CN105467885B - 全自动人体安全检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动人体安全检测仪，包括纵向驱动机构，水平驱动机构，摆镜，检测光源和反射镜，摆镜与纵向驱动机构连接，纵向驱动机构用于驱动摆镜向上或向下移动；检测光源用于发射检测光线；反射镜用于将检测光源发出的检测光线反射到摆镜上；摆镜与水平驱动机构连接，水平驱动机构用于驱动摆镜在水平方向上向左或向右移动，从而将反射到摆镜上的光线反射到人体上，进行扫描检测。通过本发明，能够快速、准确的进行人体安全性检查，通过设置故障避免机制，有效的提高了机器连续、正常运行时间，提高了工作可靠性。

Description

全自动人体安全检测仪

技术领域

本发明涉及安全检测领域，尤其涉及一种全自动人体安全检测仪。

背景技术

过去，在人口密集且需要对每一个人进行安全检测的场所，免不了有大量的工作人员拿着金属探测仪器对过往人员进行安全检测，这样不仅效率低下，且容易检测不出违禁用品，让不法分子有机可乘，所以急需要一套自动化检测设备，减少成本，提高检测效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一套设备及控制方法，用于人体安全检测的自动化，快速化，精确化。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种全自动人体安全检测仪，包括纵向驱动机构，水平驱动机构，摆镜，检测光源和反射镜，其中：

摆镜与纵向驱动机构连接，纵向驱动机构用于驱动摆镜向上或向下移动；

检测光源用于发射检测光线；

反射镜用于将检测光源发出的检测光线反射到摆镜上；

摆镜与水平驱动机构连接，水平驱动机构用于驱动摆镜在水平方向上向左或向右移动，从而将反射到摆镜上的光线反射到人体上，进行扫描检测。

所述的检测仪，优选的：

纵向驱动机构包括纵向电机、纵向丝杆，导向杆和滑块，其中：

纵向电机与纵向丝杠连接，驱动纵向丝杠旋转；

滑块与纵向丝杠螺纹连接，导向杆一端连接在滑块上，另一端与摆镜连接。

所述的检测仪，优选的：水平驱动机构

包括：水平伺服电机、主动轮、皮带、从动轮和连杆；其中：

主动轮由水平伺服电机驱动，主动轮与从动轮通过皮带连接，连杆一端偏心安装在从动轮上，另一端安装在水平摆镜上，水平摆镜底面与安装面铰接连接。

所述的检测仪，优选的：该检测仪还包括绝对式编码器，该编码器与纵向丝杆连接。

所述的检测仪，优选的：该检测仪还包括控制系统，该控制系统包括：控制器、信号采集卡、差分转换器和绝对式编码器，绝对式编码器与纵向丝杆连接；

该控制系统控制检测仪的检测包括：

节点1：控制器向信号采集卡发出行信号，水平伺服电机开始转动，该伺服电机的指令脉冲经差分转换器处理，由差动信号转化为两路集电极信号：一路作为列信号，发送给信号采集卡进行采样；另一路作为反馈脉冲数发送给控制器用于水平方向电机找零。

节点2：当摆镜的镜面由左极限摆至右极限时或由右极限摆至左极限即节点2时，采集卡停止采样，水平伺服电机仍以原速转动，摆镜换向，向左极限或右极限位置摆动，同时，纵向伺服电机收到控制器指令转动，带动滑块向下运动，摆镜俯仰；

节点3：在摆镜向起始位置，即向左极限或右极限转动过程中，控制器通过检测电机是否旋转了Z相至左极限或右极限位置时共需要走过的脉冲数△δ来判断摆镜镜片是否移至左极限或右极限，即节点3处，当移至该位置，控制器发出行信号，采集卡开始采集列信号；重复以上节点1-3的扫描检测过程；

节点6：当摆镜镜面扫过最后一行，控制器利用Z相信号和△δ找到左极限或右极限，控制器控制水平伺服电机停止工作；纵向伺服电机，利用绝对式编码器记录当前位置和节点1处的位置的差值，进行回程。

附图说明

图1为本发明全自动人体安全检测仪示意图；

图2为水平摆镜摆动驱动机构示意图；

图3为本发明控制系统控制检测仪进行人体安全检测的过程示意图；

图4为本发明全自动人体安全检测仪系统初始化示意图；

图5为本发明扫描仪工作流程的示意图；

图6为Z轴回零控制过程示意图；

图7为水平摆镜回零控制过程示意图；

图8为报警清除过程示意图；

图9为控制器与采样装置信号传递示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种全自动人体安全检测仪，能够快速精确地进行人体安全检测，包括纵向丝杆1，导向杆2，摆镜3，检测光源4，反射镜5。该检测仪用于对待测物体6如人体进行安全检测。本安全检测仪使用的控制设备(也称控制器)是基于控制芯片的触摸屏，能够实现简单方便的人机交互功能，从而根据要求实现不同的人体扫描速度。

如图1，本发明全自动人体安全检测仪使用两套检测光源及镜面反射系统，上下各一套，分别负责上下半区的检测。镜面反射系统包括2个平面镜用于反射，反射镜5只用于反射光源4发出的光线，摆镜3由偏心连杆机构带动来回摆动，由反射镜5反射的检测光线照射至摆镜3上，摆镜3作水平方向的来回摆动，使得检测光线在一个水平线上实现摆动。

反射光的起始位置由最左侧开始往右扫描，当反射光线扫描到最右侧时，纵向电机开始向下运动一段距离。当纵向电机转动，带动纵向丝杆1使得反射摆镜3向下转动一定角度。当然，当纵向电机反向转动，可以带动纵向丝杆1使得反射摆镜3向上转动一定角度。

若入射检测光线由三组纵向排列的检测光源4并排发出，即水平镜面3每扫一次，检测光线扫过三行，这样可以大大提高检测效率，减少扫描时间。上半区的扫描范围为距离地面1米处至2米处，下半区的扫描距离为地面至离地1米处，上、下半区各由三组检测光源4并排扫描，各需要扫过22次，共66行，这就要求纵向电机要向下转动22次，纵向电机连接上丝杆1之后必须要连接上绝对式编码器，绝对编码器由机械位置决定每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置，这就能保证当纵向电机在向下运动过程中突然掉电，再上电时能够准确回到初始位置。因为伺服电机存在丢脉冲现象，即实际发出的脉冲数往往会小于指令脉冲数，这时可以通过绝对式编码器，实时读取纵向电机的位置，通过程序进行脉冲补偿，使之能够精确的到达预期位置。

如图2所示，水平摆镜摆动驱动机构包括：主动轮7、皮带8、从动轮9、连杆10。主动轮7由一个始终作匀速转动的水平伺服电机驱动，主动轮7与从动轮9通过皮带8连接，连杆10一端偏心安装在从动轮9上，构成偏心连杆机构，另一端安装在水平摆镜3上，水平摆镜3底面与安装面铰接连接。

皮带8可以是齿形带，主、从动轮是链轮，通过主动轮7与从动轮9之间的齿轮比，使得电机每转过一周，水平摆镜3摆动一个来回。主、从动轮的齿轮比为1：1，主动轮每转过一圈，从动轮相应转过一圈，通过偏心连杆机构，实现曲柄摇杆机构的功能，使得主动轮(曲柄)绕同一方向转动，从动轮(摇杆)带动摆镜在水平面上作往复摆动，此过程主动轮无需换向(这么设计是为了减少高速转动情况下电机换向引起振动)，而摆镜在从动轮旋转一周内实现换向并可以达到左右两个极限位置。

定义行信号为水平方向开始扫描人体的起始信号，列信号为扫过人体时每扫过一个位置，反馈回来的信号，通过信号处理，将扫描过的位置生成图像。

本发明全自动人体安全检测仪的控制系统包括：控制器、信号采集卡、差分转换器、绝对式编码器。如图3所示，所述控制系统控制检测仪进行人体安全检测的过程如下：

节点1：控制器向信号采集卡发出行信号，水平伺服电机开始转动。伺服电机的指令脉冲经差分转换器处理，由差动信号转化为集电极信号。此集电极信号分两路：一路作为列信号P_col，发送给信号采集卡进行采样；另一路作为反馈脉冲数P_PY发送给控制器用于水平方向电机找零。

节点2：当水平摆镜3的镜面B由左极限摆至右极限时，即节点2时，采集卡停止采样，但水平电机仍以原速转动，经偏心连杆机构作用，水平摆镜换向，向左极限位置摆动。同时，纵向电机收到控制器指令转动，带动上下滑块向下运动，摆镜俯仰。上、下滑块分别与上下摆镜3的导向杆2连接。可通过以下方式确定摆镜是否到达左右极限，以右极限为例：主动轮与从动轮的齿轮比为1：1，主动轮由伺服电机驱动，通过设置驱动器相应参数，可设置主动轮每转过一圈需要的脉冲数，例如300P/R,即每发出300个脉冲，主，从动轮旋转一周，当从动轮转过半圈时即控制器控制驱动器发出150个脉冲时，摆镜达到右极限。示例性的，本发明控制器按如下方式向纵向电机发出上述指令：每一水平行，人体采样装置接收到行信号P_row，此时控制器会计数，当计满100次(100次为举例，可根据实际扫描宽度要求更改)，P_col＝100时，控制器发出该指令。

节点3：在摆镜3向起始位置，即向左极限转动过程中，需要确定当刚好转动到节点3处再一次发出下行信号。设计时，本发明利用了伺服电机的Z相信号，即电机每转一圈，经过固定的某个位置，伺服驱动器会给控制器反馈一个Z相信号。在设备安装之时，利用低速转动，当电机转至发出Z相信号，电机停止。此后点动电机，使摆镜3缓慢移动至左极限位置。记录Z相至左极限位置时共需要走过多少个脉冲，记为△δ，所以每次回程找起始位置时，就可以利用Z相信号和△δ精确定位。当镜面B移至左极限，即此刻为节点3处，控制器发出行信号P_row，采集卡开始采集列信号P_col。此过程如同节点1和节点2处，共重复22次。

节点6：当镜面扫过最后一行，利用Z相信号和△δ找到左极限，水平电机停止工作。纵向电机，利用绝对式编码器记录当前位置和节点1处的位置的差值，进行回程。因为伺服电机存在丢脉冲现象。如果不采取相应措施规避，将导致误差累计，使得上下滑块无法回到起始点。本发明将绝对式编码器与控制器实时通信，不断记录上下滑块所处的位置。实时与起始位置进行比较。这样，即使在伺服电机丢失脉冲时，还可以通过控制器进行脉冲补偿。此外，控制器进行控制时，对是否回到起始点进行三次判断(通过比较编码器当前位置与起始位置的码数差值，利用此差值寻找起始位置，连续比较三次，找起始位置三次)，形成了一个稳定的闭环系统。同时，在程序中加入了软极限，并在起始位置上方加入一个硬极限位开关，两重保证防止滑块过冲，损坏机构。

如图4所示，是本发明全自动人体安全检测仪初始化示意图，水平摆镜3的左极限位置和纵向Z轴的起始位置，都是在设备安装时确定，其流程如图4:

纵向轴初始化，是通过电机控制纵向丝杆转动，丝杆带动上下滑块移动，使得滑块停留在设计的初始位置，保存此时绝对式编码器的码数，此码数即为零位码数。

上、下摆镜零位的初始化，在设备安装之时，利用低速转动，当电机转至相应位置使驱动器发出Z相信号，控制器控制电机停止。此后缓慢点动水平伺服电机，使摆镜3缓慢移动至左极限位置。记录Z相至左极限位置时共需要走过多少个脉冲，记为△δ，所以每次回程找起始位置时，就可以利用Z相信号和△δ精确定位。

如图5所示，其中P_col为列信号，P_row为行信号，水平伺服电机的指令脉冲通过差动转集电极信号转换器转换成集电极信号反馈至控制器和人体采样装置。每收到一个行信号P_row，摆镜开始动作，人体采样装置接收到列信号P_col，每收到一个列信号，人体采样装置采样一次，每一行共采样100次。当接收到的列信号大于100次时，摆镜回程通过Z相偏移找到零位(回程时不再采样)，水平摆镜回程过程中，纵向电机转动一定的脉冲数，带动上、下滑块移动，使得摆镜绕着水平轴线向下摆动一个角度，这样反射光线将向下移动一定的距离，这时，再次接收到行信号P_row，即可在下一行再次扫描，实现的人体的不同位置的扫描，将人体分为上、下两部分，上、下两半部分各扫描22行，即能对人体每一个位置扫描到。

节点6所述的当一次检测工作结束，纵向Z轴向上找零，其流程如图6所示：回零脉冲数P_rtn为绝对式编码器当前码数与零位码数的差值，因为存在程序软极限，滑块一般不会过冲超过起始位置，所以此差值为正数，即上下滑块一定是在起始位置下方。若P_rtn较小，小于安全回零脉冲数，出于安全考虑，上下滑块应当先向下动作一圈脉冲数，再向上找零：即电机反转，直到绝对式编码器当前码数为零停止转动，则电机Z轴向上找零完成。所谓软极限，就是通过控制器，防止滑块过冲。此软极限通过控制器计算当前编码器位置与起始位置差值来判断，当在找起始位置时，滑块超过起始位置，并继续向上运动，形成过冲，控制器判断差值，出现过冲情况使电机停转。

如图7所示，水平摆镜每扫描过一个横行均需要找零并向采样装置发出行信号P_row。如图7，为摆镜找零流程图。当控制器收到开始信号后，水平摆镜开始动作，当发出一定的指令脉冲后，控制器收到驱动器发出的Z相信号，控制器开始累计经过Z相之后电机走的脉冲数，即反馈偏移脉冲P_PY，当P_PY>＝△δ时，分两种情况：若此步骤为回零，则电机停止，水平摆镜停在起始位置，即左极限。若此步骤发生在正常工作情况下，则控制器应发出行信号，电机继续转动，人体采样装置接收列信号，开始采样。

在整个工作流程中，往往会有意外情况发生，这时候需要停止动作，防止运动机构损坏。在实际设计中，发生的报警多数来自Z轴过极限位置和伺服报警。若不处理好这两个问题，产品问世以后一旦出现紧急情况，现场操作人员无法及时恢复机器，将大大降低工作效率。考虑到这些问题，本发明模拟了各种报错情况，并使得其能够自恢复。如图8，一旦机器出现异常情况，现场操作人员只需要断电，再给设备上电，控制器将自动判断有无报错，若出现报警类型不能被消除，则重启驱动器，若可以消除，则发出报警清除信号A-CLR并延迟170ms，三轴回零，报警清除。

另一种报警来自Z轴，即Z轴回零超过极限位置，出现了过冲情况，本发明在起始位置上方安装了限位开关，一旦过冲，限位开关触发，电机停止工作。重新上电后，控制器会读取绝对式编码器的当前码数，重新找起始位置。

如图9所示为人体安全检测仪的时序图。T_clk为控制器的时钟频率，T_syn_row_up和T_syn_row_down表示上/下两个采样装置的行信号同频率，但不一定同相位。T_col_up和T_col_down代表上下半区采样装置的采样信号即列信号，两者同频率但不一定同相位。T_alarm脉冲警告信号，需要实时监测。若运动过程中发生故障则控制器向采样卡发出报警信号，采样卡根据需要向控制器发初始复位信号T_rst。

图中，

T1时段，表示采样装置向运动控制装置发出T_rst信号，可以开始工作。

T2时段表示行信号P_row的持续时间，行信号采用上升沿触发。

T3时段表示列信号P_col的一个周期时间，列信号是上升沿有效，即采样装置每收到一个上升沿触发信号，则采样一次。

T4时段表示控制器向采样装置发出行信号P_row后，至控制器向采样装置发出第一个列信号P_col的间隔时间，根据采样装置的采样要求以及所需要的检测范围，可以调整T4时间的大小。

T5时段表示两个行信号P_row的间隔时间，T5的时间可根据整个工作流程的时间要求来设定，若要求安检时间短，则T5时间应当短，检测速度快。

T6时段表示采样装置向控制器发出P_rst信号后，至控制器发出第一个行信号P_row的时间间隔。

T7时段表示控制器向采样装置发出的第一个列信号P_col到最后一个列信号P_col的时间间隔，即采集装置进行采样的时间。

根据本发明，能够快速、准确的进行人体安全性检查，通过设置故障避免机制，有效的提高了机器连续、正常运行时间，提高了工作可靠性。

Claims (3)

1.一种全自动人体安全检测仪，包括纵向驱动机构，水平驱动机构，摆镜，检测光源和反射镜，其特征在于：

摆镜与纵向驱动机构连接，纵向驱动机构用于驱动摆镜向上或向下移动；

检测光源用于发射检测光线；

反射镜用于将检测光源发出的检测光线反射到摆镜上；

摆镜与水平驱动机构连接，水平驱动机构用于驱动摆镜在水平方向上向左或向右移动，从而将反射到摆镜上的光线反射到人体上，进行扫描检测；

该检测仪还包括控制系统，该控制系统包括：控制器、信号采集卡、差分转换器和绝对式编码器，绝对式编码器与纵向丝杠连接；

该控制系统控制检测仪的检测包括：

节点1：控制器向信号采集卡发出行信号，水平伺服电机开始转动，该伺服电机的指令脉冲经差分转换器处理，由差动信号转化为两路集电极信号：一路作为列信号，发送给信号采集卡进行采样；另一路作为反馈脉冲数发送给控制器用于水平方向电机找零；

节点2：当摆镜的镜面由左极限摆至右极限时或由右极限摆至左极限即节点2时，采集卡停止采样，水平伺服电机仍以原速转动，摆镜换向，向左极限或右极限位置摆动，同时，纵向伺服电机收到控制器指令转动，带动滑块向下运动，摆镜俯仰；

节点3：在摆镜向起始位置，即向左极限或右极限转动过程中，控制器通过检测电机是否旋转了Z相至左极限或右极限位置时共需要走过的脉冲数△δ来判断摆镜镜片是否移至左极限或右极限，即节点3处，当移至该位置，控制器发出行信号，采集卡开始采集列信号；重复以上节点1-3的扫描检测过程；

节点6：当摆镜镜面扫过最后一行，控制器利用Z相信号和△δ找到左极限或右极限，控制器控制水平伺服电机停止工作；纵向伺服电机，利用绝对式编码器记录当前位置和节点1处的位置的差值，进行回程；

纵向驱动机构包括纵向电机、纵向丝杠，导向杆和滑块，其中：

纵向电机与纵向丝杠连接，驱动纵向丝杠旋转；

滑块与纵向丝杠螺纹连接，导向杆一端连接在滑块上，另一端与摆镜连接；

所述全自动人体安全检测仪按如下方式进行初始化：

纵向轴初始化：通过电机控制纵向丝杆转动，丝杆带动上下滑块移动，使得滑块停留在设计的初始位置，保存此时绝对式编码器的码数，此码数即为零位码数；

上、下摆镜零位的初始化：在设备安装之时，利用低速转动，当电机转至相应位置使驱动器发出Z相信号，控制器控制电机停止；此后缓慢点动水平伺服电机，使摆镜3缓慢移动至左极限位置，记录Z相至左极限位置时共需要走过多少个脉冲，记为△δ，所以每次回程找起始位置时，就可以利用Z相信号和△δ精确定位。

2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于：水平驱动机构包括：水平伺服电机、主动轮、皮带、从动轮和连杆；其中：

主动轮由水平伺服电机驱动，主动轮与从动轮通过皮带连接，连杆一端偏心安装在从动轮上，另一端安装在水平摆镜上，水平摆镜底面与安装面铰接连接。

3.根据权利要求2所述的检测仪，其特征在于：该检测仪还包括绝对式编码器，该编码器与纵向丝杠连接。