CN110082028A - 带测距保护的压力检测方法和压力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带测距保护的压力检测方法，该方法包括：实时获取运动主体与受压主体之间的距离；当距离达到预设距离时，获取运动主体的运动速度；根据运动速度和预设距离输出运动控制指令，以令运动主体以预设速度接触受压主体；获取受压主体与运动主体之间的压力值。本发明通过控制运动主体的运动过程来调整运动主体撞击受压主体时产生的冲力，以避免过大的冲击力将受压主体上的压力传感器撞坏的情况。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体涉及一种带测距保护的压力检测方法和压力检测装置。
背景技术
很多动态测压或称重场所，需要运动主体与受压主体接触才能把力度和重量数据监测出来，但是如果两者相对速度过快，对于它们之间设置的用于检测二者相触压力或运动主体重量数据的压力传感器来说，则很容易造成冲击损坏。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种带测距保护的压力检测方法，旨在解决现有技术中受压主体上安装的压力传感器被运动速度过快的运动主体冲击破坏的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种带测距保护的压力检测方法，该压力检测方法包括：
实时获取运动主体与受压主体之间的距离；
当所述距离达到预设距离时，获取所述运动主体的运动速度；
根据所述运动速度和所述预设距离输出运动控制指令，以令所述运动主体以预设速度接触所述受压主体；
获取所述受压主体与所述运动主体之间的压力值。
优选地，所述运动主体在预设距离内达到预设速度的加速度计算公式为：
其中，a为加速度；ν1为所述预设速度；ν0为所述运动主体到达所述预设距离时的运动速度；S为小于或等于预设距离的任意距离值。
优选地，所述压力检测方法还包括：
将所述受压主体与运动主体之间的压力值与预设压力值进行比对；
若所述压力值大于所述预设压力值，则相应减小所述预设速度；
若所述压力值小于所述预设压力值，则相应增大所述预设速度。
本发明还提出一种带测距保护的压力检测装置，其特征在于，包括测距模块、测压模块、控制器、电源模块、存储模块和通信模块，所述测距模块、测压模块、电源模块、存储模块和通信模块均与所述控制器连接；所述测距模块用于检测运动主体与受压主体之间的距离，所述测压模块用于采集所述运动主体与受压主体之间的压力数据，所述存储模块用于存储所述距离和压力数据，所述控制器通过所述通信模块与上位机通信连接，所述电源模块用于提供电源。
优选地，所述测压模块包括安装在受压主体上的固定底座和压力承载面，所述压力承载面位于所述固定底座中央且凸出于所述固定底座，所述测距模块包括多个测距探头，多个所述测距探头环绕所述压力承载面的周向均匀设置在所述固定底座上。
优选地，所述测距模块包括激光测距探头、超声波测距探头和红外测距探头中的至少一种。
优选地，所述测压模块包括应变式压力传感器、石英压力传感器、振弦压力传感器、陶瓷压力传感器和电磁压力传感器中的至少一种。
优选地，所述通信模块包括无线网络通信模块、以太网接口、有线串口或USB接口中的至少一种。
本发明中，压力检测方法旨在将运动主体的运动控制系统与受压主体(或运动主体)上安装的压力传感器和测距传感器相结合，以实现在测量运动主体与受压主体之间接触而产生的压力的同时，通过控制运动主体的运动过程来调整运动主体撞击受压主体时产生的冲力，以避免过大的冲击力将受压主体上的压力传感器撞坏的情况。
附图说明
图1为本发明的带测距保护的压力检测方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明的压力检测方法一实施例中运动主体的运动速度与时间关系图；
图3为本发明的压力检测方法又一实施例中运动主体的运动速度与时间关系图；
图4为本发明的带测距保护的压力检测装置的功能模块示意图；
图5为本发明的压力检测装置一实施例中测压模块与测距模块的安装结构示意图；
图6为本发明的压力检测装置又一实施例中测压模块与测距模块的安装结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同标号表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，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，都属于本发明保护的范围。
为解决上述技术问题，本发明提出一种带测距保护的压力检测方法，该压力检测方法旨在将运动主体的运动控制系统与受压主体(或运动主体)上安装的压力传感器和测距传感器相结合，以实现在测量运动主体与受压主体之间接触而产生的压力的同时，通过控制运动主体的运动过程来调整运动主体撞击受压主体时产生的冲力，以避免过大的冲击力将受压主体上的压力传感器撞坏的情况。该压力检测方法包括：
步骤S10：实时获取运动主体与受压主体之间的距离。
本步骤中，运动主体即施力物体，受压主体具有朝向运动主体设置的受压面，用以承载运动主体与之接触后产生的压力以实现生产加工目的。受压面上设有压力传感器，用于采集运动主体与受压主体相触的压力，同时受压面上还设有测距传感器，用以实时采集运动主体与受压主体之间的距离。该压力传感器和测距传感器也可以安装在运动主体朝向受压主体的一面上。
步骤S20：当所述距离达到预设距离时，获取所述运动主体的运动速度。
本步骤中，运动主体在接近受压主体过程中，所述距离在缩短，运动主体的运动速度可通过该运动主体的驱动电机的中设置的转速传感器(如霍尔速度传感器)获得，或通过线速度传感器获得，或通过测距传感器在多个时间点采集运动主体与受压主体之间的距离，结合已知的运动加速度和多个时间点之间的时间差所构成的物理关系计算得到。当该运动主体与受压主体之间的距离达到预设距离，即运动主体与受压主体之间的距离为预设距离时(图2或图3中的时间点t1)，获取运动主体到达该位置时的运动速度。该预设距离可根据实际生产需求而定。
步骤S30：根据所述运动速度和所述预设距离输出运动控制指令，以令所述运动主体以预设速度接触所述受压主体。
本步骤的目的在于精确控制运动主体与受压主体相接触时的运动速度，防止运动主体对受压主体的冲击力将压力传感器撞坏，且对于运动主体的运动速度的控制，也相当于将两物体之间的压力变得准确可控。在大多数应用中，比如贴膜机、机械手、电缸、液压缸、气缸、压力测试，运动主体在接近与受压主体接触时，其运动速度需要控制在很小的范围内，因此本步骤中所述预设速度可以设置为很小，比如1mm/s，将受压主体受到的冲击力降到几乎为零，才能更好的控制作用到工件上的压力，以保证作业精度。亦有些器械中，需要运动主体以相对较大冲量撞击受压主体，如打桩机、锻压机、冲压机等，利用较大的冲击力实现对物品的冲压、弯折等加工目的。
运动控制系统根据前一步骤中采集的运动主体的运动速度和该运动主体与受压主体之间的距离(即预设距离)输出对运动主体接下来的运动速度的运动控制指令。该运动控制指令由运动主体的驱动电机接收，并对应驱动运动主体开始降速直至速度降低至预设速度，如图2中所示的t1-t2时间段内，运动速度v0降至v1(预设速度)。该过程中，运动主体以一定加速度进行降速，相比在距受压主体预设距离处直接变成预设速度，其到达与受压主体接触的过程耗时更少。此外，设置预设距离的目的在于给予运动主体一定的缓冲距离，避免输出功率突变引起驱动电机等相关部件的损坏。当运动主体于预设距离外，可以较高的速度运行，当进入预设距离以内时，则及时开始减速，减少运动主体的运动过程耗时，提高生产效率，同时实现对压力传感器的保护。
步骤S40：获取所述受压主体与所述运动主体之间的压力值。
将所述受压主体与运动主体之间的相对速度控制在一定范围内，则可避免压力传感器的损坏，因此，压力传感器可精确地检测出受压主体与运动主体之间的压力值，该压力值可上传至上位机进行处理。
在一较佳实施例中，所述步骤30中，所述运动主体在预设距离内达到预设速度的加速度计算公式为：
其中，a为加速度；ν1为所述预设速度；ν0为所述运动主体与受压主体之间的距离达到所述预设距离时的运动速度；S为小于或等于预设距离的任意距离值。
本实施例中，S为运动主体的降速行进距离，该距离可根据需求设定，S越大，则运动主体从时间点t1到达受压主体的总时长越短。
运动主体的降速行进距离S可设定为等于预设距离，即运动主体的运动速度降低至预设距离时恰接触受压主体，如图2中所示，在t1时间点开始降速，在t2时间点速度降低至预设速度并碰击受压物体(此时S等于预设距离)；或将该距离S设定为小于预设距离的取值，即运动主体的运动速度降低至预设距离时尚未到达受压主体，再以预设距离前进直至与受压主体相接触，如图3中所示，在t1时间点开始降速，在t2时间点速度降低至预设速度(S为t1至t2时间内运动主体的行程)，在t3时间点碰击受压主体。两种运动主体的降速行进距离S的设定相比较，前者效率更高，后者相对更保险，可根据实际所需选择。
在一较佳实施例中，还包括：
将所述受压主体与运动主体之间的压力值与预设压力值进行比对；
若所述压力值大于所述预设压力值，则相应减小所述预设速度；
若所述压力值小于所述预设压力值，则相应增大所述预设速度。
压力传感器所采集的受压主体与运动主体之间的压力值，受两主体接触时的相对速度影响，本实施例的目的在于获得二者之间的物理关系，以实现对受压主体与运动主体之间压力的准确控制，提升加工精度。其中，预设压力值为系统根据多次实践所得的理想压力值，当受压主体与运动主体之间的压力为该预设压力值时，达到的加工效果最好。压力传感器所测得的受压主体与运动主体之间的压力除去二者之间的相对作用力等常规可控的影响因素以外，还收到冲击力的影响，即运动主体的质量与相对速度的乘积与接触时的形变(缓冲)时间之商有关，因此可通过控制受压主体与运动主体之间的相对速度来控制二者之间的压力，反之，也可根据压力传感器反馈的运动主体与受压主体之间的实际压力值，获知预设速度的实际效果，形成闭环控制回路，以使实际压力值尽可能接近预设压力值，达到最佳的加工效果。
本发明还提出一种带测距保护的压力检测装置，如图4所示，该压力检测装置包括测距模块1、测压模块2、控制器3、电源模块4、存储模块5和通信模块6，所述测距模块1、测压模块2、电源模块4、存储模块5和通信模块6均与所述控制器3连接，所述测距模块1用于检测运动主体与受压主体之间的距离，所述测压模块2用于采集所述运动主体与受压主体之间的压力数据，所述存储模块5用于存储所述距离和压力数据，所述控制器3通过所述通信模块6与上位机通信连接，所述电源模块4用于提供电源。
本发明应用于上述带测距保护的压力检测方法中，测距模块1用于检测运动主体与受压主体之间的距离，测压模块2用于检测运动主体与受压主体之间的压力数据，控制模块用于将该距离和压力数据通过通信模块6发送至上位机，以控制运动主体的动作。通信模块6采用标准通信总线接口，能够与上位机组建通信网络，该通信模块6可以采用无线通信，如蓝牙、WIFI，或者通过电缆连接上位机，存储模块5用于存储上述距离和压力数据。电源模块4可接入外部直流电源，保证该压力检测装置作为一个自治工作节点，同时该电源模块4还包括备份电源，该备份电源由一个锂镍电池充放管理电路来实现，保证压力检测装置能够工作在不间断电源模式。
作为优选，控制器3可采用STM32F107RCT6型号，控制器3经总线依次访问各组传感器并获取各路传感器所测量的数据，简化了多个传感模块(测距模块1和测压模块2，尤其当测距模块1和测压模块2各包含多个传感探头的情况)与控制器3连接所消耗的I/O口数量。
本实施例将测距模块1和测压模块2、控制器3、通信模块6、电源模块4等部件集成于一个完整的传感器整体，结合上述带测距保护的压力检测方法的步骤，利用先行测距控制运动主体的运动速度来解决运动主体与受压主体之间产生较大冲击力而损坏压力检测装置的问题。
在一较佳实施例中，如图5和图6所示，所述测压模块2包括安装在受压主体上的固定底座21和压力承载面22，所述压力承载面22位于所述固定底座21中央且凸出于所述固定底座21，所述测距模块1包括多个测距探头，多个所述测距探头环绕所述压力承载面22的周向均匀设置在所述固定底座21上。
本实施例中，受压主体具有朝向运动主体的受压面，测压模块2的固定底座21则安装于该受压面上，测压模块2的压力承载面22设置于固定底座21的中央且凸出于该固定底座21朝向运动主体的一面，以便于受压产生压力信号。测距模块1包括多个测距探头，多个测距探头围绕压力承载面22的周向布置在固定底座21上，其探测方向朝向运动主体，测距探头与压力承载面22不在同一平面上，且具有一定的高度差，因此可避免测距探头受运动主体压迫。
多个测距探头由控制器3控制分组分时采集，并将采集到的距离发送至控制模块进行模数转换后再通过通信模块6上传至上位机处理。多个测距探头左右前后对称设置，利用位于空间对称结构的数据的平面波阵面探测特性，可以辅助上位机重构运动主体朝向受压主体的整个施压面与受压主体间的距离和运动速度。
在一较佳实施例中，所述测距模块1包括激光测距探头、超声波测距探头和红外测距探头中的至少一种。
本实施例中，测距模块1的选择需根据实际所需，如应用环境需求的精度和视角范围等考虑因素，可选择其中一种；也可同时包括上述几种测距探头，在使用时根据实际所需打开其中适用的一种，如图6所示，测距模块1包含激光测距探头11和超声波测距探头12(或者其他组合，图6仅为举例以示意多个测距探头如何布置)，两种探头各自环绕测压模块2的压力承载面22对称布置，互不干扰。
在一较佳实施例中，所述测压模块2包括应变式压力传感器、石英压力传感器、振弦压力传感器、陶瓷压力传感器和电磁压力传感器中的至少一种。
本实施例中，测压模块2的选择可根据实际所需选择气其中一种；也可同时包括上述几种测距探头，在使用时根据实际所需打开其中适用的一种。
在一较佳实施例中，所述通信模块6包括无线网络通信模块61、以太网接口62、有线串口或USB接口中的至少一种。
通信模块6的作用是将压力数据和距离数据上传至上位机，并将上位机下发的控制指令传输至控制模块，该通信模块6包括一个无线网络SOC(即无线网络通信模块61)和/或一个以太网接口63，分别通过内置天线和RJ45网口实现与上位机的通信，该通信模块6不需要连接数据线，只需要其他工作节点(上位机)支持常用的通信协议(modbus、TCP/IP、UDP)即可访问压力检测装置的数据，可作为一个独立的网络节点设备接入整个运动控制系统；有线串口或USB接口则作为需要电缆连接的接口，在网络不通时可作为备用。
以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。
Claims (8)
1.一种带测距保护的压力检测方法，其特征在于，包括：
实时获取运动主体与受压主体之间的距离；
当所述距离达到预设距离时，获取所述运动主体的运动速度；
根据所述运动速度和所述预设距离输出运动控制指令，以令所述运动主体以预设速度接触所述受压主体；
获取所述受压主体与所述运动主体之间的压力值。
2.根据权利要求1所述的带测距保护的压力检测方法，其特征在于，所述运动主体在预设距离内达到预设速度的加速度计算公式为：
其中，a为加速度；ν1为所述预设速度；ν0为所述运动主体到达所述预设距离时的运动速度；S为小于或等于预设距离的任意距离值。
3.根据权利要求1所述的带测距保护的压力检测方法，其特征在于，还包括：
将所述受压主体与运动主体之间的压力值与预设压力值进行比对；
若所述压力值大于所述预设压力值，则相应减小所述预设速度；
若所述压力值小于所述预设压力值，则相应增大所述预设速度。
4.一种带测距保护的压力检测装置，其特征在于，包括测距模块、测压模块、控制器、电源模块、存储模块和通信模块，所述测距模块、测压模块、电源模块、存储模块和通信模块均与所述控制器连接；所述测距模块用于检测运动主体与受压主体之间的距离，所述测压模块用于采集所述运动主体与受压主体之间的压力数据，所述存储模块用于存储所述距离和压力数据，所述控制器通过所述通信模块与上位机通信连接，所述电源模块用于提供电源。
5.根据权利要求4所述的带测距保护的压力检测装置，其特征在于，所述测压模块包括安装在受压主体上的固定底座和压力承载面，所述压力承载面位于所述固定底座中央且凸出于所述固定底座，所述测距模块包括多个测距探头，多个所述测距探头环绕所述压力承载面的周向均匀设置在所述固定底座上。
6.根据权利要求4所述的带测距保护的压力检测装置，其特征在于，所述测距模块包括激光测距探头、超声波测距探头和红外测距探头中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的带测距保护的压力检测装置，其特征在于，所述测压模块包括应变式压力传感器、石英压力传感器、振弦压力传感器、陶瓷压力传感器和电磁压力传感器中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的带测距保护的压力检测装置，其特征在于，所述通信模块包括无线网络通信模块、以太网接口、有线串口或USB接口中的至少一种。
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