似线性变化的电压量，可以根据电压量输出判断带材此时的位置。对射式光电检测装置一般采用光电发送接收管或组合硅光片来接收光源实现信号检测。采用光电发送/接收管来实现时，每个发光/接收管之间都会存在相应距离，这样会影响整个装置的工作精度。而采用组合硅光片来接收光源来实现时，虽然硅光片的接收面比单个光电接收管感应面大，但这种工作方式的纠偏范围有限，最大在30mm左右，并且它的开口尺寸有限，一般为30mm，因此对射式光电检测装置在实际应用中受到很大的限制，只能适用于较小尺寸的带材运行纠偏检测。

3、直射式：该检测装置用一个长型灯管发射一条平行光，平行光经过可以调节焦距和光圈的镜头来使光线聚焦在带材上方的探测头上，探测头上的光敏单元会将被测物的光学成像转换为电信号，根据带材遮挡的不同，光强度会输出不同的电信号，使用时需调节镜头参数来使探测头输出正确信号，现场调整复杂。直射式光电检测装置是通过CCD相机(面阵CCD)检测被测物运动来实现，相机的镜头需要根据不同的安装高度来调节镜头的焦距和光圈，使用调试繁琐，使用光源为高亮日光灯，在光源箱内部通入压缩空气用于冷却和防尘，其结构和维护复杂。

实用新型内容

本实用新型解决了现有技术的不足，提供一种CCD光电检测装置，基于高速线阵列CCD传感器来实现图像采集，动态检测带材的横向运动位置，实现对带材运行过程中的动态纠偏，解决了因带材跑偏所带来断带、停机损失的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：一种CCD光电检测装置，用以检测被测物横向位移，该CCD光电检测装置包括：

点阵光源，设置于底座内，向被测物发出透射光；

CCD检测盒，通过支架设置于被测物的几何中心；

CCD图像采集单位，设置于CCD检测盒内，该被测物成像在CCD图像采集单位上；

CCD信号处理单位，与CCD图像采集单位电连接，对CCD图像采集单位采集的信号依次进行滤波、前置放大、A/D模数转化处理；

控制单元，分别与CCD图像采集单位和CCD信号处理单位电连接，对CCD信号处理单元输出的信号进行数据采集及信号处理，从中解析出与被测物对象尺寸成比例的信号，最后通过标校计算得到被测物的实际位置；

输出端，与控制单元电连接，输出所述控制单元的信号。

优选的，所述点阵光源为红外LED点阵光源。

优选的，所述CCD图像采集单位由电连接的CCD驱动电路与CCD传感器组成。

优选的，所述CCD传感器为线阵列CCD。

优选的，所述控制单元由互相通信的单片机MCUⅠ与单片机MCUⅡ组成，所述单片机MCUⅠ与CCD图像采集单位的CCD驱动电路电连接，所述单片机MCUⅡ与CCD信号处理单位电连接。

优选的，输出端为数字量输出或模拟量输出。

相较于现有技术，本实用新型具有的有益效果：该装置基于高速线阵列CCD传感器来实现图像采集，动态检测带材的横向运动位置，实现对带材运行过程中的动态纠偏，即实现带材高速自动化生产；同等测量精度的前提下，测量范围大；镜头参数设计简单，便于安装调试；线阵列CCD动态响应迅速，频率响应高；被测带材位置检测精度高；检测装置采用两种模式输出量。

附图说明

图1是本实用新型主体结构示意图；

图2是本实用新型电路原理功能模块图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种CCD光电检测装置，首先参考本装置主体结构示意图1，该装置用以检测被测物横向位移，在本实施例中，被测物例如为金属带材，然而在其它实施例中被测物可以是任何够利用该装置检测到的物体。点阵光源1具体为红外LED点阵光源，设置于底座2内，向金属带材发出透射光，即为金属带材提供照射光束。红外LED点阵光源使CCD传感器的动态响应迅速，光源维护简单，使用寿命长，自扫描速度快，频率响应高，能在低照度光强下工作。CCD检测盒4，通过支架3设置于被测物的几何中心。CCD检测盒4内置有CCD驱动板，CCD驱动板上布设CCD图像采集单位5、CCD信号处理单位6、控制单元7、输出端8及电源等。

参考该装置电路原理功能模块图2，CCD图像采集单位5，该被测物成像在CCD图像采集单位5上；CCD图像采集单位5会不断采集遮光强度，金属带材运行位置不同，采集到的光强就会不同。CCD图像采集单位5由电连接的CCD驱动电路51与CCD传感器52组成，CCD传感器52采用线阵列CCD作为测量传感器，该线阵列CCD是一个精密光电刻度尺，刻度尺间隔由CCD直列光敏单元几何尺寸决定。线阵列CCD相比较于面阵CCD，其结构简单，成本较低，单行分辨率高，采集速度快，而且由于其单排线阵列CCD的数目可以做得很多，在同等测量精度的前提下，其测量范围较大，所以检测的金属带材宽度范围更宽。其金属带材在红外点阵光源1的平行光源照射下，被投影在CCD传感器52上。具体为，在CCD传感器52上利用外光源与背景之间的反差，依据光学成像原理，金属带材通过镜头成像在线阵列CCD上，部分成像遮住了阵列CCD上不同位置的光敏单元，直线排列的光敏单元根据阵列方向的光强分布将金属带材的光学成像转换成时序的电平信号。

CCD信号处理单位6，与CCD图像采集单位5电连接，对CCD图像采集单位5输出的电平信号依次进行低通滤波、前置放大、A/D模数转化处理；

控制单元7，分别与CCD图像采集单位5和CCD信号处理单位6电连接，所述控制单元7由互相通信的单片机MCU 171与单片机MCU 272组成，所述单片机MCUⅠ71与CCD图像采集单位5的CCD驱动电路51电连接，所述单片机MCUⅡ72与CCD信号处理单位6电路电连接，单片机MCUⅠ71用来控制CCD驱动电路51来使CCD传感器52采集图像信号。单片机MCUⅡ72对CCD信号处理单位6输出的信号进行数据采集及信号处理，解析出与金属带材对象尺寸成比例的信号，最后通过标校得到被测板材的实际位置。

输出端8，与控制单元7电连接，输出所述控制单元7的信号。输出端8具体与控制单元7的单片机MCU172电连接，输出端8为数字量输出81或模拟量输出82。在本实施例中，数字量输出81为RS-485通信输出，模拟量输出82为D/A数模转化输出。

在本实施例中，由开关电源为单片机MCUⅠ，MCUⅡ、CCD传感器、CCD驱动电路、CCD信号处理单位6及输出端8供电。

该装置的工作过程：参考图2，整个光电检测电路是以单片机MCUⅡ为核心控制。预先设置好CCD的检测位置，采用红外LED点阵光源的平行光源照射将金属带材投影在CCD传感器上，单片机MCUⅡ向单片机MCUⅠ发送开始指令，单片机MCUⅠ控制CCD驱动电路工作，CCD传感器采集到的信号先通过低通滤波器滤除无用信号，再通过前置放大电路将信号放大，后进行A/D模数转换，转换后的数据由单片机MCUⅡ进行数据标校运算，标校过程中始终与前置放大电路进行运算结果反馈调整，最终将检测结果通过RS-485通信输出或D/A数模转化输出，两种输出方式输出，可得到金属带材所处的位置变化的数据，PLC利用此数据来驱动外围电器设备，带动机械装置进行自动对中。

相比直射式检测装置，该检测装置的镜头焦距光圈参数设计时固定，可快速适应不同规格的带材生产线，检测电路会根据不同规格带材自行调整。

相比对射式检测装置，从图像采集后的处理阶段开始使用数字量化技术，最终的信号数据输出量为数字量，所以该检测装置的检测精度将大大提高(对射式检测装置信号处理为模拟量)，其视场范围的测量精度误差小于0.1mm，装置相应速度也更加迅速，整体的检测性能更加稳定。

上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型的实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。

Claims (6)

1.CCD光电检测装置，用以检测被测物横向位移，其特征在于，该CCD光电检测装置包括：

点阵光源（1），设置于底座（2）内，向被测物发出透射光；

CCD检测盒（4），通过支架（3）设置于被测物的几何中心；

CCD图像采集单位（5），设置于CCD检测盒（4）内，该被测物成像在CCD图像采集单位（5）上；

CCD信号处理单位（6），与CCD图像采集单位（5）电连接，对CCD图像采集单位（5）采集的信号依次进行滤波、前置放大、A/D模数转化处理；

控制单元（7），分别与CCD图像采集单位（5）和CCD信号处理单位（6）电连接，对CCD信号处理单位（6）输出的信号进行数据采集及信号处理，从中解析出与被测物对象尺寸成比例的信号，最后通过标校计算得到被测物的实际位置；

输出端（8），与控制单元（7）电连接，输出所述控制单元（7）的信号。

2.根据权利要求1所述的CCD光电检测装置，其特征在于，所述点阵光源（1）为红外LED点阵光源。

3.根据权利要求2所述的CCD光电检测装置，其特征在于，所述CCD图像采集单位（5）由电连接的CCD驱动电路（51）与CCD传感器（52）组成。

4.根据权利要求3所述的CCD光电检测装置，其特征在于，所述CCD传感器（52）为线阵列CCD。

5.根据权利要求3或4所述的CCD光电检测装置，其特征在于，所述控制单元（7）由互相通信的单片机MCUⅠ（71）与单片机MCUⅡ（72）组成，所述单片机MCUⅠ（71）与CCD驱动电路（51）电连接，所述单片机MCU Ⅱ（72）与CCD信号处理单位（6）电连接。

6.根据权利要求5所述的CCD光电检测装置，其特征在于，输出端（8）为数字量输出（81）和/或模拟量输出（82）。