CN104655097A - 激光测距传感器及其测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光测距传感器及其测距方法，该传感器包括电机（120）、控制盒（130）和码盘（150），在电机驱动下，控制盒和码盘之间发生相对旋转，码盘包括多个测距齿（151），控制盒包括测距单元（142）、检测部（144）和控制单元（140），检测部包括对应设置的光发射器（1440）和光接收器（1441），控制盒和码盘之间相对旋转使得测距齿从光发射器和光接收器的对应位置之间穿过；电机带动控制盒旋转进行扫描测距，并将测量的距离值记录在控制单元中，控制单元自动计算出码盘旋转设定角度时对应的局部转速，控制单元与转速反馈调节单元相连，转速反馈调节单元用于调节所述电机的转速，使所述控制盒匀速旋转。本发明结构简单、成本低且灵敏度高。

Description

激光测距传感器及其测距方法
技术领域
本发明涉及一种激光测距传感器及其测距方法，属于技术领域为激光测量仪器技术领域。
背景技术
现有技术中，公开号为CN101885110A的专利文献公开了一种旋转位置检测装置，其采用两个旋转周期不同的旋转体，在旋转体设置一个或多个卡爪，并设置有相应的卡爪传感器，对旋转角度次数进行检测，由于其采用了多个旋转体，导致了检测装置制造成本的提高，元部件的增多必然增大了调整和维护成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种激光测距传感器及其测距方法，该激光测距传感器利用码盘同步扫描方式获得扫描数据，并配合转速反馈调节单元，通过光电编码器自动计算实时转速输入控制单元，通过与预设的转速阈值进行比较后对码盘转速进行精确控制，从而获得一周中每一度的二维剖面的距离信息，结构简单、灵敏度高。
本发明的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种激光测距传感器，包括电机、控制盒和码盘，在所述电机驱动下，所述控制盒和码盘之间发生相对旋转，所述码盘包括多个测距齿，所述控制盒包括测距单元、检测部和控制单元，所述检测部包括对应设置的光发射器和光接收器，所述控制盒和码盘之间相对旋转使得测距齿从所述光发射器和光接收器的对应位置之间穿过；所述电机带动控制盒旋转进行扫描测距，并将测量的距离值记录在控制单元中，所述控制单元自动计算出码盘旋转设定角度时对应的局部转速，所述控制单元与转速反馈调节单元相连，所述转速反馈调节单元用于调节所述电机的转速，使所述控制盒匀速旋转。
为了便于对电机的转速进行监测和调节，当所述控制盒沿逆时针旋转，所述设定角度为均匀设置在码盘圆周上的多个测距齿中，每转过相邻两个测距齿左边缘所经过的角度。
为了便于固定码盘，所述激光测距传感器还包括有基座，所述码盘固定在所述基座上。
为了使控制盒可旋转的连接在所述基座上，所述电机的输出端设有电机带轮，一O型圈套设在所述电机带轮和所述控制盒的外周；所述基座的中部连接一轴承，所述轴承的外圈与所述基座固定，所述轴承的内圈与所述控制盒固定。
综合灵敏度和工作效率两方面因素的考虑，所述测距齿在码盘圆周上的设置数量可以为5-15个。
为了便于识别激光扫描的起始位置，在5-15个所述测距齿中有一个测距齿的齿宽小于或大于其他测距齿的齿宽。
在其中的一个具体实施例中，所述码盘包括15个测距齿，相邻两个测距齿左边缘的间隔为24°，15个测距齿中的1个测距齿，其左、右边缘间隔为6°，其右边缘和右侧相邻测距齿的左边缘间隔为18°，其他测距齿的左、右边缘间隔均为12°。
本发明还提供一种上述激光测距传感器的测距方法，包括如下步骤：
步骤100：测距传感器中的码盘随电机逆时针旋转，此时，电机在初始转速N1；
步骤200：以设定角度为一个测距单位，测量在该测距单位内的距离值，光电编码器自动计算电机在该测距单位内的局部转速N2并发送至控制单元；
步骤300：在控制单元内预设电机转速的第一阈值N0；
步骤400：判断局部转速N2是否在第一阈值N0的范围内，如果是，则进入步骤500；如果否，则控制单元通过调整电路电压将电机转速重新设置为初始转速N1，回到步骤100；
步骤500：控制单元记录步骤200中的距离值。
所述步骤200中的设定角度为转过码盘上多个测距齿中相邻两齿同侧边缘的角度。
所述初始转速N1为5转/秒至15转/秒。
综上所述，本发明提供一种激光测距传感器及其测距方法，该激光测距传感器利用码盘同步扫描方式获得扫描数据，并配合转速反馈调节单元，通过光电编码器自动计算实时转速输入控制单元，通过与预设的转速阈值进行比较后对码盘转速进行精确控制，从而获得一周中每一度的二维剖面的距离信息，结构简单、灵敏度高。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为本发明激光测距传感器外形整体结构示意图；
图2为本发明激光测距传感器内部结构图；
图3为本发明激光测距传感器的俯视图；
图4为本发明实施例一码盘结构示意图。
具体实施方式
实施例一
图1为本发明激光测距传感器外形整体结构示意图；图2为本发明激光测距传感器内部结构图。如图1并结合图2所示，本发明提供一种激光测距传感器100，包括电机120、控制盒130和码盘150，在所述电机120驱动下，所述控制盒130和码盘150之间发生相对旋转，所述码盘150包括多个测距齿151，所述控制盒130包括测距单元142、检测部144和控制单元140，所述检测部144包括对应设置的光发射器1440和光接收器1441，所述控制盒130和码盘150之间相对旋转使得测距齿151从所述光发射器1440和光接收器1441的对应位置之间穿过。所述电机120带动控制盒130旋转进行扫描测距，并将测量的距离值记录在控制单元140中，同时，所述控制单元140自动计算出码盘150旋转设定角度时对应的局部转速N2，所述控制单元140与转速反馈调节单元相连，所述转速反馈调节单元用于调节所述电机120的转速，使所述控制盒130匀速旋转。
图3为本发明激光测距传感器的俯视图。如图3并结合图1、图2所示，为了使控制盒130可旋转的连接在所述基座110上，所述电机120的输出端设有电机带轮121，一O型圈122套设在所述电机带轮121和所述控制盒130的外周。所述基座110的中部连接一轴承160，所述轴承160的外圈与所述基座110固定，所述轴承160的内圈与所述控制盒130固定。
为了便于对电机120的转速进行监测和调节，当所述控制盒130沿逆时针旋转，所述设定角度为均匀设置在码盘圆周上的多个测距齿151中，每转过相邻两个测距齿左边缘所经过的角度。综合灵敏度和工作效率两方面因素的考虑，所述测距齿在码盘圆周上的设置数量可以为5-15个。为了便于识别激光扫描的起始位置，在5-15个所述测距齿中有一个测距齿的齿宽小于或大于其他测距齿的齿宽。
图4为本发明实施例一码盘结构示意图。如图4所示，在实施例一中，码盘150的圆周上均匀设置了15个测距齿151，相邻两个测距齿的左边缘间隔为24°，在15个测距齿中，有1个测距齿151A，其左、右边缘间隔为6°，该测距齿的齿宽比其他测距齿的齿宽略小一些。其右边缘和右侧相邻测距齿的左边缘的间隔为18°。如图3所示，设码盘150的圆心为O，∠AOB为6°，∠AOC为18°，其他测距齿151之间的间隔均为12°。当码盘150扫描时逆时针旋转，以B处作为0°起始点，每隔555.5μs扫描一度，即0.2s扫描一周，每秒可扫描5周。
利用码盘150同步扫描测距，首先需要对电机120的转速做一个设定，例如设定5转/秒，折算出来就是每扫描一度需要555.5μs，理想状态下，每过555.5μs就能得到旋转一度对应的测量距离，然而由于客观原因，电机的局部转速是不均匀的，可能出现局部过快或过慢的情况，这就导致了实际转过一度耗时不是555.5μs，例如是277.75μs，快了一倍，那么实际经过555.5μs测出的不是旋转一度对应的距离，而是旋转两度对应的距离，造成最终扫描测量结果不准确。为了解决这个问题，本发明在控制单元140中设置一个转速反馈调节单元，均匀设置在码盘150圆周上的15个测距齿，每相邻两个左边缘间隔为24°，将码盘分为15等分。检测部144每旋转24°，即：两个相邻测距齿151的左边缘之间的角度，以其作为一个设定角度，自动计算出在这24°内对应的局部转速N2并将该转速值传递给控制单元140，控制单元140内设置一转速阈值N0范围，如果该局部转速N2的数值不在该转速阈值N0范围（对应5转/秒，设为290转-310转/分）内，则控制单元140不保留该设定角度内所测的距离值，即：视为未测量，并通过控制调整电路电压将电机120的转速重新设为最初的设定的初始转速N1，比如5转/秒，重新测量上述设定角度内各角度对应的距离值。
具体来说，本发明还提供一种上述激光测距传感器的测距方法，该方法包括如下步骤：
步骤100：测距传感器中的码盘随电机逆时针旋转，此时，电机在初始转速N1；
步骤200：以设定角度为一个测距单位，测量在该测距单位内的距离值，光电编码器自动计算电机在该测距单位内的局部转速N2并发送至控制单元；
步骤300：在控制单元内预设电机转速的第一阈值N0；
步骤400：判断局部转速N2是否在第一阈值N0的范围内，如果是，则进入步骤500；如果否，则控制单元通过调整电路电压将电机转速重新设置为初始转速N1，回到步骤100；
步骤500：控制单元记录步骤200中的距离值。
所述步骤200中的设定角度为转过码盘上多个测距齿中相邻两齿同侧边缘的角度。所述初始转速N1为5转/秒至15转/秒。
实施例二
当然，均匀设置在码盘150圆周上的测距齿151的设置数量并不局限于实施例一中的15个，即：将360°的1/15作为一个测量单位。在实施例二中，码盘150的圆周上均匀设置了5个测距齿，那么，本实施例中的每个测量单位对应的角度则为72°，初始转速N1也相应设置为15转/秒。本实施例与实施例一之间的差别仅在于测距齿的设置数量不同，从而导致了测量单位的不同。由于本实施例中的其他技术特征与上述实施例一基本相同，可以参照前述内容，在此不再赘述。
显然，除了上述两个实施例所述的测距齿设置方式之外，将测距齿的数量设置为36个，也就是将360°的码盘150更为细分为36个测量单位或者更多，都是可以实现的。但理论上说，测距齿的设置数量越多，调整的频率就越高，测量的准确率和精度也就相应越高，但装置整体构造也越复杂；反之，测距齿的设置数量越少，调整的频率越低，测量的准确率和精度相应也就越低，但装置整体构造可以相对简单，降低一些成本。为了兼顾精度和制造成本，事实上实施例一中均匀设置15个测距齿的结构既保证了准确度和精度又使得装置整体构造不太复杂。
综上所述，本发明提供一种激光测距传感器及其测距方法，该激光测距传感器利用码盘同步扫描方式获得扫描数据，并配合转速反馈调节单元，通过光电编码器自动计算实时转速输入控制单元，通过与预设的转速阈值进行比较后对码盘转速进行精确控制，从而获得一周中每一度的二维剖面的距离信息，结构简单、灵敏度高。

Claims (10)

1.一种激光测距传感器，包括电机（120）、控制盒（130）和码盘（150），其特征在于，在所述电机驱动下，所述控制盒和码盘之间发生相对旋转，所述码盘包括多个测距齿（151），所述控制盒包括测距单元（142）、检测部（144）和控制单元（140），所述检测部包括对应设置的光发射器（1440）和光接收器（1441），所述控制盒和码盘之间相对旋转使得测距齿从所述光发射器和光接收器的对应位置之间穿过；
所述电机带动控制盒旋转进行扫描测距，并将测量的距离值记录在控制单元中，所述控制单元自动计算出码盘旋转设定角度时对应的局部转速，所述控制单元与转速反馈调节单元相连，所述转速反馈调节单元用于调节所述电机的转速，使所述控制盒匀速旋转。
2.如权利要求1所述的激光测距传感器，其特征在于，所述控制盒（130）沿逆时针旋转，所述设定角度为均匀设置在码盘（150）圆周上的多个测距齿中，每转过相邻两个测距齿左边缘所经过的角度。
3.如权利要求2所述的激光测距传感器，其特征在于，所述激光测距传感器还包括有基座（110），所述码盘（150）固定在所述基座（110）上。
4.如权利要求3所述的激光测距传感器，其特征在于，所述电机（120）的输出端设有电机带轮（121），一O型圈（122）套设在所述电机带轮（121）和所述控制盒（130）的外周；所述基座（110）的中部连接一轴承（160），所述轴承（160）的外圈与所述基座（110）固定，所述轴承（160）的内圈与所述控制盒（130）固定。
5.如权利要求4所述的激光测距传感器，其特征在于，所述测距齿（151）在码盘（150）圆周上的设置数量为5-15个。
6.如权利要求5所述的激光测距传感器，其特征在于，在5-15个所述测距齿（151）中有一个测距齿的齿宽小于或大于其他测距齿的齿宽。
7.如权利要求6所述的激光测距传感器，其特征在于，所述码盘（150）包括15个测距齿（151），相邻两个测距齿左边缘的间隔为24°，15个测距齿中的1个测距齿，其左、右边缘间隔为6°，其右边缘和右侧相邻测距齿的左边缘间隔为18°，其他测距齿的左、右边缘间隔均为12°。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的激光测距传感器的测距方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤100：测距传感器中的码盘随电机逆时针旋转，此时，电机在初始转速N1；
步骤200：以设定角度为一个测距单位，测量在该测距单位内的距离值，光电编码器自动计算电机在该测距单位内的局部转速N2并发送至控制单元；
步骤300：在控制单元内预设电机转速的第一阈值N0；
步骤400：判断局部转速N2是否在第一阈值N0的范围内，如果是，则进入步骤500；如果否，则控制单元通过调整电路电压将电机转速重新设置为初始转速N1，回到步骤100；
步骤500：控制单元记录步骤200中的距离值。
9.如权利要求8所述的测距方法，其特征在于，所述步骤200中的设定角度为转过码盘上多个测距齿中相邻两齿同侧边缘的角度。
10.如权利要求9所述的测距方法，其特征在于，所述初始转速N1为5转/秒至15转/秒。
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