基于透镜成像的线阵光电门的制作方法

本发明基于透镜成像的线阵光电门涉及的内容属于几何光学技术，也涉及电子技术领域，可用于电子数粒机中。

背景技术：

高速药瓶包装线中的药粒计数方式逐步地从机械数粒向电子数粒发展，电子数粒有光电门方式和平面成像统计方式两种，目前的产品以光电门计数方式为主，在此基础上开发各类具有剔废功能的高速电子数粒机。颗粒计数器中的光电门一般都采用透射式，分作光源和接收两部分，分列于被计数颗粒的两侧，利用被计数颗粒对光线的遮挡而引起光线照度的变化，转换成电信号进行数字化统计。在光电门计数方式中，光电门是计数器的前端，其可靠性是整个计数器的品质基础，光电门应该输出稳定、清晰的电信号。

大多数透射式光电门是采用平行光投射，使得被测物体颗粒在光信号接收器上产生光线遮挡阴影。为此，有一些光电门采用多个发光二极管排列成线阵，对着光敏管线阵投射平行光束。这种平行光束投射方式的光线平行度并不理想，存在多角度的散射光，遮光阴影不能很好地对应被测物体的尺度，尤其对于小颗粒物体，不能很好地被检测到。再加上光信号接收阵列也采用点数极少的光敏管，物体尺度分辨力很低。

剔废功能已经成为当今药瓶包装线中数粒机的基本功能，国家质量监督检验检疫总局2010年11月发布的电子数粒机技术规范中“剔除率”是指标之一。为了加强数粒机的剔废功能，需要加强对被测颗粒物体尺度的识别能力，就必须增加光信号接收器的感光点数，同时提高物体投影的边缘清晰度。本实用新型采用透镜成像的原理，能够获得较高清晰度的物体影像，大大提高了物体尺度的分辨力。另外，取消了光源发射平行光线的要求，可以更加灵活地选择作为光源的LED灯珠类型。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高分辨力的光电门，由光源模块、物流通道、成像透镜、光信号接收器和固定架五部分组成，如附图1所示，从技术层面上看，具有以下特征：

基于透镜成像的线阵光电门中的光源模块和光信号接收器分列于物流通道两侧，在光信号接收器的前端朝物流通道方向放置成像管镜，光源、成像透镜、光信号接收器三者排列在同一水平线上，光源至光信号接收器的间距为65-80mm；成像透镜选用焦距为4.0-6.0mm的监控用的M12单板小镜头，通过镜头座安装于光信号接收器所在的线路板上；光源模块是一块安装了线阵LED灯珠的线路板，物流通道采用透明塑料管，光源模块、物流通道、含成像透镜的光信号接收模块三个部件统一由固定架定位。

所述焦距6.0mm的M12小镜头反方向装入镜头座，即镜头的前端朝向光信号接收器，镜头的尾端朝向被检测物体。

所述固定架上设计有光源模块、物流通道、含成像透镜的光信号接收模块三个部件各自独立的插槽，三个部件可独立拆装。

基于透镜成像的线阵光电门相比现有技术所产生的有益效果：

具有较高的物体尺度分辨力，能够很好地识别被测物体的尺度变化，提高对物体颗粒外形缺损的识别能力。

相配套的光信号接收器采用高分辨力的线阵CCD，并配以相应的M12单板小镜头。将M12单板小镜头反方向装入镜头座，是为了有效缩短光电门的长度，如附图4所示。光电门的长度由光源与被测物体的间距、透镜物距、像距三者相加确定，镜头反方向装配可以最大程度地缩短镜头自身长度所占光路空间尺度，使得物距加像距达到最小。根据光路可逆原理，镜头反方向装配并不影响成像效果，但往往会减少光通量。需要注意的是并非所有镜头均可以做这样的反装处理，应当选择合适的镜头类型。

镜头的焦距f选用4.0-6.0mm，是为了配合光信号接收器的需要。在本实用新型中光信号接收器的接收窗口宽度为8mm，物流通道的宽度为30mm，物距与像距的比不宜小于3.75。参照附图1，被测物与像的有效间距按45mm计算，像距应该是9.5mm，按下式计算出焦距为7.5mm。

选用焦距小于7.5mm的镜头，视角会更加宽广。实际计数与识别过程中，成像清晰度的要求不高，对焦距、像距等数据不需要十分精准，实际也无法精准，只要大概把握对焦点处在光信号接收器前40-50mm处即可。

基于透镜成像的线阵光电门中，光源没有紧贴被测物体，而是留出了15-30mm的间距，其目的是成像后让被测物体的背景亮度尽量均匀，如附图1和附图3所示。装配时调整镜头前后位置，保证成像的清晰点落在被测物体上，而LED灯珠中的发光点就不能清晰成像，体现为片状显亮。

采用透明塑料管单独构成物流通道，主要目的是在照明被检测物体的同时，将被检测物体的通道与电路板、成像镜头等部件隔离开来，封闭光学、电子部件所在空间，防止环境粉尘对这些部件的污染。

附图说明

附图1是基于透镜成像的线阵光电门光路原理图。

图中1是红外线LED灯珠线阵，2是物流通道，3是成像透镜，4是光信号传感器，5是固定架，6是线路板，7是被检测的颗粒状物体。

附图2是基于透镜成像的线阵光电门结构立体透视图。

图中1是红外线LED灯珠线阵，2是物流通道，3是成像透镜，5是固定架，6是线路板，7是被检测的颗粒状物体，8是电缆线过孔。

附图3是基于透镜成像的线阵光电门结构中所采用的M12成像镜头外形。

附图4是基于透镜成像的线阵光电门结构中成像镜头反向装配图。

图中9是镜头座，10是成像镜头底端。

附图5是基于透镜成像的线阵光电门结构中成像镜头正向装配图。

图中9是镜头座，11是成像镜头顶端。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的实施作进一步说明。

本实用新型中的固定架用塑料材质制作，在其中确定的位置留有两对线路板插槽和物流通道管材的定位弧形凹槽，如图2所示。光源模块和光信号接收模块相对放置，它们之间的线路用排线连接。其中的物流通道管采用直径为30mm壁厚2mm的透明PC圆管，即聚碳酸酯管材。

成像镜头选用监控用的M12单板小镜头，如图3所示。对镜头成像清晰度的要求不高，但要求镜头的前光学焦距和前机械焦距均大于零，确保能够反向安装时成像于光信号接收器的感光面上。4.0-4.3mm焦距的单板小镜头只能正向装配，如图5所示，6.0mm焦距的单板小镜头反方向装配，如图4所示。试验样机中6.0mm焦距的单板小镜头选用的是嘉视安M12-6IR，完成镜头座安装后将镜头旋至底部即可。

光信号接收器采用的是128点的线阵CCD传感器，与之相配合的是850nm的LED灯珠作为光源。使用过程中CCD传感器像素的扫描频率不低于500kHz。