CN116125437B - 一种安全激光扫描仪及其光窗检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全激光扫描仪及其光窗检测方法，属于激光扫描技术领域，通过设计光窗检测反射镜环设在透光窗的外围，可以保证对透光窗监测的连续性；通过设计角度偏转扫描单元可绕竖直轴转动，实现激光测距单元周向检测被测物体的距离；通过设计光窗检测单元跟随角度偏转扫描单元绕竖直轴转动，实现光窗检测单元在360°的范围内对透光窗进行脏污监测；光窗检测单元根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，可以准确判断透光窗是否脏污。本发明的安全激光扫描仪及其光窗检测方法，不仅扩大了对透光窗单次监测的范围，而且实现了透光窗全角度范围内动态可配置的监测，提高了安全激光扫描仪防止发生光窗失效的安全系数。

Description

一种安全激光扫描仪及其光窗检测方法

技术领域

本发明属于激光扫描技术领域，具体地说，是涉及一种安全激光扫描仪及其光窗检测方法。

背景技术

安全激光扫描仪是基于安全技术设计构造的激光扫描仪，其主要任务用于针对某一设定区域的危险源进行防护，如果有未经允许的物体进入防护区域时，安全激光扫描仪会输出相应信号切断正在运行的设备以防止发生意外危险。其对区域内物体进行探测的本质是基于TOF（激光飞行时间）技术的激光扫描仪，一方面通过直接测量光程和时间用于计算被测物体的距离，一方面通过激光扫描仪的扫描角度信息获取被测物体的方位，两方面信息综合即得到了被测物体的具体位置，同时与预设防护区域进行比对判断物体是否已经入侵。

用于安全场景使用的安全激光扫描仪必须能保证特别可靠地工作，因此必须满足很高的安全要求，如针对机器安全性的标准EN13849和针对非接触式防护装置的设备标准EN61496。需要采取多种措施和方法来满足这些安全标准，例如通过冗余设计、异构的电子器件进行安全电子评估、功能监控等。

安全要求中针对激光扫描仪的透射光窗需要进行自主检测评估，以排除光窗损伤或脏污造成的探测能力下降带来的安全风险，该功能是安全激光扫描仪较为显著的技术特点。

安全激光扫描仪光窗的脏污监测现有常见技术方案是采用固定点位的监视，即通过固定位置的个别取样点的脏污状态来判断，该方案取样点较少，且无法根据需要动态调整，监视的范围较小，无法全面监视光窗。而且，光窗脏污状态的判断不能有效的克服温漂等电路影响，容易发生漏报误报等情况。

发明内容

本发明提供了一种安全激光扫描仪，解决了现有技术中光窗监视范围小的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种安全激光扫描仪，包括：

透光窗，其外围环设有光窗检测反射镜；

激光测距单元，其用于发射和接收光线，测量与被测物体的距离；

角度偏转扫描单元，其可绕竖直轴转动，其用于将所述激光测距单元发出的光线反射至所述透光窗，并将被测物体返回的光线反射至所述激光测距单元；

光窗检测单元，其跟随所述角度偏转扫描单元绕所述竖直轴转动，其用于发出光线，且发出的光线穿过所述透光窗射入所述光窗检测反射镜，其接收经所述透光窗射入的光线，并进行光电转换，获得电信号值。

进一步的，所述透光窗的部分区域的外侧具有不透光保护结构，该部分区域为透光窗的洁净区；当光窗检测单元转动到设定角度时，接收经所述透光窗的洁净区射入的光线，此时进行光电转换获得的电信号值为参照值，该设定角度为参照角度。

进一步的，所述的光窗检测单元对称设置有两套。

一种基于上述安全激光扫描仪的光窗检测方法，所述光窗检测单元根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污。

进一步的，所述根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，具体包括：

计算比值k1=λ2/λ1；

当比值k1＜设定比值k0时，判定透光窗发生脏污，并报警；

其中，λ2为光窗检测单元在转动过程中通过光电转换获得的电信号值；

λ1为洁净基准值；

0＜k0＜1。

进一步的，所述根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，具体包括：

计算比值k2=[λ2’-（λ3’-λ1）]/λ1；

当比值k2＜设定比值k0时，判定透光窗发生脏污，并报警；

其中，λ3’为光窗检测单元在转动到参照角度时通过光电转换获得的电信号值；

λ2’为光窗检测单元在转动到其他角度时通过光电转换获得的电信号值；

λ1为洁净基准值；

0＜k0＜1。

进一步的，在所述安全激光扫描仪初始化时，所述光窗检测单元接收经所述透光窗射入的光线，并进行光电转换，获得电信号值，作为洁净基准值λ1，并保存。

进一步的，所述光窗检测单元在转动过程中，建立转动角度与比值k2的对应关系，并保存。

进一步的，所述光窗检测单元在不同角度发射光线的时机或/和频次可设置。

进一步的，当所述的光窗检测单元对称设置有两套时，两套光窗检测单元分别计算获得的电信号值与洁净基准值的比值，当计算出的这两个比值的差值大于设定差值时，判定光窗检测单元失效，发出维修提示。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的安全激光扫描仪及其光窗检测方法，安全激光扫描仪通过设计光窗检测反射镜环设在透光窗的外围，可以保证对透光窗监测的连续性；通过设计角度偏转扫描单元可绕竖直轴转动，实现激光测距单元周向检测被测物体的距离；通过设计光窗检测单元跟随角度偏转扫描单元绕竖直轴转动，进而实现光窗检测单元在360°的范围内对透光窗进行脏污监测；光窗检测单元根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，可以准确判断透光窗是否脏污。因此，本发明的安全激光扫描仪及其光窗检测方法，不仅扩大了对透光窗单次监测的范围，而且实现了透光窗全角度范围内动态可配置的监测，提高了安全激光扫描仪防止发生光窗失效的安全系数。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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他的附图。

图1是本发明所提出的安全激光扫描仪的一个实施例的组成示意图；

图2是本发明所提出的安全激光扫描仪的一个实施例的结构示意图；

图3是光窗检测单元的一个实施例的结构示意图；

图4是光窗检测单元的又一个实施例的结构示意图；

图5是光窗检测单元的再一个实施例的结构示意图；

图6是光窗检测发射电路、光窗检测接收处理电路的一个实施例的结构示意图；

图7是光窗检测单元与角度偏转扫描单元的位置关系图。

附图标记：

101、激光器；102、发射透镜；103、第一接收透镜；104、光接收管；105、发射光隔离筒；

201、角度偏转反射镜；202、反射镜光隔离筒；

301、供电发射电路；302、能量发射线圈；303、能量接收线圈；304、供电接收电路；

401、驱动模块；

501、光窗检测单元；

511、光窗检测发射电路；5110、发射器；5111、发射准直透镜；5112、固定座；

512、光窗检测接收处理电路；5120、接收器；5121、第二接收透镜；5122、接收光阑；5123、窄带滤波片；5124、处理电路；

51211、第一光窗检测接收处理电路；51212、第二光窗检测接收处理电路；

513、光窗检测反射镜；

514、保护罩；5141、环形顶板；5142、环形侧板；5143、环形底板；

515、第三反射镜；

516、第四反射镜；

601、下壳体；602、上壳体；6020、透光窗；6021、洁净区；6022、不透光保护结构。

具体实施方式

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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

针对光窗监视范围小、光窗脏污检测不准确的技术问题，本发明提出了一种激光安全扫描仪及其光窗检测方法，激光安全扫描仪扩大了对透光窗单次监测的范围，光窗检测方法提高了透光窗脏污检测的准确性。下面，结合附图对本发明的激光安全扫描仪及其光窗检测方法进行详细说明。

本实施例的安全激光扫描仪，包括透光窗6020、激光测距单元、角度偏转扫描单元、光窗检测单元501等，参见图1至图7所示。

透光窗6020，其外围环设有光窗检测反射镜513。

激光测距单元，其用于发射和接收光线，测量与被测物体的距离。

角度偏转扫描单元，其可绕竖直轴转动，其用于将激光测距单元发出的光线反射至透光窗6020，并将被测物体返回的光线反射至激光测距单元。

光窗检测单元501，其跟随角度偏转扫描单元绕竖直轴转动，其用于发出光线，且发出的光线穿过透光窗6020射入光窗检测反射镜513，其接收经透光窗6020射入的光线，并进行光电转换，获得电信号值。

其中，光窗检测单元501，用于执行激光安全扫描仪的光窗检测方法。本实施例的光窗检测方法包括：光窗检测单元501根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗6020是否脏污。

洁净基准值为透光窗6020处于洁净状态时，光窗检测单元501进行光电转换后获得的电信号值。

当透光窗6020处于脏污状态时，穿过脏污区域射至光窗检测单元501的光线强度会变小，光电转换后的电信号值也会变小，因此，根据光窗检测单元501进行光电转换后的电信号值的大小，可以判定透光窗是否发生脏污。

光窗检测单元501根据光电转换后获得的电信号值与洁净基准值的比值大小，对脏污程度进行量化，可以准确判断透光窗6020是否脏污及脏污程度，而且，判断方式简单，易于实现。

在光窗检测单元501转动过程中，根据在各个角度下获得的电信号值，以及洁净基准值，计算比值大小，然后判断透光窗在各个角度的相应区域是否脏污。

本实施例的安全激光扫描仪，通过设计光窗检测反射镜513环设在透光窗6020的外围，可以保证对透光窗6020监测的连续性；通过设计角度偏转扫描单元可绕竖直轴转动，实现激光测距单元周向检测被测物体的距离；通过设计光窗检测单元501跟随角度偏转扫描单元绕竖直轴转动，实现光窗检测单元501在360°的范围内对透光窗6020进行脏污监测；光窗检测单元501根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗6020是否脏污，可以准确判断透光窗6020是否脏污。因此，本实施例的的安全激光扫描仪，不仅扩大了对透光窗单次监测的范围，而且实现了透光窗全角度范围内动态可配置的监测，提高了安全激光扫描仪防止发生光窗失效的安全系数。

本实施例的安全激光扫描仪，不仅实现了周向激光测距，而且实现了周向监测透光窗6020，扩大了对透光窗6020的监测范围，实现对透光窗6020的全面监测，实现在360°范围内准确判断透光窗6020是否脏污。

本实施例的安全激光扫描仪的光窗检测方法，光窗检测单元501根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗6020是否脏污，可以准确判断透光窗6020是否脏污，提高检测的准确性。

透光窗6020的部分区域的外侧具有不透光保护结构6022，该部分区域为透光窗的洁净区6021，参见图7所示。因此，安全激光扫描仪可探测的角度范围约为280°，可以实现激光测距单元在280°（刨除洁净区6021）范围内检测被测物体的距离。而光窗检测单元仍可以在360°（包含洁净区6021）的范围内对透光窗进行脏污监测。

当透光窗6020处于洁净状态时，光窗检测单元501进行光电转换后获得的电信号值为λ1；当透光窗6020处于脏污状态时，光窗检测单元501进行光电转换后获得的电信号值为λ2；λ2＜λ1；进而通过λ2与λ1的比值大小可以获知透光窗的脏污程度。λ2越小，比值越小，脏污程度越严重。

作为本实施例的一种优选设计方案，本实施例的安全激光扫描仪的光窗检测方法中，根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，具体包括下述步骤。

步骤（11）：计算比值k1=λ2/λ1。

步骤（12）：判断比值k1是否小于设定比值k0。

当比值k1＜设定比值k0时，则判定透光窗发生脏污，并报警。

当比值k1≥设定比值k0时，则判断透光窗未发生脏污。

其中，λ2为光窗检测单元在转动过程中通过光电转换获得的电信号值；

λ1为洁净基准值；洁净基准值预先存储，保持不变。

0＜k0＜1。

通过设计步骤（11）～（12），可以简单方便地判断透光窗是否发生脏污。

在未发生温度漂移时，λ2为真实值；上述公式可以准确判断透光窗是否发生脏污及脏污程度。

透光窗6020的部分区域的外侧具有不透光保护结构6022，该部分区域为透光窗的洁净区6021，参见图7所示；洁净区6021受到不透光保护结构6022的防护，可以保持洁净状态。当光窗检测单元501转动到设定角度时，接收经透光窗6020的洁净区6021射入的光线，此时进行光电转换获得的电信号值为参照值，该设定角度为参照角度。

光窗检测单元501每转动一周都会转动到参照角度，完成对洁净区6021的光信号采集，获得电信号值，记为参照值。

作为本实施例的又一种优选设计方案，根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，具体包括下述步骤。

步骤（21）：计算比值k2=[λ2’-（λ3’-λ1）]/λ1。

步骤（22）：判断比值k2是否小于设定比值k0。

当比值k2＜设定比值k0时，判定透光窗发生脏污，并报警。

其中，λ3’为光窗检测单元在转动到参照角度时通过光电转换获得的电信号值；

λ2’为光窗检测单元在转动到其他角度（除了参照角度之外的角度）时通过光电转换获得的电信号值；

λ1为洁净基准值；

0＜k0＜1。

通过设计步骤（21）～（22），防止温度漂移导致的脏污判断失误，防止影响报警状态的判断，防止发生漏报误报等情况，可以准确判断透光窗是否发生脏污。

当光窗检测单元501所处的环境温度发生变化时，电路会发生不同程度的温度漂移，因此光窗检测单元501光电转换后的电信号受温度漂移影响，并不是真实值。

受温度漂移影响，光窗检测单元在转动到参照角度时通过光电转换获得的电信号值为λ3’，而未受到温度漂移影响时，获得的真实的电信号值为λ3。受温度漂移影响，光窗检测单元在转动到其他角度时通过光电转换获得的电信号值为λ2’，而未受到温度漂移影响时，获得的真实的电信号值为λ2。

由于温度漂移引入的误差，记为λ0；

则λ2’=λ2+λ0；λ3’=λ3+λ0；而λ3=λ1；

λ2/λ1=(λ2’-λ0) /λ1=[λ2’-(λ3’-λ3)] /λ1=[λ2’-(λ3’-λ1)]/λ1。

因此，得到比值k2=[λ2’-（λ3’-λ1）]/λ1。

可以通过上述计算修正温度漂移影响，从而得到真实的脏污程度量化值。

本实施例中，在安全激光扫描仪初始化时，光窗检测单元501接收经透光窗6020射入的光线，并进行光电转换，获得电信号值，作为洁净基准值λ1，写入存储器，保存，该洁净基准值λ1不发生变化。

安全激光扫描仪初始化时，透光窗尚未受到污染，此时获得的电信号值可以准确反应出透光窗的洁净状态。

本实施例中，光窗检测单元501在转动过程中，计算比值k2，建立转动角度与比值k2的对应关系，并保存。从而可以获得各个角度的透光窗的脏污情况。光窗检测单元通过角度位置信息和脏污程度量化指标k2建立透光窗各个角度的脏污信息详细列表。

本实施例中，光窗检测单元在不同角度发射光线的时机或/和频次可设置。因此，可以完成对透光窗可定义范围可定义密度的脏污状态的实时检测评估，提高使用灵活性。

本实施例中，为了提高光窗检测单元501的可靠性，光窗检测单元501对称设置有两套。两套光窗检测单元共用一个光窗检测反射镜513，两套光窗检测单元分别计算获得的电信号值与洁净基准值的比值，当计算出的这两个比值的差值大于设定差值时，判定光窗检测单元失效，发出维修提示。

通过两套光窗检测单元得到的比值的偏离程度，判断光窗检测评估功能的有效性，如两个比值偏离较大时，则判定功能失效，提醒维修处理，提高了安全激光扫描仪的安全可靠性。

本实施例的安全激光扫描仪包括壳体。

壳体，其包括下壳体601和上壳体602，上壳体602包括顶壁和四周侧壁，上壳体602的四周侧壁为透光窗6020；上壳体602罩设在下壳体601上，上壳体602与下壳体601连接。

激光测距单元，其位于下壳体601内，激光测距单元包括光发射模块、光接收模块。光发射模块用于发出光线；光接收模块用于接收光线，获得与被测物体之间的距离。激光测距单元用于发射激光和接收返回的光线完成距离测算。激光测距单元的本质是采用TOF技术对脉冲激光束的飞行时间进行采集和计算来获取被测物体的距离。

角度偏转扫描单元，其位于上壳体602内，其包括驱动模块401、角度偏转反射镜201；驱动模块401驱动角度偏转反射镜201绕竖直轴转动。光发射模块发出的光线射入角度偏转反射镜201，经角度偏转反射镜201反射后射入透光窗6020，光线穿过透光窗6020后射至被测物体；被测物体反射回的光线穿过透光窗6020射至角度偏转反射镜201，角度偏转反射镜201将从透光窗6020射入的光线反射至光接收模块，光接收模块计算与被测物体的距离。

角度偏转扫描单元的主要功能为将激光测距单元发出的激光和从被测物体返回的漫反射光完成角度偏转，实现对不同角度方位的激光测距。

角度偏转反射镜201由驱动模块401带动完成角度偏转，从而实现入射到角度偏转反射镜201的激光发生扫描偏转。角度偏转反射镜201的主要作用为对入射的光线进行角度偏转，角度偏转反射镜201是使用光学玻璃进行表面镀膜的平面反射镜，也可以使用其他材质的能够满足光学反射要求的表面进行镀膜以实现反射镜的功能。

本实施例中，角度偏转反射镜201的反射面与水平面之间的夹角保持为45°，可以将下方的竖向光束反射为水平光束，可以将水平光束反射为竖向光束。

驱动模块401的主要作用为输出机械能带动整个角度偏转扫描单元完成角度偏转功能。驱动模块401为一个输出圆周运动的电机，电机将电能转换为圆周运动的机械能，驱动角度偏转反射镜201绕竖直轴转动。也可以使用振镜电机替代普通电机，从而实现某一特定角度范围的往复扫描。

电机通常选用外转子无刷直流电机，在本实施例中，电机的定子部分与角度偏转反射镜201相互连接，电机的转子部分与上壳体602的顶壁相互连接。以观察者视角来看，电机的转子部分固定不动，而其定子部分带动相连接的角度偏转反射镜201及其他部件进行圆周运动。

安全激光扫描仪在完成偏转运动的同时获取激光束出射的角度，从而获取被测物体的准确角度信息。通过激光测距单元与角度偏转扫描单元的结合，实现周向激光测距功能。

光窗检测单元501，其包括光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512。光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512位于上壳体602内，跟随角度偏转反射镜201转动。光窗检测反射镜513为环形，环设在透光窗6020的外围，光窗检测反射镜513与上壳体602连接。

光窗检测反射镜513整体呈现为圆环状，可利用圆周整体分布的塑胶材质的光滑结构表面上镀金属反射层实现功能。

光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512与角度偏转反射镜201的背面连接，跟随角度偏转反射镜201同步转动。

光窗检测单元501是基于红外透射测量原理，光线通过洁净的透光窗6020和脏污的光窗其光强会发生变化，据此完成对光窗脏污和损伤特性的检测。光窗检测发射电路511用于发出至少一束准直光线，其光强保持相对稳定。光窗检测接收处理电路512用于接收光窗检测发射电路511发出并透射透光窗6020、经光窗检测反射镜513反射后的光线，并判定透光窗是否发生脏污。光窗检测反射镜513用于将光窗检测发射电路511发出的光束进行偏转使其在有脏污检测需求的位置透射透光窗6020，并能够准确入射光窗检测接收处理电路512。

光窗检测发射电路511发出的光线穿过透光窗6020射入光窗检测反射镜513，在光窗检测反射镜513上发生镜面反射，经光窗检测反射镜513反射后的光线穿过透光窗6020射入光窗检测接收处理电路512，参见图3所示。光窗检测接收处理电路512将接收到的光信号转换为电信号值，根据电信号值的大小即可获知透光窗6020是否脏污。光窗检测接收处理电路512根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污。

当透光窗发生脏污时，穿过脏污区域射至光窗检测接收处理电路512的光线强度会变小，光电转换后的电信号值也会变小，小于洁净基准值。因此，根据光窗检测接收处理电路512进行光电转换后的电信号值的大小以及洁净基准值，即可进行判定透光窗是否发生脏污。

光窗检测接收处理电路512在转动过程中获得实时电信号值，根据实时电信号值与洁净基准值的比值，判断透光窗是否脏污。

由于光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512跟随角度偏转反射镜201绕竖直轴转动，而且光窗检测反射镜513环设在透光窗6020的外围，因此可以实现在360°的范围内监视透光窗6020，检测透光窗6020的脏污情况。

通过光窗检测单元501与角度偏转扫描单元的结合，实现透光窗的360°脏污检测功能。

本实施例的安全激光扫描仪，通过设计激光测距单元包括光发射模块、光接收模块；角度偏转扫描单元包括驱动模块401、角度偏转反射镜201；光窗检测单元501包括光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512；驱动模块401驱动角度偏转反射镜201绕竖直轴转动，光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512跟随角度偏转反射镜201同步转动，实现激光测距单元周向（在280°的范围内）检测被测物体的距离，实现光窗检测单元501在360°的范围内对透光窗6020进行脏污监测；光窗检测反射镜513为环形，环设在透光窗6020的外围，可以保证对透光窗监测的连续性。

光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512跟随角度偏转扫描单元一起做圆周运动，可以实时的对透光窗6020表面需要进行脏污检测的部分进行检测。光窗检测单元501是体现安全激光扫描仪安全性的标志性功能，实现了安全激光扫描仪的安全特性。

通过将光窗检测单元501与角度偏转扫描单元进行组合构造，可实现跟随扫描运动的实时的光窗检测，并且该方案可以使用较少的发射和接收器件完成功能的实现，避免了多组发射和接收器件之间的个体差异带入的检测偏差。

本实施例中，为了保护光窗检测反射镜513的安全，延长光窗检测反射镜513的使用寿命，光窗检测单元还包括环形的保护罩514；保护罩514与上壳体602连接，围成环形的密闭腔室，光窗检测反射镜513位于密闭腔室内。

本实施例中，保护罩514包括环形顶板5141、环形侧板5142、环形底板5143，参见图2所示，环形顶板5141、环形侧板5142均由遮光材料制成，环形底板5143由透光材料制成。

环形顶板5141与环形底板5143上下间隔水平布设。

环形侧板5142的顶端与环形顶板5141的外侧连接；环形侧板5142的底端与环形底板5143的外侧连接。

环形顶板5141的内侧与上壳体602的顶壁连接；环形底板5143的内侧与上壳体602的侧壁连接。

环形顶板5141、环形侧板5142、环形底板5143、上壳体602围成密闭腔室。

环形底板5143可以透射光线，光线可以穿过环形底板5143射入光窗检测反射镜513；光窗检测反射镜513反射的光线可以穿过环形底板5143；环形顶板5141、环形侧板5142用于防止上方光线和侧方的光线影响光窗检测单元的检测准确性。

本实施例中，为了改变光路方向，降低实现难度，光窗检测单元501还包括第三反射镜515和第四反射镜516；第三反射镜515跟随光窗检测发射电路511转动，第四反射镜516跟随光窗检测接收处理电路512转动，参见图4所示。

光窗检测发射电路511发出的光线射入第三反射镜515，经第三反射镜515反射后穿过透光窗6020、保护罩514射入光窗检测反射镜513。

经光窗检测反射镜513反射后的光线穿过保护罩514、透光窗6020射入第四反射镜516，经第四反射镜516反射后射入光窗检测接收处理电路512。

在光窗检测发射电路511与透光窗6020之间设置第三反射镜515，可以改变光窗检测发射电路511的出射方向，提高电路布置的灵活性，降低实现难度。

同理，在光窗检测接收处理电路512与透光窗6020之间设置第四反射镜516，可以改变光窗检测接收处理电路512的入射方向，降低实现难度。

第三反射镜515作为光窗检测发射电路511的附属部分，与光窗检测发射电路511固定连接，跟随光窗检测发射电路511同步转动。

第四反射镜516作为光窗检测接收处理电路512的附属部分，与光窗检测接收处理电路512固定连接，跟随光窗检测接收处理电路512同步转动。

第三反射镜515、第四反射镜516、光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512跟随角度偏转扫描单元进行圆周运动。

透光窗的点状污染需要根据视场口径针对多种不同直径的试件进行评估，因此在功能实现的过程中光线可能需要完成多次反射并多次透射透光窗才能完成最终的光窗检测评估，因此反射镜的搭建是比较灵活的。

本实施例中，为了进一步提高光窗检测单元的工作效能，扩大单次监测的范围，光窗检测反射镜513为夹角反射镜；光窗检测接收处理电路512设置有两个，可称为：第一光窗检测接收处理电路51211、第二光窗检测接收处理电路51212，参见图5所示。

光窗检测发射电路511发出的光线经第三反射镜515反射后穿过透光窗6020、保护罩514射入光窗检测反射镜513的夹角顶点。

经光窗检测反射镜513反射后的部分光线穿过保护罩514、透光窗6020射入第一光窗检测接收处理电路51211。

经光窗检测反射镜513反射后的部分光线穿过保护罩514、透光窗6020射入第四反射镜516，经第四反射镜516反射后射入第二光窗检测接收处理电路51212。

光窗检测发射电路511发出的光线，经第三反射镜515反射后，透射透光窗6020和保护罩514，其中心光线照射在光窗检测反射镜513的夹角顶点位置，此时，一半的光束沿方向G反射，依次透射保护罩514、透光窗6020后照射在第四反射镜516上，然后反射进入第二光窗检测接收处理电路51212；另一半的光束沿方向H反射，依次透射保护罩514、透光窗6020后照射在第一光窗检测接收处理电路51211，参见图5所示。

第一光窗检测接收处理电路51211、第二光窗检测接收处理电路51212分别将接收到的光信号转换为电信号值，并分别判定透光窗6020是否脏污，分别对透光窗的不同区域进行脏污检测判断，进一步提高了光路的复杂度，也相应的提高了检测光路透射和检测的范围。

本实施例中，光窗检测发射电路511包括发射器5110、发射准直透镜5111、固定座5112；固定座5112为套筒状，其前端具有开口；发射器5110和发射准直透镜5111安装在固定座5112内，发射器5110远离固定座5112的前端开口，发射准直透镜5111靠近固定座5112的前端开口；发射器5110发射的光束经过发射准直透镜5111准直后射入第三反射镜515，经第三反射镜515反射后穿过透光窗6020、保护罩514射入光窗检测反射镜513，参见图6所示。

光窗检测接收处理电路512包括接收器5120、窄带滤波片5123、第二接收透镜5121、接收光阑5122、处理电路5124；第二接收透镜5121安装在接收光阑5122内。光窗检测反射镜513反射后的光线穿过保护罩514、透光窗6020射入第四反射镜516，经第四反射镜516反射后的光线射入第二接收透镜5121，经第二接收透镜5121汇聚后的光线经过窄带滤波片5123进行滤波，滤波后的光线射入接收器5120，接收器5120将接收到的光线转换为电信号值，并传输至处理电路5124。处理电路5124根据接收到的电信号值与洁净基准值的比值进行脏污判定。

发射器5110向外发出激光光束，经过发射准直透镜5111发射准直后以相对较小的发散角和良好的指向性射向第三反射镜515，光线经第三反射镜515反射后以设定的角度穿过透光窗6020，透射保护罩514后入射光窗检测反射镜 513，光线经光窗检测反射镜 513再次反射后依次透射保护罩514和透光窗6020，入射第四反射镜 516，经第四反射镜 516反射后入射第二接收透镜5121，光线经第二接收透镜5121汇聚后经过窄带滤波片5123滤除近似波长的干扰光，最终入射接收器 5120，接收器 5120将光信号转换为电信号值，传输给处理电路5124，处理电路5124根据接收到的电信号值进行一次透光窗6020的脏污判定。

上述设计的光窗检测发射电路511和光窗检测接收处理电路512，结构紧凑，可以发射出稳定光柱以及稳定接收返回的光束，完成透光窗的脏污检测。

为了提高脏污判定的可靠性，固定座5112和接收光阑5122采用不透光材料进行制作，接收光阑5122还可根据外界光线的可能入射状态进行长度的优选，达到减少外界光干扰的效果，同时通过在靠近接收器 5120的位置设有窄带滤波片5123，进一步提高接收电路的抗光干扰能力，提升安全激光扫描仪的系统可靠性。

本实施例中，角度偏转扫描单元还包括倒L形的反射镜光隔离筒202，参见图2所示。

反射镜光隔离筒202位于角度偏转反射镜201的下方，反射镜光隔离筒202具有竖向的进光口和横向的出光口；进光口与其下方的激光测距单元的光发射模块相对，出光口朝向透光窗6020；反射镜光隔离筒202的转角与角度偏转反射镜201连接；反射镜光隔离筒202与角度偏转反射镜201同步转动。

光发射模块发出的光线经进光口射入角度偏转反射镜201，经角度偏转反射镜201反射后穿过出光口射入透光窗6020。

通过设计倒L形的反射镜光隔离筒202，防止杂散光线影响角度偏转反射镜201的反射。

反射镜光隔离筒202的横向的出光口的方向，即为角度偏转扫描单元的光束射出方向，也即角度偏转扫描单元的扫描方向。

本实施例中，反射镜光隔离筒202的横向的出光口与固定座5112的前端开口方向之间的夹角θ大于等于90°，参见图7所示，以防止光窗检测单元与角度偏转扫描单元的光路相互干扰，提高激光测距和脏污判定的准确性。

为完成对透光窗6020整个圆周范围内的监测，第三反射镜515、第四反射镜516、光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512跟随角度偏转扫描单元旋转运动，并与角度偏转反射镜201的扫描方位形成一定的空间夹角θ，以避免二者光路的相互干扰。当安全激光扫描仪的角度偏转扫描单元做圆周运动时，可通过角度偏转扫描单元的测量方位信息和夹角θ获知光窗检测单元在某一时刻检测光窗的角度位置信息，将一周的角度位置信息按照方位排列后即可获取整个透光窗6020的脏污状态情况。

本实施例中，激光测距单元的光发射模块包括激光器101、发射透镜102、发射光隔离筒105；光接收模块包括第一接收透镜103、光接收管104、控制电路，参见图2所示。

第一接收透镜103的中心具有安装孔，发射光隔离筒105为竖向设置的筒状，发射光隔离筒105安装在第一接收透镜103的安装孔内，激光器101和发射透镜102安装在发射光隔离筒105内；激光器101位于发射透镜102的下方；光接收管104位于第一接收透镜103的下方，光接收管104将接收到的光信号转换为电信号值，并传输至控制电路，控制电路完成距离计算。

上述设计的光发射模块和光接收模块，结构紧凑，可以发射出稳定的竖向光柱，并可以稳定接收返回的光束，完成激光测距。

光发射模块与光接收模块同轴布设，与竖直轴同轴。

激光器 101发射的脉冲激光，经过发射透镜102准直后通过发射光隔离筒105和反射镜光隔离筒202，经角度偏转反射镜201反射后透射透光窗6020飞向被测物体，在被测物体表面产生的漫反射光透射透光窗6020返回到角度偏转反射镜 201，经角度偏转反射镜201反射后进入第一接收透镜103，经第一接收透镜103汇聚后照射到光接收管104，光接收管104生成电信号值，传输至控制电路，经过控制电路汇总处理后得到该位置处被测物体的距离和角度信息，并被作为该位置处安全防护的判断依据。

本实施例中，安全激光扫描仪还包括无线能量传递单元，无线能量传递单元包括供电发射电路301、能量发射线圈302、能量接收线圈303、供电接收电路304，参见图2所示。

能量接收线圈303、供电接收电路304设置在上壳体602内，与角度偏转反射镜201连接，跟随角度偏转反射镜201同步转动；供电发射电路301、能量发射线圈302设置在下壳体601内；能量接收线圈303与能量发射线圈302上下间隔布设。

供电发射电路301驱动能量发射线圈302产生交变的磁场，随后在能量接收线圈303内产生交变的电场，能量接收线圈303将电能传输给供电接收电路304；供电接收电路304为上壳体602内的各用电设备供电，实现电能的无线传输。如供电接收电路304为驱动模块401、光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512等供电。

供电发射电路301、能量发射线圈302与激光测距单元共同固定在下壳体601内，能量接收线圈303、供电接收电路304固定在上壳体602内，跟随角度偏转扫描单元进行圆周运动；能量发射线圈302和能量接收线圈303之间保持一个稳定的间隙，使其在相对运动时不发生摩擦，同时保证能量传输的稳定性。

无线能量传递单元利用一对相互靠近的电感线圈通过电磁感应原理完成供电收发电路之间的能量传递，为驱动模块、光窗检测单元及其他用电模块提供电能，保证安全激光扫描仪的正常运行。

能量发射线圈302和能量接收线圈303，既可以表现为导线绕制的平面线圈或同心筒状线圈，也可以表现为柔性电路板或普通电路板所包含的各种线圈结构，其本质为具有特定的电磁特性，可以完成电磁互感进行能量传递。

能量接收线圈303、能量发射线圈302与竖直轴同轴，可以保证在转动过程中的稳定供电。

通过无线能量传递单元为驱动模块401供电，从而解决了供电困扰，既克服了导线供电带来的扫描角度遮挡问题，又解决了电滑环等接触式供电的寿命问题。

供电接收电路304为驱动模块401、光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512供电。供电接收电路304还可以与光窗检测发射电路511集成在一起，如图4所示。供电接收电路304还可以与光窗检测发射电路511、第二光窗检测接收处理电路51212集成在一起，如图5所示。

电机带动相连接的角度偏转反射镜201、反射镜光隔离筒202、能量接收线圈303、供电接收电路304、光窗检测发射电路511、光窗检测接收处理电路512、第三反射镜515、第四反射镜516进行圆周运动。

本实施例的安全激光扫描仪，激光测距单元通过完成激光脉冲的发射和接收进行距离探测，并完成安全防护的信息处理；角度偏转扫描单元通过其驱动模块带动角度偏转反射镜对激光脉冲进行角度偏转，从而实现水平各个角度的扫描探测。无线能量传递单元通过无线传输的方式为角度偏转扫描单元、光窗检测单元提供电能，赋予了原本只能进行纯光学扫描的角度偏转扫描单元更大的可拓展性，将光窗检测功能与角度偏转扫描单元进行了功能融合，借助驱动模块的圆周运动完成对透光窗各方向的检测，使安全激光扫描仪的光窗检测更加高效和可靠。

最后应说明的是：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个实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种安全激光扫描仪，其特征在于：包括：

透光窗，其外围环设有光窗检测反射镜；

激光测距单元，其用于发射和接收光线，测量与被测物体的距离；

角度偏转扫描单元，其可绕竖直轴转动，其用于将所述激光测距单元发出的光线反射至所述透光窗，并将被测物体返回的光线反射至所述激光测距单元；

光窗检测单元，其跟随所述角度偏转扫描单元绕所述竖直轴转动，其用于发出光线，且发出的光线穿过所述透光窗射入所述光窗检测反射镜，其接收经所述透光窗射入的光线，并进行光电转换，获得电信号值；

所述光窗检测单元包括光窗检测发射电路、光窗检测接收处理电路；所述光窗检测发射电路发出的光线穿过所述透光窗射入所述光窗检测反射镜，在所述光窗检测反射镜上发生镜面反射，经所述光窗检测反射镜反射后的光线穿过所述透光窗射入所述光窗检测接收处理电路，所述光窗检测接收处理电路将接收到的光信号转换为电信号值；

所述透光窗的部分区域的外侧具有不透光保护结构，该部分区域为透光窗的洁净区；当光窗检测单元转动到设定角度时，接收经所述透光窗的洁净区射入的光线，此时进行光电转换获得的电信号值为参照值，该设定角度为参照角度。

2.根据权利要求1所述的安全激光扫描仪，其特征在于：所述的光窗检测单元对称设置有两套。

3.一种基于权利要求1至2中任一项所述的安全激光扫描仪的光窗检测方法，其特征在于：所述光窗检测单元根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污。

4.根据权利要求3所述的光窗检测方法，其特征在于：所述根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，具体包括：

计算比值k1=λ2/λ1；

当比值k1＜设定比值k0时，判定透光窗发生脏污，并报警；

其中，λ2为光窗检测单元在转动过程中通过光电转换获得的电信号值；

λ1为洁净基准值；

0＜k0＜1。

5.根据权利要求3所述的光窗检测方法，其特征在于：所述根据获得的电信号值与洁净基准值的比值判断透光窗是否脏污，具体包括：

计算比值k2=[λ2’-（λ3’-λ1）]/λ1；

当比值k2＜设定比值k0时，判定透光窗发生脏污，并报警；

其中，λ3’为光窗检测单元在转动到参照角度时通过光电转换获得的电信号值；

λ2’为光窗检测单元在转动到其他角度时通过光电转换获得的电信号值；

λ1为洁净基准值；

0＜k0＜1。

6.根据权利要求3所述的光窗检测方法，其特征在于：在所述安全激光扫描仪初始化时，所述光窗检测单元接收经所述透光窗射入的光线，并进行光电转换，获得电信号值，作为洁净基准值λ1，并保存。

7.根据权利要求5所述的光窗检测方法，其特征在于：所述光窗检测单元在转动过程中，建立转动角度与比值k2的对应关系，并保存。

8.根据权利要求3所述的光窗检测方法，其特征在于：所述光窗检测单元在不同角度发射光线的时机或/和频次可设置。

9.根据权利要求3所述的光窗检测方法，其特征在于：当所述的光窗检测单元对称设置有两套时，两套光窗检测单元分别计算获得的电信号值与洁净基准值的比值，当计算出的这两个比值的差值大于设定差值时，判定光窗检测单元失效，发出维修提示。

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