CN116087968B - 传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体地涉及一种距离传感器。本发明中提供的传感器，通过发射/反射检测信号的时间进行对检测目标进行检测判断，且能够同时设置多个检测阈值以实现同时检测不同高度的检测目标。本发明的技术方案中提供了一种传感器包括：信号发射模块，用于发射光信号；信号接收模块，用于接收返回的所述光信号；示教模块，用于设置多个示教点，每一示教点对应于特定的数值区间；控制模块，分别与信号发射模块、信号接收模块和示教模块通信连接，基于由信号发射模块发射的光信号与由信号接收模块接收到返回的光信号的时间差值而计算出检测值，比较检测值与数值区间。

Description

传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体地涉及一种距离传感器。
背景技术
现有技术中，用于检测距离的通用传感器包括激光传感器、光纤传感器、光电传感器、红外传感器等。其中，常见的距离测量方法是利用信号遇到障碍物距离的不同则反射的强度也不同的原理进行障碍物远近的检测，即预设一个距离点的光信号强度阈值，将反射信号的光信号强度与该光信号强度阈值进行比较，进而获得检测结果。
但是，由于光信号的反射效果受反射面的材质、颜色等因素的影响较大，在传感器发射的光信号的强度相同的情况下，不同材质、不同颜色的物体反射的光信号的强度往往有着较大的差异。在实际应用时，需要针对不同材质或颜色的检测物体，设置不同的光信号强度阈值，操作过程繁琐。
再者，在因检测物体的材质或颜色而使得反射率较低时，反射信号的强度也相应地较低，造成误判的可能性就会增高。而且现有技术中根据反射信号的强度进行距离检测判断的方案，仅能进行一对一检测，单个传感器无法同时识别不同高度的检测目标。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种传感器。本发明中提供的传感器，通过发射/反射检测信号的时间差进行对检测目标进行检测判断，且能够同时设置多个距离检测的阈值以实现同时检测不同高度的检测目标。
本发明的技术方案中，提供了一种传感器，包括：信号发射模块，用于发射光信号；信号接收模块，用于接收返回的光信号；示教模块，用于设置多个示教点，每一示教点对应于特定的数值区间；控制模块，分别与信号发射模块、信号接收模块和示教模块通信连接，基于由信号发射模块发射的光信号与由信号接收模块接收到返回的光信号的时间差值而计算出检测值，比较检测值与数值区间。
根据本发明的技术方案，传感器对检测目标进行检测时，通过信号发射模块向检测目标发射光信号，再通过信号接收模块接收检测目标反射回来的光信号，根据发射光信号和接收光信号的时间差结合光信号的传播速度能够准确计算出检测目标到传感器之间的距离；并且传感器的示教模块中可以预设多个示教点，每个示教点所示教的距离位置不同，通过将检测结果与多个示教点进行比较，传感器可以同时检测识别不同高度/距离的检测目标。
优选地，本发明的技术方案中，传感器还包括输出模块，与控制模块通信连接，基于来自控制模块的比较结果而发出输出信号，输出信号包括显示信号以及/或者开闭信号。
根据本发明的技术方案，控制模块将光信号的检测结果与示教模块中的示教点进行比较，检测值与每个示教点的数值区间的比较结果，即为各个示教点的示教结果；基于各个示教结果发出输出信号，通过观察作为输出信号的显示信号，能够使用户直接获知示教结果，进一步地，传送分类装置根据不同示教结果生成的开闭信号，能够直接进行对应不同示教点的产品的分类传送动作。
本发明的技术方案中，传感器基于多个识别对象的标准高度而确定不同的示教点以及距离的数值区间。
根据本发明的技术方案，传感器通过设置对应不同标准高度的多个示教点，实现了通过单个传感器同时检测不同高度的物体，进而能够通过当前检测物体对应的示教点，直接对物体的高度、类型进行判断进而直接根据判断结果进行检测物品的分类。
本发明的技术方案中，传感器的检测值为光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值或基于时间差值计算出的距离值，数值区间为时间区间或距离区间。
根据本发明的技术方案，通过时间值以及根据时间值计算得到的距离值来进行示教的准确性较高，而且不会受到被检测物体的颜色材质或者检测环境中光线明暗等外部因素影响。
优选地，本发明的技术方案中，传感器中的示教模块设置有从第1示教点到第n示教点的n个示教点，n为2以上的自然数，该n个示教点对应的数值区间依次递增，第1示教点对应的数值区间的端点值小于等于第1示教点的阈值；第n示教点的数值区间的两个端点值分别大于第n-1示教点的阈值以及小于等于第n示教点的阈值。
根据本发明的技术方案，通过n个示教点以及其对应的数值区间的设置，将传感器检测范围内的区域按照检测距离段进行了划分，从而实现对不同检测物品的精准检测。
优选地，本发明的技术方案中，传感器输出信号中的显示信号包括与多个识别对象关联的信息，传感器还包括可视化模块，接收来自输出模块的显示信号并使其以可视化形式显示。
进一步地，本发明的技术方案中，传感器的可视化模块以可视化形式显示的信息包括识别对象的有无信息以及高度偏差信息，。
根据本发明的技术方案，传感器可以通过多个示教点分别示教多个识别对象有无以及高度距离是否有偏差，通过简单的单一传感器配合判断规则的设置实现复杂场景的检测。
优选地，本发明的技术方案中，传感器还包括输入模块，示教模块基于来自输入模块的与识别对象有关的信息而设置多个示教点。
根据本发明的技术方案，通过上述输入模块，用户能够方便地设置、重设多个示教点，从而使传感器能够灵活方便地检测不同高度、不同类型的产品，以提高传感器的适用性。
附图说明
图1是现有技术中的传感器的检测场景的示意图；
图2是本发明的实施方式中提供的一种传感器的结构框图；
图3是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图；
图4是本发明的实施方式中提供的传感器的一种优选的示教情景的示意图；
图5是本发明的实施方式中提供的传感器的一种应用情景的示意图；
图6是本发明的实施方式中提供的传感器的另一种应用情景的示意图。
附图标记说明：1-传感器，2-信号发射模块，3-信号接收模块，4-示教模块，5-控制模块，6-输出模块，7-可视化模块，8-输入模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明的保护范围。
现有技术中，传统的传感器常见的距离测量方法是利用信号遇到障碍物距离的不同则反射的强度也不同的原理进行障碍物远近的检测，但是，由于光信号的反射效果受反射面的材质、颜色以及当前环境中的光强、颜色等因素影响较大，传感器发射的光信号的强度相同的情况下，不同材质、不同颜色的物体反射的光信号的强度往往有着较大的差异，当根据高反射率物体反射回来的光信号强度而预设的阈值，去检测低反射率的物体时，无法达到预设的阈值，就会造成状态误判。
图1是现有技术中的传感器的检测场景的示意图。
如图1所示，在上述传感器进行实际应用时，需要针对不同材质或颜色的检测物体以及传感器所处的不同的使用环境，设置不同的光信号强度阈值，即在进行检测前需要重新调试传感器，以设置适应当前环境及待检测物体的光信号强度阈值。但是，这种方法的使用操作过程繁琐，且只能进行一对一的检测，即同时只能对单一颜色材质的单一产品进行检测，若发生检测强度与预设光信号强度阈值不符的情况，也无法判断异常情况引起的原因是未检测到产品，还是产品翘起导致的检测距离异常，亦或是检测到的产品非目标产品。
例如，图1中示出流水线传送不同产品的情景，流水线上的4个产品从左至右依次分别为正常的OK状态的A产品、翘起的NG状态的A产品，正常的OK状态的B产品、翘起的NG状态的B产品，4个产品到传感器的距离对应光信号的4个不同的强度阈值范围，即需要4个传感器才能判断上述不同的4种检测情况。
图2是本发明的实施方式中提供的一种传感器的示意图。
如图2所示，在本发明的实施方式中，提供了一种传感器1，传感器1包括：信号发射模块2，用于发射光信号，与控制模块5通信连接；信号接收模块3，用于接收返回的光信号，与控制模块5通信连接；
具体地，本实施方式中的传感器1对检测目标进行检测时，通过信号发射模块2向检测目标发射光信号，再通过信号接收模块2接收检测目标反射回来的光信号，根据光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值结合光信号的传播速度能够准确计算出检测目标到传感器1之间的距离值。
本实施方式中的传感器1还包括示教模块4，用于设置多个示教点，每一示教点对应于特定的数值区间；其中，示教点即为预设的标准点。
图3是本发明的实施方式中提供的传感器的一种示教情景的示意图。
如图3所示，在本发明的实施方式中传感器1中的示教显示模块4在进行示教点示教时，可进行多次示教动作，即信号发射模块2向检测目标(待检产品)发射光信号，再通过信号接收模块3接收检测目标反射回来的光信号，并计算发射光信号和接收光信号的时间差，将根据光信号计算出的时间差值与预设数值区间进行比较，若两者均分别在预设的数值区间内，即示教点设定成功，将此时的时间差进行距离的buffer处理，作为当前示教点的距离阈值。若不在这个预设的数值区间内，则为异常数据，需要重新示教。具体地，在传感器1来检测指定产品时，示教点对应的预设的数值范围对应于指定产品的检测范围，且每一示教点的对应的数值区间相互不重叠，避免示教点之间距离过短而造成误判。
其中，示教点对应的数值区间是指基于预设的示教点对应的距离阈值选取的数值区间，若示教点对应的距离阈值为d1，则示教点对应的数值区间即可为(0，d1]，或者[d1，∞)，或者与距离阈值d1之间的差值小于规定值等，在此不作限制。
进一步地，传感器1在实际应用时，可以在上述示教点的距离阈值的基础上设定一定的误差范围，如图3中的±a％所示，在距离阈值为d1的基础上设定±a％的误差范围。值得一提的是，示教点对应距离阈值d1的误差范围±a％的取值，可根据检测产品、环境及检测要求的不同自行调整设置，在此不作限制。
本实施方式中的传感器1还包括控制模块5，分别与信号发射模块2、信号接收模块3和示教模块4通信连接，接收信号发射模块2、信号接收模块3和示教模块4的检测和示教信号，基于由信号发射模块2发射的光信号与由信号接收模块3接收到返回的光信号的时间差值而计算出检测值，比较检测值与数值区间。
以示教点对应的距离阈值为d1，数值区间为(0，d1]为例。通过传感器1进行物体检测时，信号发射模块2发射的光信号的时间为t1，信号接收模块3接收到返回的光信号的时间为t2，二者之间的时间差值Δt，根据时间差值Δt与光信号的传播速度可计算得到被检测物体到传感器1之间的距离值D。
若根据计算得到被检测物体到传感器1之间的距离值D≤d1，检测值在示教点对应的数值区间(0，d1]内，即传感器1在指定距离范围内检测到了目标物体，检测结果为OK状态；若根据计算得到被检测物体到传感器1之间的距离值D＞d1，检测值不在示教点对应的数值区间(0，d1]内，即传感器1在指定距离范围内未检测到目标物体，检测结果为NG状态。
优选地，在本发明的实施方式中，传感器1中的示教模块4设置有从第1示教点到第n示教点的n个示教点，n为2以上的自然数，该n个示教点对应的数值区间依次递增，第1示教点对应的数值区间的端点值小于等于第1示教点的阈值；第n示教点的数值区间的两个端点值分别大于第n-1示教点的阈值以及小于等于第n示教点的阈值。
图4是本发明的实施方式中提供的传感器的一种优选的示教情景的示意图。
如图4所示，以传感器1中的示教模块4设置了2个示教点为例，第1示教点P1对应的距离阈值为d1，第2示教点P2对应的距离阈值为d2，d1＜d2，可得第1示教点P1对应的数值区间为(0，d1]，第2示教点P2对应的数值区间为(d1，d2]。根据时间差值Δt与光信号的传播速度计算得到被检测物体到传感器1之间的距离值D，若根据计算得到被检测物体到传感器1之间的距离值D≤d1时，检测值在第1示教点P1对应的数值区间(0，d1]中，即可认为第1示教点P1对应的检测结果为OK状态，第2示教点P2对应的检测结果为NG状态；若根据计算得到被检测物体到传感器1之间的距离值为D且d1＜D≤d2时，检测值在第2示教点P2对应的数值区间(d1，d2]中，即可认为第1示教点P1对应的检测结果为NG状态，第2示教点P2对应的检测结果为OK状态；若根据计算得到被检测物体到传感器1之间的距离值D＞d2时，检测值既不在第1示教点P1对应的数值区间(0，d1]中，也不在第2示教点P2对应的数值区间(d1，d2]中，即可认为第1示教点P1对应的检测结果为NG状态，第2示教点P2对应的检测结果也为NG状态。
值得一提的是，在本发明的实际应用中，示教点的数量可以根据待测量的产品的类型、数量、测量环境等因素进行灵活调整，在此不作限制。
在本发明的实施方式中，传感器1对检测目标进行检测时，通过信号发射模块2向检测目标发射光信号，再通过信号接收模块3接收检测目标反射回来的光信号，根据发射光信号和接收光信号的时间差值Δt结合光信号的传播速度能够准确计算出检测目标到传感器1之间的距离值D；并且传感器1的示教模块4中可以预设多个示教点，每个示教点所示教的距离位置不同，通过将检测结果与多个示教点进行比较，传感器1可以同时检测识别不同高度/距离的检测目标。
在本发明的实施方式中，传感器1中所述的检测值为不仅可以是上述的基于时间差值计算出的距离值，还可以直接选取光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值，相应的各个示教点对应的数值区间可以为距离区间或时间区间。优选地，通过光信号往返的时间差值以及根据时间差值计算得到的距离值来进行示教的准确性较高，而且不会受到被检测物体的颜色材质或者检测环境中光线明暗等外部因素影响。
图5是本发明的实施方式中提供的传感器的一种应用情景的示意图。
如图5所示，在本发明的实施方式中，传感器1能够通过多个示教点同时检测不同高度的产品。在产品的流水线L上，同时传送4种不同规格尺寸的产品时，现有技术中需要对应每种规格的产品分别设置4台传感器进行检测。
而在本发明的实施方式中，传感器1可以分别对应产品D、C、B、A设置4个示教点，其中第1示教点P1对应的距离阈值为d1，第2示教点P2对应的距离阈值为d2，第3示教点P3对应的距离阈值为d3，第4示教点P4对应的距离阈值为d4，即第1示教点P1对应的数值区间为(0,d1]，第2示教点P2对应的数值区间为(d1,d2]，第3示教点P3对应的数值区间为(d2,d3],第4示教点P4对应的数值区间为(d3,d4]。
根据传感器1的光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值计算得到的距离值D落在哪个示教点对应的数值区间中，则哪个示教点对应的检测结果为OK状态，否则示教点对应的检测结果为NG状态,具体如下表所示。
在本发明的实施方式中，通过上述4个示教点以及其对应的数值区间的设置，将传感器1检测范围内的区域按照检测距离进行了划分，从而实现对待检测物品的精准检测分类，结合多个示教点共同进行参考判断，也能使检测结果更加准确。例如，流水线L上当前无传送产品时，流水线L到传感器1的距离值大于第4示教点P4对应的距离阈值为d4，全部示教点对应的检测结果均为NG状态；流水线L上传送的产品D时，产品D到传感器1的距离值小于等于第1示教点P1对应的距离阈值为d1，产品D对应的第1示教点P1对应的检测结果为OK状态。
优选地，在本发明的实施方式中，传感器1还包括输出模块6，与控制模块5通信连接，基于来自控制模块5的比较结果而发出输出信号，输出信号包括显示信号以及/或者开闭信号。
进一步地，在本发明的实施方式中，传感器1的输出信号中的显示信号包括与多个识别对象关联的信息，传感器1还包括可视化模块7，接收来自输出模块6的显示信号并使其以可视化形式显示。
仍以流水线L上同时传送4种不同规格尺寸的产品为例，其中可视化模块7可为分别与4个示教点对应的4个LED指示灯。在流水线L上传送产品C时，产品C到传感器1的距离值小于等于第2示教点P2对应的距离阈值为d2，大于第1示教点P1对应的距离阈值为d1，落入第2示教点P2对应的数值区间为(d1,d2]中，第2示教点P2对应的检测结果为OK状态，从而控制模块5向输出模块6发送对应的输出信号，其中，可视化模块7再根据其中的显示信号，点亮产品C对应的LED指示灯，使用户能够从外部直接观察获悉当前流水线L上检测到的产品种类。
通过上述可视化模块7，用户能够直接观察并获悉传感器1每一次进行检测的检测结果，从而提高了用户使用该传感器1进行物体检测时的使用体验。
值得一提的是，在本发明的实施方式中，可视化模块7还可以是单个指示灯，通过颜色、光强或灯光闪烁的方式来显示不同的检测结果，亦或是智能屏幕之间将检测结果以文字或图像等形式直接呈现。进一步地，还可以拓展为语音提示模块等形式，使用户直接获悉传感器1的检测结果，在此不作限制。
进一步地，在本发明的实施方式中，还能够设置传送分类装置，与传感器1通信连接，根据由传感器1基于不同示教结果通过计算判定生成开闭信号，能够直接进行对应不同示教点的产品的分类传送动作。
如图5所示，流水线L上各类产品按照箭头方向由右向左传送，在传感器1完成检测后，即可对产品进行分类，流水线L上对应产品A、产品B、产品C和产品D分别设置有可开关的入口A、入口B、入口C和入口D。例如，在流水线L上传送的产品B时，产品B到传感器1的距离值小于等于第3示教点P3对应的距离阈值为d3，大于第2示教点P2对应的距离阈值为d2，落入第3示教点P3对应的数值范围为(d2,d3]中，第3示教点P3对应的检测结果为OK状态，从而控制模块5向输出模块6发送对应的输出信号，其中，传送分类装置再根据其中开闭信号，打开产品B对应的入口B，使其传送到对应的下一节点。
进一步地，在本发明的实施方式中，传感器1的可视化模块7以可视化形式显示的信息包括识别对象的有无信息以及高度偏差信息。
图6是本发明的实施方式中提供的传感器的另一种应用情景的示意图。
如图6所示，在本发明的实施方式中，传感器1能够通过多个示教点同时检测不同高度的产品有无以及产品是否合格。在产品的流水线L上，同时传送2种不同规格尺寸的产品即产品A和产品B时，传感器1同样可以分别对应正常的OK状态的A产品、翘起的NG状态的A产品，正常的OK状态的B产品、翘起的NG状态的B产品设置4个示教点，其中第1示教点P1对应的距离阈值为d1，第2示教点P2对应的距离阈值为d2，第3示教点P3对应的距离阈值为d3，第4示教点P4对应的距离阈值为d4，即第1示教点P1对应的数值区间为(0,d1]，第2示教点P2对应的数值区间为(d1,d2]，第3示教点P3对应的数值区间为(d2,d3]，第4示教点P4对应的数值区间为(d3,d4]。
当检测到流水线L到传感器1的距离值大于第4示教点P4对应的距离阈值为d4，全部示教点对应的检测结果均为NG状态，可视化模块7以可视化形式显示流水线L上无产品；当检测到流水线L到传感器1的距离值落入第4示教点P4对应的数值区间为(d3,d4]时，第4示教点P4对应的检测结果为OK状态，可视化模块7以可视化形式显示流水线L上为A产品，且A产品合格；当检测到流水线L到传感器1的距离值落入第3示教点P3对应的数值区间为(d2,d3]时，第3示教点P3对应的检测结果为OK状态，可视化模块7以可视化形式显示流水线L上为A产品，且A产品不合格；当检测到流水线L到传感器1的距离值落入第2示教点P2对应的数值区间为(d1,d2]时，第2示教点P2对应的检测结果为OK状态，可视化模块7以可视化形式显示流水线L上为B产品，且B产品合格；当检测到流水线L到传感器1的距离值落入第1示教点P1对应的数值区间为(0,d1]时，第1示教点P1对应的检测结果为OK状态，可视化模块7以可视化形式显示流水线L上为B产品，且B产品不合格.
在本发明的实施方式中，上述传感器1可以通过多个示教点而分别示教多个识别对象有无以及高度距离是否有偏差，通过简单的单一传感器1配合判断规则的设置，就能够实现复杂场景的检测和可视化显示。
优选地，在本发明的实施方式中，传感器1还包括输入模块8，输入模块8与控制模块5连接，示教模块4基于来自输入模块8的与识别对象有关的信息而设置多个示教点。
在本发明的实施方式中，通过上述输入模块8，用户能够方便地设置、重设多个示教点，从而使传感器1能够灵活方便地检测不同高度、不同类型的产品，以提高传感器1的适用性。
其中，输入模块8可以是一个或多个的按钮组合，通过按钮既能够实现示教功能，还可以对传感器1进行发送可视化指令等其他控制操作，使传感器1整体成本低廉，操作方便。
至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案。但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于上述具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种传感器，其特征在于，用于检测多个识别对象，所述传感器包括：
信号发射模块，用于发射光信号；
信号接收模块，用于接收返回的所述光信号；
示教模块，用于设置多个示教点，每一示教点对应于特定的数值区间，基于多个识别对象的标准高度而确定不同的示教点以及数值区间；
所述示教模块设置有从第1示教点到第n示教点的n个示教点，n为2以上的自然数，该n个示教点对应的数值区间依次递增，
所述第1示教点对应的数值区间的端点值小于等于所述第1示教点的阈值；
第n示教点的数值区间的两个端点值分别大于所述第n-1示教点的阈值以及小于等于所述第n示教点的阈值；
控制模块，分别与所述信号发射模块、所述信号接收模块和所述示教模块通信连接，基于由所述信号发射模块发射的光信号与由所述信号接收模块接收到返回的所述光信号的时间差值而计算出检测值，比较所述检测值与所述多个示教点对应的所述数值区间；
输入模块，所述示教模块基于来自所述输入模块的与识别对象有关的信息而设置多个示教点。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括输出模块，与所述控制模块通信连接，基于来自所述控制模块的比较结果而发出输出信号，所述输出信号包括显示信号以及/或者开闭信号。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述检测值为所述光信号的发射时间和接收时间之间的时间差值或基于所述时间差值计算出的距离值，所述数值区间为时间区间或距离区间。
4.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述显示信号包括与多个识别对象关联的信息，所述传感器还包括可视化模块，接收来自所述输出模块的显示信号并使其以可视化形式显示。
5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述可视化模块以可视化形式显示的信息包括所述识别对象的有无信息以及高度偏差信息。
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Citations (11)

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