CN105057396B - 一种基于色彩传感器的测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于色彩传感器的测距装置，包括待测距设备、机械连杆、色彩传感器、色标带，所述色彩传感器通过所述机械连杆与所述待测距设备连接；沿着所述待测距设备的运动轨迹安装所述色标带；所述色彩传感器与所述色标带的距离小于所述色彩传感器的测量距离的阈值范围；所述色标带为双色标带，两种颜色均匀等距离间隔分布，用于测量设备的运动行程数值。本发明所述的测距装置仅使用一个色彩传感器，降低了成本。并且避免了增量编码器常在设备掉电后丢失位置需要重新标测距置，而操作人员如果忘记此步骤则会使得许多依据位置产生的联锁条件失效，造成安全事故。

Description

一种基于色彩传感器的测距装置

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于色彩传感器的测距装置。

背景技术

在高速线材收集区集卷站，有较多设备需要测距，并使用了编码器、挡铁和较多的接近开关。

现有技术中，在选用编码器对设备进行测距时，增量编码器常在设备掉电后丢失位置需要重新标测距置，而操作人员如果忘记此步骤则会使得许多依据位置产生的联锁条件失效，造成安全事故。而绝对值编码器虽然可以在掉电情况下依然保存设备的位置信息，但是由于其相对增量编码器成本较高，通常不予选用。

此外，在调试过程中由于位置不合适，需要反复调节接近开关和挡铁的位置，往往接近开关会在使用一段时间会出现松动，检测不到的情况。编码器直接连接在电机轴上，震动和摩擦均会使其易损坏，同时，当连接松动时，读数会不准。在编码器故障时，对于设备的位置失去判断。接近开关仅是一个点，无法与编码器形成可靠的冗余对设备保护。另外，限位开关表面常常落灰，也会影响检测的效果。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种新的测距装置，基于色彩传感器的测距装置，避免了增量编码器常在设备掉电后丢失位置需要重新标测距置，而操作人员如果忘记此步骤则会使得许多依据位置产生的联锁条件失效，造成安全事故。

本发明所述的基于色彩传感器的测距装置包括待测距设备、机械连杆、至少一个色彩传感器、色标带，平行于所述待测距设备的运动轨迹安装有所述色标带；所述色标带位于所述色彩传感器的可测量范围内，所述色标带位于所述色彩传感器的可测量范围内，所述色标带为双色标带，即所述色标带上使用两种颜色均匀等距离间隔分布，用于测量所述待测距设备的运动行程值；所述色彩传感器通过所述机械连杆与所述待测距设备连接。

上述方案中优选的是，所述色彩传感器与所述待测距设备同步运动，在运动过程中通过检测所述色标带上的不同颜色标识，确定所述待测距设备的运动行程值。

上述方案中优选的是，所述色标带为纸质和/或薄钢板。

上述方案中优选的是，所述色标带表面覆盖盖板，所述盖板为透明玻璃板和/或塑料板。

上述方案中优选的是，所述机械连杆设有清灰装置，所述清灰装置的表面连接清洁装置，所述清洁装置与所述待测距设备同步运动，并且所述清洁装置在运动过程中与所述色标带表面的所述盖板接触。

上述方案中优选的是，所述清灰装置的宽度与所述色标带的宽度相同。

上述方案中优选的是，所述清洁装置的材料为不易燃材料。

上述方案中优选的是，所述清洁装置可拆卸。

上述方案中优选的是，所述色标带和所述色彩传感器封装在一个保护罩内。

上述方案中优选的是，所述保护罩设有使得所述机械连杆伸入其中的空隙。

相比在整个行程中使用多个接近开关，本发明所述的测距装置通过使用色彩传感器不仅降低了故障点的数量，并且在当待测距设备改变控制位置时，避免了因为挪动接近开关而需要重新焊接支架以及挪位麻烦的问题。同时，本发明所述的色标带可以被方便的拆换，当待测距设备改变控制位置时，仅更换色标带即可，降低了测距成本。

附图说明

图1为本发明第一优选实施例的托盘测距控制侧视图。

图2为本发明第一优选实施例的托盘测距控制俯视图。

图3为本发明第二优选实施例的小车控制图。

图4为本发明第三优选实施例的小车移动臂控制图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明通过色彩传感器和色标带对待测距设备的运动行程值进行判断，色彩传感器通过机械连杆与待测距设备连接，能够随着待测距设备一起运动。在运动轨迹中装有色标带，通过两种颜色均匀等距离间隔分布，可以准确测量所述设备的运动行程值。对于测距精细程度要求不是特别高的，可取消编码器的使用。

在不使用编码器时，为了提高测距的精度和起到冗余保护的作用，可使用多个色彩传感器。通过不同传感器对色标带上颜色的感应相互校对，以提高设备测距的准确度。例如使用两个色彩传感器时，当两个色彩传感器同时都判断是同一个颜色并且计数数值相同时，则认为待测距设备位于该区域，待测距设备根据实际情况运行；如果两个色彩传感器判断的颜色不一致，则认为其中一个色彩传感器损坏，或者色标带表面有污物。使用多个色彩传感器，能够起到冗余保护的作用；同时，当一个色彩传感器发生故障时，也可使用另一个色彩传感器进行测距控制。

这里，我们以集卷站的托盘测距控制为例，托盘测距的精度要求不高，可以取消编码器和4个限位开关(现有技术一般采用4个)的使用。图1为本发明第一优选实施例的托盘测距控制侧视图。图2为本发明第一优选实施例的托盘测距控制俯视图。优选的，所述机械连杆采用图中所示的支架连杆的机构。

图1中以托盘的运动轨迹为直线为例说明，按照托盘测距控制的要求将色标带设置为双色标带，即按照1cm大小的小方格，一个黑色一个白色的均匀等距离间隔分布，从初始位置开始(1cm)，按照运动的方向，正向经过每一个黑格或白格后计数数值加1，反之，反向经过每一个黑格或白格后计数数值减1。为提高可靠性，使用两个并行放置的色彩传感器S1和S2进行同时检测。

在待测距设备(比如本例中的托盘)运动时，色彩传感器通过支架连杆的连接与待测距设备一起运动，色彩传感器在与待测距设备一起运动的过程中，实时检测色标带的颜色，每过一个黑格或白格后，计数值加1，由于每个格子对应的基本单位距离为1cm，用计数值乘以单位距离即为设备实际运动的距离，从而实现对待测距设备的运动行程的计数，其运动距离的误差精度是格子单位距离的大小。

进一步的，使用两个色彩传感器，通过不同传感器对色标带上颜色的感应相互校对，以提高设备测距的准确度。比如，两个色彩传感器S1、S2并行放置，在待测距设备运动过程中，同时检测色标带上的颜色，如果S1和S2检测的颜色不同或者计数数值不同，说明对待测距设备的测距出现了问题，需要及时进行修正。

由于色标带是使用不同的颜色来区分的，所以要保证色标带上的颜色的区分度，避免色标带因灰尘覆盖而无法区分色标带上不同的颜色。实际使用中，色标带上选用的颜色不宜相近，建议选择区分度较大的几种颜色。

此外，第二个色标带和传感器在节省成本的情况下，也可以取消。在这种情况下，可以将色标带上的黑格在三个不同的运动区域段使用三种不同的颜色，这样色彩传感器可以通过一个色标带既能判断所在区域又能判断物体的位置距离。例如，在第一个运动位置区域：0-5CM，采用黑白相间的色标；第二个运动位置区域：5-10CM，采用红绿相间的色标；第三个运动位置区域：10-15CM区域，采用紫色和蓝色相间的色标。这样，不仅可以用同一条色标带进行计数，也可以用来判断所在的位置区域，起到冗余保护的作用。

优选的，为保证色标带的易识别，色标带可以选择与地面垂直放置，所述色标带表面还可以罩有玻璃罩以防止落灰；并且在后继清理时，可以仅需清理所述防尘玻璃罩，避免所述色标带不宜清洗的问题。进一步的，在整个设备的外侧还罩有防护罩以防止落灰，在防护罩上仅留有缝隙供所述色彩传感器从侧面伸入，所述整个支架连杆在与地面垂直的方向运动，所述防护罩仅在沿着所述待测距设备的运动轨迹上留有一道缝隙，使得所述支架连杆伸入并随着所述待测距设备同步运动。

同时，在色彩传感器上装有支架连杆连接清灰装置。清灰装置随着设备一起运动。清灰装置与色标带具有相同的宽度，以便于清灰装置与设备一起运动时可以清扫整个色标带盖板上的灰尘，在清灰装置的表面连接有海绵或干净的布作为清洁装置，并且清洁装置随着清灰装置的运动可以一起接触到色标带表面的盖板。所述清洁装置(比如海绵或干净的布)最好是不易燃材料制成的，而且在实际应用中可以根据表面洁净程度定期更换。

其中，可选地，清灰装置也可以通过空气吹扫实现，即采用净化的天然气吹扫，可以利用大型压缩机或者大型容器蓄气进行间断性的吹扫。

如果需要进一步提高待测距设备(本例中为托盘)位置的判断精度和控制要求，可以进一步细化和增加位置区并添加对应的颜色以区分不同的位置区。

同理，本发明实施例提供的技术方案还可以用于圆周运动在芯轴和小车的控制上。但芯轴和小车对于测距的精度要求较高，优选的，可以保留编码器的使用。

图3为本发明第二优选实施例的小车控制图。图3的运动轨迹为直线，将色标带设置为双色标带，即按照1cm大小的小方格，一个黑色一个白色的均匀等距离间隔分布，从初始位置开始(1cm)，按照运动的方向，正向经过每一个黑格或白格后计数数值加1，反之，反向经过每一个黑格或白格后计数数值减1。由于每个格子对应的基本单位距离为1cm，用计数值乘以单位距离即为设备实际运动的距离，从而实现对待测距设备的运动行程的计数，其运动距离的误差精度是格子单位距离的大小。

对于图3对应的实施例，其对待测距设备的测距原理与上述对图1-图2的说明类似，这里不再赘述。

图4为本发明第三优选实施例的小车移动臂控制图。对于小车的移动臂的位置控制，当小车沿水平方向运动时，在压紧钢卷后，通过编码器测量移动臂的行程距离，通过移动臂到固定臂的距离(该距离为固定距离，可以测量)减去移动的行程及为钢卷的长度。由于移动臂是通过链条驱动，常常容易打滑、有时出现卡阻等问题，造成钢卷长度测量不准。因此，针对此问题，可取消编码器的使用。

将色标带设置为双色标带，例如将上部第一条色标带按照1cm的大小的小方格，一个黑色一个白色的分布，从初始位置开始(1cm)，每过一个黑或白格后计数值加1，当移动臂加紧钢卷时，如果色标带上的颜色不发生改变，则计数不再增加，即认为已夹紧，此时的计数值为移动臂的行程值，从而可以计算出钢卷的长度。其中，我们对精度的要求在1cm或者0.5cm即可满足，如果传感器测量范围能更小，我们可以进一步提高进度。其中的1cm或0.5cm是按照我们目前的要求和传感器普遍能达到的精度值来设定的。

其中，当移动臂回位原始点，触发接近开关后，清零计数值。另外，当色彩传感器位置停止后，即处在夹紧位置时，如果完全是黑色或者白色，则加1，如果处在黑白的交叉点上，则加0.5cm。其中，移动臂的运动速度需低于传感器的刷新速度，否则将会出现丢计数值的问题。

其中，共使用两个色彩传感器，上部的传感器用于测量行程，使用黑白色色彩传感器(价位更低)。下部使用第二个传感器，为彩色色彩传感器，下部对应第二个色标带，三种颜色标定三个行程范围，用于对比计数值是否正确。比如，第一段对应图上0-5cm，第二段对应5-10cm，第三段对应10-15cm，列举的距离仅为示例性的，并非对应实际应用。通过所在色标段的位置，和实际第一传感器的值进行对比，起到冗余保护，对比测量值是否在正确的区域里，判断值是否存在不正确的问题。同时也可以判断移动臂所在的位置。

此外，第二个色标带和传感器在节省成本的情况下，也可以取消。在这种情况下，可以将色标带上的黑格在三个不同的运动区域段使用三种不同的颜色，这样色彩传感器可以通过一个色标带既能判断所在区域又能判断物体的位置距离。例如，在第一个运动位置区域：0-5CM，采用黑白相间的色标；第二个运动位置区域：5-10CM，采用红绿相间的色标；第三个运动位置区域：10-15CM区域，采用紫色和蓝色相间的色标。这样，不仅可以用同一条色标带进行计数，也可以用来判断所在的位置区域，起到冗余保护的作用。并且在计数数值丢失时，通过颜色判断出物体所在区域的大致位置。此外，例如在0-5cm区域内，计数数值应在0-5范围，色彩应为黑或白，但是如果信息不匹配，则可以诊断为机器故障，进行报警检修。

当掉电或者其他原因导致计数数值丢失而使得传感器的位置信息丢失时，还可以通过色标带的区域判断移动臂原点在左侧还是右侧并进行缓慢移动。当传感器到达移动臂打开位时，收到接近开关信号，就可以自动进行标零位。

由于钢卷的长度基本差不多，差异不会太大，只要测量的长度在正常范围内，即认为测量正确。如果差异太大，则需要人工确认，检查是否存在故障。

另外，此方法也解决了钢卷加紧的问题。以往方法是通过延时，给一个最大的时间，时间到即认为钢卷已加紧，但此方法往往会使得整个自动控制流程延缓5秒左右。还有一种方法是通过测量压力，认为压力达到一定值即认为加紧，但是往往此压力是阀的压力，而且模拟量的压力值常常存在波动，并且在实际运动过程中，由于摩擦力等产生的压力也使得该模拟量的压力值产生持续的跳变，不能精确的反映移动臂是否已完全加紧。而此方法，在计数值不再增加延时500ms(此时间同时还要根据移动臂的移动速度和色标带的基准方格长度来决定)后即认为钢卷加紧。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于色彩传感器的测距装置，其特征在于，所述测距装置包括待测距设备、机械连杆、至少一个色彩传感器、色标带，

平行于所述待测距设备的运动轨迹安装有所述色标带；

所述色标带位于所述色彩传感器的可测量范围内，用于测量所述待测距设备的运动行程值；

其中，色标带的不同的位置区域设置有不同的均匀等距离间隔分布的两种颜色；

所述色彩传感器通过所述机械连杆与所述待测距设备连接。

2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述色彩传感器与所述待测距设备同步运动，在运动过程中通过检测所述色标带上的不同颜色标识，确定所述待测距设备的运动行程值。

3.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述色标带为纸质或薄钢板。

4.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述色标带表面覆盖盖板，所述盖板为透明玻璃板或塑料板。

5.如权利要求4所述的测距装置，其特征在于，所述机械连杆设有清灰装置，所述清灰装置的表面连接清洁装置，所述清洁装置与所述待测距设备同步运动，并且所述清洁装置在运动过程中与所述色标带表面的所述盖板接触。

6.如权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述清灰装置的宽度与所述色标带的宽度相同。

7.如权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述清洁装置的材料为不易燃材料。

8.如权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述清洁装置可拆卸。

9.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述色标带和所述色彩传感器封装在一个保护罩内。

10.如权利要求9所述的测距装置，其特征在于，所述保护罩设有使得所述机械连杆伸入其中的空隙。