CN110293080A - 一种光学测距传感器清洁系统及清洁方法 - Google Patents

Abstract

为了清洁附着于光学测距传感器上的污染物，一种光学测距传感器清洁系统，包括光学测距传感器和清洁装置，清洁装置包括驱动电机和条刷，驱动电机驱动条刷摆动；光学测距传感器包括光源、发射透光面、接收透光面、接收光电传感器和控制器，所述发射透光面和接收透光面为分隔开的两个透光面或者为一个整体的透光面；清洁装置在工作过程中，条刷与发射透光面和接收透光面之间具有压力，以清洁发射透光面和接收透光面。一种光学测距传感器清洁方法，当被目标对象反射回到光学测距传感器的探测光的强度低于某一阈值时或者以固定间隔，清洁装置清洁光学测距传感器。

Description

一种光学测距传感器清洁系统及清洁方法

技术领域

本发明涉及光学测距传感器技术领域，特别是涉及一种光学测距传感器清洁系统及清洁方法。

背景技术

在光学测距传感器工作过程中，由光学测距传感器中的光源发射探测光，该探测光遇到目标对象被反射，再由光学测距传感器中的光电探测器对被反射的探测光进行接收，由光学测距传感器对光电探测器输出的电信号进行处理，基于飞行时间或者三角测距等光学测距方法，从而获得光学测距传感器与目标对象之间的距离。

但是由于采用了光学测距的方式，光学测距传感器对工作环境具有一定的要求，探测光容易受到外界水雾、灰尘的影响。如果水雾、灰尘等污染物覆盖光学测距传感器，对出光或者接收光的光路上的探测光进行干扰，会影响距离探测的准确性。污染物不限于水雾、灰尘，任何其他覆盖物干扰到光源的探测光，都会使得距离探测不准确，产生较大偏差。

发明内容

本发明实施例为了解决附着于光学测距传感器上的污染物，导致光学测距传感器距离探测不准确的问题，提出了一种光学测距光学测距传感器系统。一种光学测距传感器清洁系统，包括光学测距传感器和清洁装置，清洁装置包括驱动电机和条刷，驱动电机驱动条刷摆动；光学测距传感器包括光源、发射透光面、接收透光面、接收光电传感器和控制器，所述光源发出探测光，探测光经过发射透光面出射到外部环境中；出射到外部环境中的探测光被目标对象反射，该被目标对象反射的探测光经过接收透光面被接收光电传感器接收；控制器根据光源发出的探测光和接收光电传感器接收到的被目标对象反射的探测光，确定目标对象与光学测距传感器之间的距离；所述发射透光面和接收透光面为分隔开的两个透光面或者为一个整体的透光面；清洁装置在工作过程中，条刷与发射透光面和接收透光面之间具有压力，以清洁发射透光面和接收透光面。

一方面，发射透光面和/或接收透光面由选择透过性材料制作而成，透过光源发出的探测光波段的光；或者，发射透光面和/或接收透光面由透明材料制作而成，在透光面上设置有选择透过性滤光膜，透过光源发出的探测光波段的光。

一方面，接收光电传感器能够探测得到并输出被目标对象反射回的探测光强度信息。

一方面，所述驱动电机为舵机，所述舵机设置于光学测距传感器上；舵机驱动轴与条刷连接或者舵机驱动轴通过连接臂与条刷连接。

一方面，清洁装置还包括支架；所述支架的结构与光学测距传感器的外形相匹配，设置于光学测距传感器的背部，支架上设置有容纳驱动电机的壳体。

一方面，所述条刷的形状为圆弧形条刷，所述发射透光面与接收透光面为圆形，圆弧形条刷的形状与发射透光面和接收透光面中面积较大的相匹配。

一方面，驱动电机设置于光学测距传感器外壳内部，驱动电机的驱动轴前端露出外壳，在驱动轴与外壳之间具有密封装置，驱动电机的驱动轴与条刷连接或者驱动电机的驱动轴通过连接臂与条刷连接。

一方面，在所述发射透光面和接收透光面上设置有石英玻璃。

本发明还提出了光学测距传感器清洁方法。一种光学测距传感器清洁方法，清洁装置包括条刷和驱动电机，当被目标对象反射回到光学测距传感器的探测光的强度低于某一阈值时，清洁装置清洁光学测距传感器。

一方面，光学测距传感器获得被目标对象反射回的探测光的强度；当所述被目标对象反射回的探测光的强度低于一设定的阈值时，光学测距传感器停止工作，或者光学测距传感器不停止工作但舍弃距离探测数据；清洁装置中的驱动电机驱动条刷清洁光学测距传感器；清洁完成，光学测距传感器重新开始工作。

一方面，清洁装置包括条刷和驱动电机，条刷以固定时间间隔往返摆动，清洁装置清洁光学测距传感器。

一方面，光学测距传感器内包括计时器或者外部上位机包括计时器；当所述计时器达到设定时间点，光学测距传感器停止工作，或者光学测距传感器不停止工作但舍弃距离探测数据；驱动电机驱动条刷清洁光学测距传感器；清洁完成后，驱动电机停止工作，计时器重新开始计时，光学测距传感器重新开始工作。

本发明实施例通过在光学测距传感器设置清洁装置，能够清除光学测距传感器上的污染物，避免附着于光学测距传感器上的污染物对距离探测产生的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1：实施例一光学测距传感器与清洁装置示意图。

图2：实施例二光学测距传感器与清洁装置示意图。

图3：本申请实施例中工作模式（1）的光学测距传感器清洁方法流程示意图。

图4：本申请实施例中工作模式（2）的光学测距传感器清洁方法流程示意图。

图5：本申请实施例中工作模式（3）的光学测距传感器清洁方法流程示意图。

图6：本申请实施例中工作模式（4）的光学测距传感器清洁方法流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

如附图1所示，一种光学测距传感器清洁系统，包括光学测距传感器10和清洁装置。光学测距传感器包括光源、接收光电传感器、控制器和透光面。

光源用于发出探测光。发出的探测光通过透光面出射到外部需要探测的环境中，遇到目标对象（或者为被测物、障碍物）后被反射。所述光源为LED光源或者激光光源。在优选的实施例中，在光源与透光面之间，还有发射光学透镜。所述发射光学透镜用于将由光源发出的探测光的发散角减小。

接收光电传感器接收由被目标对象反射回的探测光，将光信号转换为电信号。该被目标对象反射回的探测光经过透光面后，入射到光学测距传感器内部。接收光电传感器为单点光电传感器、线阵光电传感器或者面阵光电传感器。在可选的实施例中，在透光面与接收光电传感器之间还具有接收光学透镜。所述接收光学透镜用于将被目标对象反射回光学测距传感器的探测光发散角减小。在其中一实施例中，接收光电传感器能够探测得到并输出被目标对象反射回的探测光强度信息数据。

控制器基于飞行时间法或者三角测距等光学测距方法计算目标对象与光学测距传感器之间的距离。

为了增加光学测距传感器的防护性，光学测距传感器设置有外壳，外壳上包括透光面。该透光面将光源发出的探测光、以及被目标对象反射回光学测距传感器的探测光透过。透光面的设置可以防止水雾、灰尘等进入光学测距传感器的内部。

在其中的一实施例中，透光面由选择透过性材料制作而成，透过光源发出的探测光波段的光，阻止其他波段的环境光透过，从而提高探测光信号的信噪比。在该实施例中，光源发出探测光光路上的透光面（即发射透光面12）与接收光电传感器接收光路上的透光面（即接收透光面13）为一体的一个整体透光面。即发射透光面12与接收透光面13为结合在一起的一个透光面。

在其中的一实施例中，透光面由透明材料制作而成，在透光面上设置有选择透过性滤光膜。该选择透过性滤光膜，透过光源发出的探测光波段的光，阻止其他波段的环境光透过，从而提高探测光信号的信噪比。

在优选的实施例中，由于光源发出的探测光经过透光面后，一部分出射到外部环境中，而其中的一部分探测光未出射到外部环境中，而是经过透光面导入到接收光电传感器接收光的光路上，进而被接收光电传感器所接收，这样接收光电传感器不仅接收到正常测距过程中被目标对象反射回的探测光，还接收到经过透光面导入的光源的干扰光，影响测距的准确性。为了避免未出射到外部环境中，直接由透光面导入的光源发出的探测光的干扰，所述透光面分离设置，包括发射透光面12和接收透光面13，所述发射透光面和接收透光面分离，为两个单独的透光面，中间由不透光的材料隔开。该设置避免由光源发出的探测光通过透光面导入到接收光电传感器的接收光路上，避免对接收光电传感器接收到的被障碍反射回的探测光产生干扰。

清洁装置包括驱动电机21和条刷22。驱动电机驱动条刷摆动。其中条刷与光学测距传感器的透光面之间具有一定压力，当条刷摆动时，能够对透光面表面的水雾和/或灰尘进行清理。

驱动电机通过现有技术中的连接方式设置于光学测距传感器上。驱动电机的驱动轴27与条刷连接，驱动条刷以扇形清洁区域摆动。

在优选的实施例中，驱动电机为舵机。舵机更易于控制，并且IP（IngressProtection）防护等级更易于达到更高。

在其中一实施例中，舵机与条刷通过连接臂23连接。连接臂的一端与条刷固定连接，另一端连接舵机的驱动轴。

在其中一实施例中，清洁装置还包括支架24。支架的结构与光学测距传感器的外形相匹配，设置于光学测距传感器的背部。舵机设置于支架上。例如，支架设置于光学测距传感器的背部，舵机设置于支架上，并且位于光学测距传感器的四个侧面之一，条刷与舵机相连接，条刷摆动时清洁透光面。支架上还具有容纳驱动电机的壳体25，该壳体一方面用于固定驱动电机，一方面还具有防护作用，防止电机进入水雾和/或灰尘等污染物。

条刷为橡胶刷或者毛刷。优选的实施例中为橡胶条刷。橡胶刷更能有效清除水雾和灰尘等污染物。

条刷为直线形状条刷或者为弧形条刷。在优选的实施例中，条刷的形状为圆弧形，发射透光面与接收透光面都为圆形，圆弧形条刷的形状与发射透光面和接收透光面中面积较大的相匹配。圆弧形条刷的设置使得条刷在不工作时停放于发射透光面或者接收透光面的边缘，相比于直条形状条刷，圆弧形条刷能够在停止状态下位于光学测距传感器边缘内部，不会突出光学测距传感器边缘外，有利于节约体积、方便光学测距传感器和条刷的设置，不会受到外部物体对条刷摆动的阻挡。在一种的一实施例中，所述圆弧形条刷为半圆弧形形状条刷。

该实施例中，由外部上位机控制光学测距传感器和清洁装置的工作。外部上位机分别与光学测距传感器和清洁装置电连接。其中，当清洁装置工作时，光学测距传感器不进行测距操作；或者当清洁装置工作时，光学测距传感器的距离探测数据舍弃。

在上述实施例中，清洁装置与光学测距传感器分开，便于清洁装置配置于光学测距传感器上，方面维修，不需要对已有的光学测距传感器进行调整。

在优选的实施例中，为了进一步增强清洁装置的清洁效果，以及减小水雾和/或灰尘等在光学测距传感器透光面上的附着，在光学测距传感器的透光面上还设置有石英玻璃26。石英玻璃可通过粘结的方式设置于光学测距传感器透光面上。

实施例二

在其他的实施例中，如附图2所示，清洁装置与光学测距传感器集成设置。清洁装置与光学测距传感器的主板相连接，由光学测距传感器控制清洁装置的工作状态。

在该实施例中，驱动电机设置于光学测距传感器外壳28内部，驱动电机的驱动轴27前端露出外壳28，其中，在驱动轴与外壳之间具有密封装置，防止外界的水雾和/或灰尘进入光学测距传感器内部。由于驱动电机设置于光学测距传感器的外壳内部，易于实现高的IP防护等级。

驱动电机的驱动轴与条刷22连接。其中条刷与光学测距传感器的透光面之间具有一定压力，当条刷摆动时，能够对透光面表面的水雾和/或灰尘进行清理。

该实施例中，清洁装置的工作状态由光学测距传感器控制，方便清洁装置与光学测距传感器之间的工作配合，例如当清洁装置工作时，光学测距传感器自行停止工作，防止条刷对光学测距传感器的距离探测数据产生影响。或者当清洁装置工作时，光学测距传感器的距离探测数据舍弃。

在可选的实施例中，清洁装置的工作状态可以由外部上位机控制，外部上位机发送指令给光学测距传感器的主板，间接控制清洁装置的工作状态。

本发明实施例还公开了光学测距传感器的清洁方法，基于实施例一中的光学测距传感器以及清洁装置。其中，清洁装置包括条刷和驱动电机，驱动电机与外部上位机相连接，外部上位机控制驱动电机的工作状态，包括控制驱动电机是否进行工作，控制驱动电机的转速，控制驱动电机的转动角度。驱动电机与条刷相连接，驱动电机驱动条刷摆动。

外部上位机与光学测距传感器相连接，控制光学测距传感器的工作状态以及接收光学测距传感器所探测到的数据。该光学测距传感器不仅能够输出距离数据，还能够输出探测光的光强信息数据。

工作模式（1）：

如附图3所示。外部上位机具有计时器，控制清洁装置的驱动电机在固定的时间间隔内进行清洁操作。

上位机计时器工作，同时上位机发送指令给光学测距传感器，光学测距传感器开始工作。

当计时器到达设定的时间点，上位机发送指令给光学测距传感器，光学测距传感器停止工作；并发送指令给驱动电机，驱动电机开始工作。驱动电机带动条刷清洁光学测距传感器。在其中的一实施例中，上位机发送指令给驱动电机，控制驱动电机驱动条刷往返摆动5次。

上位机控制驱动电机停止工作，完成清洁，计时器清零重新开始计时。

上位机发送指令给光学测距传感器，光学测距传感器开始工作。

工作模式（2）：

当有污染物（例如水雾或者灰尘）附着在光学测距传感器的透光面上时，光学测距传感器接中光电传感器所接收到的被目标对象反射回的探测光的强度会降低，从而影响光学测距传感器的距离探测准确性。该工作方式中，光学测距传感器通过判断反射回的探测光的光强大小，或者通过判断距离的波动情况，来控制是否进行清洁装置的工作。

如附图4所示。光学测距传感器开始工作。

光学测距传感器实时得到被目标对象反射回的探测光的强度，并传送光强数据至上位机。当光学测距传感器检测到被目标对象反射回的探测光的强度低于某一阈值时，上位机控制光学测距传感器停止工作，并控制清洁装置开始工作，例如控制清洁装置的驱动电机驱动条刷往返工作5次。或者当光学测距传感器检测得到的距离数据的波动较大时，上位机控制光学测距传感器停止工作，并控制清洁装置开始工作，例如控制清洁装置的条刷往返工作5次。

上位机控制清洁装置停止工作，并控制光学测距传感器恢复工作。

采取该工作方式，自适应在需要进行清洁的时候控制清洁装置的工作，避免了在光学测距传感器没有被污染物干扰时清洁装置的工作，提高清洁装置的工作效率，而非机械定时进行清洁。

本发明实施例还公开了光学测距传感器的清洁方法，基于实施例二中的光学测距传感器以及清洁装置。其中，清洁装置包括条刷和驱动电机，驱动电机与光学测距传感器主板相连接，由光学测距传感器控制清洁装置驱动电机的工作状态，包括控制驱动电机是否进行工作，控制驱动电机的转速，控制驱动电机的转动角度。驱动电机与条刷相连接，驱动电机驱动条刷摆动。

该光学测距传感器不仅能够得到距离数据，还能够获得被探测光的光强信息数据。

工作模式（3）

如附图5所示。光学测距传感器具有计时器，光学测距传感器控制清洁装置的驱动电机在固定的时间间隔内进行清洁操作。

光学测距传感器开始工作，计时器开始工作。

当计时器到达设定的时间点，光学测距传感器停止工作；光学测距传感器发送指令给驱动电机，驱动电机开始工作。驱动电机带动条刷清洁光学测距传感器。在其中的一实施例中，光学测距传感器控制驱动电机驱动条刷往返摆动5次。

光学测距传感器控制驱动电机停止工作，完成清洁，计时器清零重新开始计时。

光学测距传感器重新开始工作。

工作模式（4）

当有污染物（例如水雾或者灰尘）附着在光学测距传感器的透光面上时，光学测距传感器接中光电传感器所接收到的被目标对象反射回的探测光的强度会降低，从而影响光学测距传感器的距离探测准确性。该工作方式中，光学测距传感器通过判断反射回的探测光的光强大小，或者通过判断距离的波动情况，来控制是否进行清洁装置的工作。

如附图6所示。光学测距传感器开始工作。

光学测距传感器实时得到被目标对象反射回的探测光的强度。当光学测距传感器检测到被目标对象反射回的探测光的强度低于某一阈值时，光学测距传感器停止工作，光学测距传感器控制清洁装置开始工作，例如控制清洁装置的条刷往返工作5次。或者当光学测距传感器检测得到的距离数据的波动较大时，光学测距传感器停止工作，并控制清洁装置开始工作，例如控制清洁装置的条刷往返工作5次。

光学测距传感器恢复工作。

采取该工作方式，自适应在需要进行清洁的时候控制清洁装置的工作，避免了在光学测距传感器没有被污染物干扰时清洁装置的工作，提高清洁装置的工作效率，而非机械定时进行清洁。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光学测距传感器清洁系统，包括光学测距传感器和清洁装置，其特征在于，清洁装置包括驱动电机和条刷，驱动电机驱动条刷摆动；

光学测距传感器包括光源、发射透光面、接收透光面、接收光电传感器和控制器，所述光源发出探测光，探测光经过发射透光面出射到外部环境中；

出射到外部环境中的探测光被目标对象反射，该被目标对象反射的探测光经过接收透光面被接收光电传感器接收；

控制器根据光源发出的探测光和接收光电传感器接收到的被目标对象反射的探测光，确定目标对象与光学测距传感器之间的距离；

所述发射透光面和接收透光面为分隔开的两个透光面或者为一个整体的透光面；

清洁装置在工作过程中，条刷与发射透光面和接收透光面之间具有压力，以清洁发射透光面和接收透光面。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，发射透光面和/或接收透光面由选择透过性材料制作而成，透过光源发出的探测光波段的光；或者，发射透光面和/或接收透光面由透明材料制作而成，在透光面上设置有选择透过性滤光膜，透过光源发出的探测光波段的光。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，接收光电传感器能够探测得到并输出被目标对象反射回的探测光强度信息。

4.根据权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于，所述驱动电机为舵机，所述舵机设置于光学测距传感器上；舵机驱动轴与条刷连接或者舵机驱动轴通过连接臂与条刷连接。

5.根据权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于，清洁装置还包括支架；所述支架的结构与光学测距传感器的外形相匹配，设置于光学测距传感器的背部，支架上设置有容纳驱动电机的壳体。

6.根据权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于，所述条刷的形状为圆弧形条刷，所述发射透光面与接收透光面为圆形，圆弧形条刷的形状与发射透光面和接收透光面中面积较大的相匹配。

7.根据权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于，驱动电机设置于光学测距传感器外壳内部，驱动电机的驱动轴前端露出外壳，在驱动轴与外壳之间具有密封装置，驱动电机的驱动轴与条刷连接或者驱动电机的驱动轴通过连接臂与条刷连接。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述发射透光面和接收透光面上设置有石英玻璃。

9.一种光学测距传感器清洁方法，其特征在于，清洁装置包括条刷和驱动电机，当被目标对象反射回到光学测距传感器的探测光的强度低于某一阈值时，清洁装置清洁光学测距传感器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，光学测距传感器获得被目标对象反射回的探测光的强度；

当所述被目标对象反射回的探测光的强度低于一设定的阈值时，光学测距传感器停止工作，或者光学测距传感器不停止工作但舍弃距离探测数据；

清洁装置中的驱动电机驱动条刷清洁光学测距传感器；

清洁完成，光学测距传感器重新开始工作。

11.一种光学测距传感器清洁方法，其特征在于，清洁装置包括条刷和驱动电机，条刷以固定时间间隔往返摆动，清洁装置清洁光学测距传感器。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，光学测距传感器内包括计时器或者外部上位机包括计时器；

当所述计时器达到设定时间点，光学测距传感器停止工作，或者光学测距传感器不停止工作但舍弃距离探测数据；

驱动电机驱动条刷清洁光学测距传感器；

清洁完成后，驱动电机停止工作，计时器重新开始计时，光学测距传感器重新开始工作。