CN102564292B - 挡风玻璃边缘检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挡风玻璃边缘检测传感器，该传感器包括行走检测部、边缘检测部和信号处理部，所述行走检测部通过测针来检测是否运动到挡风玻璃表面，然后通过四个电感测头的边缘检测部来判断传感器沿着挡风玻璃表面的移动方向，信号处理部将行走检测部、边缘检测部的信号经放大、电平转换后传送给单片机处理，并经输出端口与外部控制系统连接，本发明的工作方式简单，工作前不需要进行外部的起始位置或关键位置的标定，不需要复杂的软件处理，不同于目前通用的光学原理或者坐标测量原理的轮廓检测，所得到的数据经过简单的处理就可以作为挡风玻璃切割用的轨迹数据。

Description

挡风玻璃边缘检测传感器

技术领域

本发明涉及一种检测传感器，特别是一种在对挡风玻璃进行自动拆卸和切割时使用的挡风玻璃边缘检测传感器。

背景技术

随着中国汽车保有量的不断增加，报废汽车的回收再利用已经成为人们的共识。国外在对报废汽车进行处理时对挡风玻璃不进行拆解，这是由于废汽车玻璃的经济价值较低根本不足以补偿人工成本。从中国的国情来看，尽心精细化拆解，充分提高报废汽车的材料利用率是报废汽车拆解与回收的发展方向。

因此，需要对废旧汽车车身上的非金属零部件全部进行拆除，一方面提高车身上各类材料的利用率，另一方面也提高了废旧汽车拆解后的废钢材的有效利用率。

由于废旧汽车的外形和参数各不相同，全部利用人工来进行拆除工作效率会很低。因此需要对工序简单、劳动强度高的环节采用自动化方式进行作业。而报废汽车的挡风玻璃的切割和拆除就属于这种类型的工作。

采用在工业机器人腕部安装末端执行器来进行切割工作是目前的一个趋势，但是废旧汽车的挡风玻璃的形状差异很大，如何快速确定挡风玻璃的切割路径就成为一个需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种挡风玻璃边缘检测传感器，该传感器是一种可更换的工业机器人执行器，工业机器人在末端执行器安装该传感器后，在废旧汽车的前后挡风玻璃上进行自动跟踪和循迹，可快速找到一条挡风玻璃的切割路径，然后将该切割路径的数据存入数据库中，并最终控制工业机器人对废旧汽车的挡风玻璃进行切割和拆除。

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种挡风玻璃边缘检测传感器，其包括：

行走检测部，包括测针、压盖和限位触盘，所述测针的头部安装有红宝石触头，所述压盖、限位触盘上下分布，测针从压盖、限位触盘中穿出，在压盖、限位触盘之间，所述测针上固定有测针触盘，所述测针触盘与限位触盘之间通过下触点接触，所述测针触盘与压盖底部之间设置有弹性机构，在测针向上运动测针触盘与下触点分离后，所述弹性机构可将测针触盘与下触点恢复接触，所述测针触盘与下触点之间的接触或分离产生的信号由信号处理部处理；

边缘检测部，包括四组电感测头，每组电感测头之间相隔90°，所述电感测头包括磁芯，所述磁芯外部安装有线圈支架，所述线圈支架上安装有电感线圈，电感线圈的信号由信号处理部处理；

信号处理部，将行走检测部、边缘检测部的信号经放大、电平转换后传送给单片机处理，并经输出端口与外部控制系统连接。

所述弹性机构为弹簧。

所述行走检测部还包括上触头，所述上触头设置在压盖底部上，其位于测针触盘的上部。

所述压盖上设置有通孔，通孔内安装有滑套，所述上触头为钉状，其设置在滑套内，在压盖底部上触头上设置有触头弹簧，所述触头弹簧通过触头螺母固定。

所述上触头有三组，所述的三组上触头按120°的间隔分布在压盖底部。

所述行走检测部、边缘检测部设置在传感器外壳内，传感器外壳上部连接有连接套筒，所述信号处理部设置在连接套筒内；连接套筒的上部为法兰结构，其侧面设置有电缆接口。

本发明的传感器能够协助工业机器人进行自动探测并获取挡风玻璃边缘位置数据。本发明在检测原理上采用接触和非接触相结合的方法，通过一个装有红宝石测头的测针来探测传感器是否已经运动到挡风玻璃的表面，当工业机器人携带传感器运动到挡风玻璃表面时，红宝石头接触挡风玻璃表面以后，测针会向内轻微移动，从而使测针上的测针触盘与传感器的下触头断开连接，从而使传感器的信号处理部的单片机采集到该信号，并把该信号反馈给工业机器人的控制器，使工业机器人的末端停止向下运动。然后通过四个电感测头来判断传感器沿着挡风玻璃表面的移动方向。

本发明的工作原理是：传感器开始工作时，电感测头的电感线圈与内部电路构成一个振荡电路，当电感侧头运动到金属表面时，该振荡电路失去平衡并停止工作，从而触发单片机采集该信号。通过四个电感测头的信号状态就可以判断出传感器是否位于挡风玻璃的边缘位置。

如果四个电感测头全都检测到金属信号，说明传感器已经运动到车身上，应当重新定位。如果四个电感测头都没有检测到金属信号，则说明传感器完全位于挡风玻璃的表面上。

如果有一个电感侧头检测到金属信号，而其它三个没有检测到金属信号，则可以判断传感器正好位于挡风玻璃的边缘处，此时工业机器人的控制器根据工业机器人的位姿数据计算出红宝石测头所在的坐标位置，并把该数据返回到上位计算机中。

如果有相邻的两个电感测头检测到金属信号，而另外两个没有，则说明传感其位于挡风玻璃边缘的转角处，工业机器人的控制器一方面记录传感器的坐标位置，一方面调整传感器的移动方向，保证传感器始终沿着挡风玻璃的边缘进行移动。

本发明工作方式简单，每次工作前不需要进行外部的起始位置或关键位置的标定；不需要复杂的软件处理，不同于目前通用的光学原理或者坐标测量原理的轮廓检测，需要通过专用的数据处理软件进行复杂的处理和运算然后来求解轮廓数据，本发明所得到的数据经过简单的处理就可以作为挡风玻璃切割用的轨迹数据。

本发明所提供的装置是作为工业机器人的末端执行器来进行设计和安装的，便于与现有的工业机器人进行连接，操作起来十分简便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明传感器外形结构图。

图2为本发明传感器整体剖分结构图。

图3为本发明传感器下部的剖分结构图。

图4为本发明传感器下部的剖面视图。

图5为本发明检测线圈的剖面视图。

图6为本发明传感器的电路原理框图。

图7为本发明传感器对挡风玻璃的边缘进行探测时的工作原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明传感器的整体外形图，其中连接套筒2上部是标准的法兰结构，用来和工业机器人的连接装置进行连接。连接套筒2的侧面有电缆接口4，传感器的工作电源和输出信号都通过这个电缆接口4与外部控制系统进行连接。

图2是传感器的整体剖分结构图。连接套筒2的内部通过上端盖3装有一个三层电路板10，与传感器相关的信号处理，单片机电路都在这三块电路板10上进行。连接套筒2的下部通过螺栓孔与传感器外壳1连接。传感器内部主要由压盖9、限位触盘8、测针7和电感测头6组成。

所述测针7的头部安装有红宝石触头5，所述压盖9、限位触盘8上下分布，测针7从压盖9、限位触盘8中穿出，在压盖9、限位触盘8之间，所述测针7上固定有测针触盘19，所述测针触盘19与限位触盘8之间通过下触点20接触，所述测针触盘19与压盖9底部之间设置有弹性机构12，在测针7向上运动测针触盘19与下触点20分离后，所述弹性机构12可将测针触盘19与下触点20恢复接触，所述测针触盘19与下触点20之间的接触或分离产生的信号由信号处理部处理。

其中电感测头6共有4组，每一组之间成90度均匀分布，并按照一定角度向外倾斜布置。电感测头6的结构如图5所示，在磁芯22外部装有一个工程塑料制成的线圈支架21，然后在线圈支架上装有漆包线绕制而成的电感线圈23。电感线圈23的信号由信号处理部处理。

图3是传感器下部的剖分结构图，从挡风玻璃边缘检测的角度可以分为两个部分：机械测量部分和电子测量部分。机械测量部分的结构如图4所示，电子测量本分的原理如图6所示。

结合图4可以说明传感器机械部分的工作原理，当工业机器人带动传感器运动到挡风玻璃表面后，红宝石触头5与玻璃表面接触后，测针7向上运动，测针触盘19与下触头20所形成的电路瞬间被切断，信号处理部电路中的单片机采集到该信号后，将对应的数字信号上传给工业机器人的控制器，然后工业机器人开始带动传感器沿着玻璃表面进行运动。由于挡风玻璃表面是弧形曲面，在运动过程中测针触盘19会再次与下触头20接触，这时传感器的控制电路就会向工业机器人的控制器发送控制信号，使工业机器人带动传感器和测针7继续向下移动。

为了对测针触盘19的运动区间有一个合理的限制，在传感器内部测针触盘19的上方还设置了上触头18，上触头18一共有三组，按照120度的间隔均匀分布地布置在压盖上，在压盖上有三个通孔，每个通孔内安装一个绝缘材料制成的滑套16，然后将上触头18放入滑套16内，在上触头18与压盖9之间安装有触头弹簧13，最后在装上触头螺母17。

结合图6可以说明挡风玻璃边缘检测传感器的电路部分的工作原理。对每一个电感侧头6而言，其信号拾取作用的是电感线圈23。当电感测头6没有接触到金属时，电感线圈23和电路内部的电容器形成一个平衡状态的LC振荡电路。一旦磁芯附近有金属物质，则该平衡状态的LC振荡电路就会失去平衡，该状态被电路中的检测电路检测到以后立即通过信号放大和电平转换传送给单片机的输入端口。单片机内部运行的程序根据多个输入端口的信号状态向上位机送出已经处理好的数字编码信号，上位机然后控制工业机器人进行后续的动作，直到完成挡风玻璃边缘轮廓数据的检测。

结合图7可以说明挡风玻璃边缘检测传感器的工作原理。首先，工业机器人带着传感器从挡风玻璃的中间位置开始进行探测，首先是向下运动，当接触到玻璃表面后，工业机器人带动传感器向上运动。如图7所示，当1号电感测头检测到金属信号，而2号和4号电感测头没有检测到金属信号，说明传感器正好位于挡风玻璃的边缘位置。如果工业机器人的运动速度过快，1号，2号和4号电感测头6都检测到了金属信号，则需要工业机器人向下调整传感器的位置，直到1号电感测头6能检测到金属信号，而2号和4号电感测头6检测不到金属信号为止。然后工业机器人带动传感器沿着逆时针方向开始连续探测挡风玻璃的轮廓数据，遇到转弯情况时，如图7所示，2号电感测头6检测到金属信号，此时工业机器人带动传感器向下移动一个距离(该距离可以通过程序设定)，然后继续向左侧进行探测，找到金属边之后再向下移动一段距离，然后再向左进行探测。如果2号电感测头6检测到金属信号，而1号电感测头6没有金属信号，则说明传感器完成了圆角部分的探测，此时传感器以2号电感测头6为主测头，开始连续向下的探测。按照同样的原理，直到完成整个挡风玻璃的边缘轮廓的检测。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种挡风玻璃边缘检测传感器，其特征在于包括：

行走检测部，包括测针(7)、压盖(9)和限位触盘(8)，所述测针(7)的头部安装有红宝石触头(5)，所述压盖(9)、限位触盘(8)上下分布，测针(7)从压盖(9)、限位触盘(8)中穿出，在压盖(9)、限位触盘(8)之间，所述测针(7)上固定有测针触盘(19)，所述测针触盘(19)与限位触盘(8)之间通过下触点(20)接触，所述测针触盘(19)与压盖(9)底部之间设置有弹性机构(12)，在测针(7)向上运动测针触盘(19)与下触点(20)分离后，所述弹性机构(12)可将测针触盘(19)与下触点(20)恢复接触，所述测针触盘(19)与下触点(20)之间的接触或分离产生的信号由信号处理部处理；

边缘检测部，包括四组电感测头(6)，每组电感测头(6)之间相隔90°，所述电感测头(6)包括磁芯(22)，所述磁芯(22)外部安装有线圈支架(21)，所述线圈支架(21)上安装有电感线圈(23)，电感线圈(23)的信号由信号处理部处理；

信号处理部，将行走检测部、边缘检测部的信号经放大、电平转换后传送给单片机处理，并经输出端口与外部控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的挡风玻璃边缘检测传感器，其特征在于：所述弹性机构(12)为弹簧。

3.根据权利要求1所述的挡风玻璃边缘检测传感器，其特征在于：所述行走检测部还包括上触头(18)，所述上触头(18)设置在压盖(9)底部上，其位于测针触盘(19)的上部。

4.根据权利要求3所述的挡风玻璃边缘检测传感器，其特征在于：所述压盖(9)上设置有通孔，通孔内安装有滑套(16)，所述上触头(18)为钉状，其设置在滑套(16)内，在压盖(9)底部上触头(18)上设置有触头弹簧(13)，所述触头弹簧(13)通过触头螺母(17)固定。

5.根据权利要求4所述的挡风玻璃边缘检测传感器，其特征在于：所述上触头(18)有三组，所述的三组上触头(18)按120°的间隔分布在压盖(9)底部。

6.根据权利要求1、2、3、4或5任一项所述的挡风玻璃边缘检测传感器，其特征在于：所述行走检测部、边缘检测部设置在传感器外壳(1)内，传感器外壳(1)上部连接有连接套筒(2)，所述信号处理部设置在连接套筒(2)内；连接套筒(2)的上部为法兰结构，其侧面设置有电缆接口(4)。

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