一種精確檢測物體平面投影的裝置和方法與流程

2023-08-02 16:33:31

本發明涉及圖像檢測裝置技術領域，特別是涉及一種精確檢測物體平面投影的裝置和方法。

背景技術：

物體的圖像檢測裝置廣泛應用於質量檢驗、流程監控、機械生產自動化以及研發等各個領域，如進行皮革及紙張等尺寸、面積及形狀的測量，產品孔洞、缺陷的監測，以及產品輪廓的獲取等。本發明提出一種精確檢測物體平面投影的裝置和方法，對自動化生產、質量監控、計算機輔助設計等眾多領域有著重要意義。

目前的物體圖像測量一般通過CCD工業相機獲取物體圖像，再經由計算機圖像處理得到其投影信息。但此類裝置結構較複雜，可測量面積有限，難以進行等比例測量以得到精確的信息，且成本較高，所採用的方法和原理較複雜，容易出故障，對應用產生不便。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種精確檢測物體平面投影的裝置和方法，該裝置結構簡單，成本低廉，能夠精確檢測出物體的輪廓、結構、尺寸、面積、位置等信息。

為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是：

一種精確檢測物體平面投影的裝置，包括光源、透明導電層、光敏電阻層、薄膜二極體層、導電層、復用電路、掃描電路、處理器和電源；所述的透明導電層、光敏電阻層、薄膜二極體層、導電層依次層疊設置；所述的透明導電層由均勻排列的條形透明電極組成，導電層由均勻排列的條形電極組成，且透明導電層的條形透明電極和導電層的條形電極的排列方向相互垂直；所述的光敏電阻層由光敏電阻陣列組成，薄膜二極體層由薄膜二極體陣列組成，對應的光敏電阻陣列和薄膜二極體陣列上下重疊組成陣列單元，且每個陣列單元位置均位於一組條形透明電極及條形電極的交點對應的位置；

所述的復用電路連接透明導電層的各個條形透明電極，用於對條形透明電極的電平進行復位和讀取；所述的掃描電路連接導電層各個條形電極，用於驅動各個條形電極；所述的處理器分別連接並控制復用電路及掃描電路；所述的電源與復用電路、掃描電路及處理器連接並提供電能；

所述的光源與透明導電層相對設置，被測物體設置在光源與透明導電層之間。

所述的光源發出的光為平行的可見光、平行的紫外光或紅外光。

所述的透明導電層由既透明又導電的材料製成，如ITO、AZO等。

所述的光敏電阻層由化合物半導體或元素半導體這類光電材料製成，化合物半導體如CdS、CdSe、PbS、PbSe、InSb等，元素半導體如Si或Ge等。

所述的薄膜二極體由Ta/TaO/Ta，Ni/TiO2/W，Ta/Ta2O5/Cr等薄膜結構製成。具有單向導電功能，用於避免多光點測量時的串擾。其正極連接導電層的條形電極，負極連接光敏電阻層的光敏電阻。

所述的導電層由導電材料製成，如Al、Ag等。

所述的復用電路包括數字接口、電平轉換電路和電平保持電路；數字接口與處理器連接，同時數字接口連接多個並聯設置的電平轉換電路，每個電平轉換電路連接一個電平保持電路，每個電平保持電路連接透明導電層的一個條形透明電極，用於對條形透明電極電平的復位和讀取。

所述的處理器為微控制器、微處理器、DSP、CPLD或FPGA等。

一種精確檢測物體平面投影的裝置和方法，其步驟如下：

步驟1：打開電源，為復用電路、掃描電路及處理器提供電源；

步驟2：打開光源，使光源發射的光經過被測物體，平行照向透明導電層；

步驟3：首先通過處理器控制復用電路對透明導電層的所有條形透明電極進行復位；

步驟4：通過處理器控制掃描電路進而控制導電層各條形電極的電平；首先選擇第一個條形電極，使第一個條形電極為設置電平，其他條形電極為復位電平；

步驟5：處理器控制復用電路，採集透明導電層各條形透明電極的電平；

步驟6：處理器對採集到的條形透明電極的電平進行判斷，若條形透明電極的電平為設置電平，則表示該條形透明電極上存在光點，這些光點的位置分別為該條形透明電極與導電層第一個條形電極的交點，將這些光點的位置存儲於處理器內；若測得的條形透明電極的電平為復位電平，則表示該條形透明電極上無光點；

步驟7：處理器處理完導電層選擇第一個條形電極的情況後，繼續控制復用電路對透明導電層的所有條形透明電極進行復位；再控制掃描電路，選擇導電層的下一個條形電極，使該個條形電極為設置電平，其他條形電極為復位電平；此時，處理器控制復用電路，採集透明導電層各條形透明電極的電平，並按照步驟6的方法判斷光點的位置，同時將光點位置存儲於處理器內；

步驟8：依次類推，當處理器完成導電層最後一個條形電極為設置電平情況下對各光點所在位置的電平進行採集、判斷、數據存儲後，掃描結束；

步驟9：處理器根據存儲的各光點位置，反推出被測物體遮擋的光範圍，最終處理得到物體的輪廓、結構、尺寸、面積信息，並發送至上位機。

步驟5具體包括：

步驟101.照射到透明導電層上的光透過透明導電層照射到光敏電阻層；

步驟102.被光照射到的光敏電阻層的阻值急劇減小，使得光照處透明導電層通過光敏電阻層及單向導通的薄膜二極體最終與導電層單向導通，此時透明導電層條形透明電極上的光點對應位置的電平即為導電層條形電極上相應的光點位置對應的電平，即為透明導電層上光點所在的條形透明電極測得的電平；

步驟103.通過處理器控制復用電路，採集透明導電層各條形透明電極的狀態電平，即得到光點所在位置。

相對於現有技術，本發明具有以下優點：

本發明的檢測裝置是由透明導電層、光敏電阻層、薄膜二極體層、導電層組成的檢測部件。透明導電層由均勻排列的條形透明電極組成，導電層由均勻排列的條形電極組成，且透明導電層的條形透明電極和導電層的條形電極的排列方向相互垂直；光敏電阻層、薄膜二極體層分別由光敏電阻陣列、薄膜二極體陣列組成，對應的光敏電阻陣列和薄膜二極體陣列上下重疊組成陣列單元，且每個陣列單元位置均位於一組條形透明電極及條形電極的交點對應的位置。當光照在該裝置後，光透過透明導電層，照射到光敏電阻層，光敏電阻層阻值急劇減小，使得光照處透明導電層與導電層之間導通，此時透明導電層條形透明電極上的光點對應位置的電平即為導電層條形電極上相應的光點位置對應的電平，即為透明導電層上光點所在相應條形透明電極測得的電平。將被測物體放置於光源和透明導電層之間，通過檢測透明導電層上的實際光點，可以反推出被測物體遮擋的光範圍，即得到被測物體的輪廓、結構、尺寸、面積等信息；該裝置具有結構和原理簡單、易於維護、成本低廉的優點，可被用於質量檢驗、流程監控、機械生產自動化以及研發等各個領域。

本發明的測試方法的原理為當電源接通，處理器控制復用電路使透明導電層各條形透明電極復位，並通過控制掃描電路進而控制導電層各條形電極的電平。首先選擇導電層的第一個條形電極，使第一個條形電極為設置電平，其他條形電極為復位電平。此時，處理器控制復用電路，採集透明導電層各條形透明電極的電平，並對採集到的電平進行判斷，若某些條形透明電極的電平為設置電平，則表示該條形透明電極上存在光點。這些光點的位置分別為該條形透明電極與導電層第一條形電極的交點，將這些光點的位置存儲於處理器內；若測得條形透明電極的電平為復位電平，則表示該條形透明電極上無光點。處理器處理完導電層第一個條形電極為設置電平的情況後，按以上方法，再使導電層的第二條形電極、第三條形電極，直到最後一個條形電極為設置電平，其他條形電極為復位電平，依次對透明導電層各條形透明電極上光點所在位置的電平進行採集、判斷、數據存儲。當處理器處理完導電層最後一個條形電極為設置電平的情況後，掃描結束。處理器根據存儲的各光點位置，處理得到物體的輪廓、結構、尺寸、面積等信息，發送至上位機。該方法原理簡單、成本低廉的優點，可被用於質量檢驗、流程監控、機械生產自動化以及研發等各個領域。

【附圖說明】

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的平面示意圖；

圖3為復用電路結構框圖；

圖4為本發明的導電原理圖。

圖中：1為光源；2為透明導電層；3為光敏電阻層；4為薄膜二極體層；5為導電層；6復用電路；7為掃描電路；8為處理器；9為電源。

【具體實施方式】

下面結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細闡述，但本發明不限於該實施例。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明具體的細節。

如圖1至圖3所示為本發明的一種精確檢測物體平面投影的裝置，包括光源1、透明導電層2、光敏電阻層3、薄膜二極體層4、導電層5、復用電路6、掃描電路7、處理器8和電源9；所述的透明導電層2、光敏電阻層3、薄膜二極體層4、導電層5依次層疊設置；所述的透明導電層2由均勻排列的條形透明電極組成，導電層5由均勻排列的條形電極組成，且透明導電層2的條形透明電極和導電層5的條形電極的排列方向相互垂直；所述的光敏電阻層3由光敏電阻陣列組成，薄膜二極體層4由薄膜二極體陣列組成，對應的光敏電阻陣列和薄膜二極體陣列上下重疊組成陣列單元，且每個陣列單元位置均位於一組條形透明電極及條形電極的交點對應的位置；

所述的復用電路6連接透明導電層2的各個條形透明電極，用於對條形透明電極的電平進行復位和讀取；所述的掃描電路7連接導電層5各個條形電極，用於驅動各個條形電極；所述的處理器8分別連接並控制復用電路6及掃描電路7；所述的電源9與復用電路6、掃描電路7及處理器8連接並提供電能；

所述的光源1與透明導電層2相對設置，被測物體設置在光源1與透明導電層2之間。

所述的光源1發出的光為平行的可見光、平行的紫外光或紅外光；透明導電層2由既透明又導電的材料製成，如ITO、AZO、FTO等；光敏電阻層3由化合物半導體或元素半導體這類光電材料製成，化合物半導體如CdS、CdSe、PbS、PbSe、InSb等，元素半導體如Si或Ge等；導電層5由導電材料製成，如Al、Ag等。

所述的薄膜二極體層4由Ta/TaO/Ta，Ni/TiO2/W，Ta/Ta2O5/Cr等薄膜結構製成。具有單向導電功能。如圖4所示的原理圖中，薄膜二極體層4的正極連接導電層5的條形電極，負極連接光敏電阻層3的光敏電阻。當光敏電阻受光時，對應透明導電層2條形透明電極與導電層5條形電極之間光敏電阻阻值急劇減小，光照處透明導電層2與導電層5之間單向導通，受光位置可以被檢出，薄膜二極體用於避免多點測量時的串擾。

所述的復用電路6具有復位條形透明電極的電平和檢測電極電平的功能，如圖3所示，復用電路6包括數字接口、電平轉換電路和電平保持電路。數字接口與處理器8連接，同時數字接口連接多個並聯設置的電平轉換電路，每個電平轉換電路連接一個電平保持電路，每個電平保持電路連接透明導電層2的一個條形透明電極。電平轉換電路可以將與處理器兼容的3.3v或5v電平轉換為電極需要的電平，同時可設置為輸入和輸出模式，用於對電極電平的復位和讀取。電平保持電路可以避免電極電平波動影響測量結果。

所述的處理器8為微控制器、微處理器、DSP、CPLD或FPGA等。

一種基於精確檢測物體平面投影的裝置的測量方法，步驟如下：

步驟1：打開電源9，為復用電路6、掃描電路7及處理器8提供電源；

步驟2：打開光源1，使光源1發射的光經過被測物體，平行照向透明導電層2；

步驟3：首先通過處理器8控制復用電路6對透明導電層2的所有條形透明電極進行復位；

步驟4：通過處理器8控制掃描電路7進而控制導電層5各條形電極的電平；首先選擇第一個條形電極，使第一個條形電極為設置電平，其他條形電極為復位電平；

步驟5：處理器8控制復用電路6，採集透明導電層2各條形透明電極的電平，具體包括：

步驟101.照射到透明導電層2上的光透過透明導電層2照射到光敏電阻層3；

步驟102.被光照射到的光敏電阻層3的阻值急劇減小，使得光照處透明導電層2通過光敏電阻層3及單向導通的薄膜二極體層4最終與導電層5單向導通，此時透明導電層2條形透明電極上的光點對應位置的電平即為導電層5條形電極上相應的光點位置對應的電平，即為透明導電層2上光點所在的條形透明電極測得的電平；

步驟103.通過處理器8控制復用電路6，採集透明導電層2各條形透明電極的狀態電平。

步驟6：處理器8對採集到的條形透明電極的電平進行判斷，若條形透明電極的電平為設置電平，則表示該條形透明電極上存在光點，這些光點的位置分別為該條形透明電極與導電層5第一個條形電極的交點，將這些光點的位置存儲於處理器8內；若測得的條形透明電極的電平為復位電平，則表示該條形透明電極上無光點；

步驟7：處理器8處理完導電層5選擇第一個條形電極的情況後，繼續控制復用電路6對透明導電層2的所有條形透明電極進行復位；再控制掃描電路7，選擇導電層5的下一個條形電極，使該個條形電極為設置電平，其他條形電極為復位電平；此時，處理器8控制復用電路6，採集透明導電層2各條形透明電極的電平，並按照步驟6的方法判斷光點的位置，同時將光點位置存儲於處理器8內；

步驟8：依次類推，當處理器8完成導電層5最後一個條形電極為設置電平情況下對各光點所在位置的電平進行採集、判斷、數據存儲後，掃描結束；

步驟9：處理器8根據存儲的各光點位置，反推出被測物體遮擋的光範圍，得到物體的輪廓、結構、尺寸、面積信息，並發送至上位機。

本發明由光源1、透明導電層2、光敏電阻層3、薄膜二極體層4、導電層5、復用電路6、掃描電路7、處理器8、電源9組成；所述的透明導電層2由均勻排列的條形透明電極組成，導電層5由均勻排列的條形電極組成，且透明導電層2的條形透明電極和導電層5的條形電極的排列方向相互垂直；所述的光敏電阻層3由光敏電阻陣列組成，薄膜二極體層4由薄膜二極體陣列組成，對應的光敏電阻陣列和薄膜二極體陣列上下重疊組成陣列單元，且每個陣列單元位置均位於一組條形透明電極及條形電極的交點對應的位置。

測量原理是：光照在該裝置後，光透過透明導電層2，照射到光敏電阻層3，光敏電阻層3阻值急劇減小，使得光照處透明導電層2與導電層5之間單向導通，此時透明導電層2條形透明電極上的光點對應位置的電平即為導電層5條形電極上相應的光點位置對應的電平，即為透明導電層2光點所在的各條形透明電極測得的電平。處理器8控制掃描電路7進而控制導電層5各條形電極的電平。首先選擇導電層5的第一個條形電極，使第一條形電極為設置電平，其他條形電極為復位電平，並採集透明導電層2各條形透明電極的電平。當測得條形透明電極的電平為設置電平，則表示該條形透明電極上存在光點，這些光點的位置分別為該條形透明電極與導電層5第一條形電極的交點，其位置被存儲在處理器8內；若測得條形透明電極的電平為復位電平，則該條形透明電極上無光點。處理器8處理完導電層5第一條形電極的情況後，按以上方法，再使導電層5的第二條形電極，第三條形電極直到最後一個條形電極依次為設置電平，其他條形電極為復位電平，依次對透明導電層2各光點所在位置的電平進行採集、判斷、數據存儲。當處理器8處理完導電層最後一個條形電極為設置電平的情況後，掃描結束。處理器根據存儲的各光點位置，處理得到物體的輪廓、結構、尺寸、面積等信息，發送至上位機。

該方法和裝置具有結構和原理簡單、易於維護、成本低廉的優點，可被用於質量檢驗、流程監控、機械生產自動化以及研發等各個領域。

以上所述僅為本發明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本發明說明書而對本發明技術方案採取的任何等效的變換，均為本發明的權利要求所涵蓋。