[实用新型]一种LED光源非接触式测径仪

说明书

技术领域

本实用新型提供了一种基于LED光源非接触检测物体直径、厚度等信息的测量装置。

背景技术

早期采用的机械式检测仪，一般都是将被测物体与标准测量器具进行比较，从而得出测量结果，这种方法比较直观，但是测量精度相对较低。大多数机械测量仪器都是接触式测量，其优点是测量操作简单方便，制造成本低，测量范围广；缺点是测量时对被测物体有一定的损坏，无法测量柔性和弹性物体，且无法实现动态测量，测量效率低。常用的机械式测微仪器有游标卡尺、千分尺等。

光学测微仪器的测量原理是将光束投射到被测物体，通过感光元器件接收被测物体的投影；对感光元器件得到的信号进行电子运算处理计算出投影或像的大小即可得到被测物体的尺寸。

在中国专利文件CN 102087100 A中，采用的平行光为脉冲激光，平行光经过待测线缆遮挡而部分射出进行汇聚后，最后投射到光电传感器转化成模拟电信号，最后采用FPGA对信号进行处理和运算。被测物体和光电传感器之间需要有一套光学成像镜头，成本较高。

在中国专利文件CN 103673906 B中，采用激光束照射到旋转多面体转镜上形成激光扫描扇区，进行大口径工件外径的测量，工件的外径依赖于多面体转镜的旋转速度，对电机的稳定性要求性很高。

现有的光学非接触式测径装置有两类：一是采用激光作为光源，光线经过被测物体后，通过光学镜头成像到图像传感器上；二是采用旋转的棱镜形成激光扫描束，对被测物体扫描检测。上述装置都存在着体积大，成本高等问题，使光学测径装置无法得到广泛推广和使用。

实用新型内容

本实用新型详细说明了基于数字图像处理的非接触式测径仪的实现思想和实施方法。

一套完整的LED光源非接触式测径仪由以下三个部分组成：

1.LED光源平行光管：由发光二极管LED、光学镜片组成、小孔和镜筒组成，LED发出的光线经过一系列光学镜片和小孔后形成平行光，平行光照射到被测物体，最后直接投射到线阵CCD传感器。

2.线阵CCD传感器：把平行光管发出的光经过被测物体后光信号转换成电信号，并把结果传送到数字图像处理系统。

3.数字图像处理系统：对线阵CCD传感器传来的电信号进行处理，并把处理结果通过显示系统显示出来。

附图说明

图1为测径仪的工作原理图。

图2为平行光管的结构原理图。

图3为像元感光信号坐标图。

图4为像元感光信号坐标局部放大图。

图5为数字图像处理程序流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，所述的LED光源非接触式测径仪包括平行光管1和线阵CCD 传感器3、数字图像处理系统5和显示系统6，其中平行光管1发出的平行光照射到被测物体2上，平行光最后投射到线阵CCD传感器3上，且平行光管1发出的平行光和线阵CCD传感器3互相垂直；所述平行光管1的内部结构原理如图2所示，平行光管1由LED光源7、平凸透镜8、非球面镜9、中心有透光圆孔的金属片10、平凸透镜11和滤光片12组成，其中平凸透镜8的焦距为f₁，非球面镜9的焦距为f₂，平凸透镜11的焦距为f₃，LED光源7放置在平凸透镜 8的焦点上，中心有透光圆孔的金属片10放置在非球面镜9和平凸透镜11的焦点上，且上述器件全部共心放置。

结合图3、图4和图5对系统工作做进一步说明。

线阵CCD传感器3将被测物体2的光学图像信号转换为离散电压信号，其中每一个离散电压信号对应着一个像元所接收光强的大小，离散的电压信号经过 A/D采样转换为数字图像信号，输出的时序则对应线阵CCD传感器像元位置的顺序。图3中横坐标为像元的位置顺序，纵坐标为像元对应的电压值，图4为图3 的局部放大。U_h为亮电平，U_l为暗电平，U_m为判断被测物体的边缘阈值电压， X_m为中心像元的位置，X_start和X_end是被测物体的边缘对应的像元的位置坐标。为了消除环境光和LED光源工作时电压波动的影响，令U_m＝a×U_h+b×U_l，其中a、 b为加权系数，U_h和U_l为系统工作时采集到的实时电压。图5说明了检测系统的数字图像处理程序流程，数字图像处理系统5首先产生线阵CCD工作所需要的时序脉冲信号，并对被检测物体的光线进行光电转换，然后对每一个像元的电压按像元的位置的顺序进行AD转换；由边缘像元和中心像元分别得到亮电平U_h和暗电平U_l，并根据U_m＝a×U_h+b×U_l得到边缘阈值U_m。由像元的中心位置X_m开始进行判断被测物体的两个边缘像元位置，当U_x>U_m时，得到边缘像元位置分别为 X_start和Xend，最后得到被测物体的尺寸为(Xend-Xstart)×像元尺寸，并通过显示系统6显示结果。