本發(fā)明地涉及一種基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)及速度檢測方法。

背景技術(shù)：

速度開關(guān)是一種基本的速度監(jiān)測設(shè)備，現(xiàn)有的速度開關(guān)多采用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生脈沖信號，傳感器將此脈沖信號頻率與預(yù)置頻率進(jìn)行比較，當(dāng)被監(jiān)測部件的脈沖頻率小于速度開關(guān)設(shè)定頻率時開關(guān)為打開狀態(tài)；當(dāng)被監(jiān)測部件的脈沖頻率大于速度開關(guān)設(shè)定頻率時開關(guān)為閉合狀態(tài)。

但是，采用電磁感應(yīng)原理的速度開關(guān)主要缺陷有：一、無法監(jiān)測線速度，只能監(jiān)測旋轉(zhuǎn)速度；二、被監(jiān)測旋轉(zhuǎn)軸必須有金屬突出部，以便旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生脈沖信號。

所以現(xiàn)有速度開關(guān)的典型應(yīng)用場景見圖1所示，從圖中可以看出，此種速度開關(guān)僅僅適用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)速度，同時要求被監(jiān)測部件必須為金屬材質(zhì)，對旋轉(zhuǎn)軸的金屬齒深和齒寬均有嚴(yán)格要求。在很多工程應(yīng)用場合下，被監(jiān)測物體的運(yùn)動形式為直線運(yùn)動，此種速度開關(guān)無法實(shí)現(xiàn)功能；旋轉(zhuǎn)軸為非金屬，或者物理尺寸不滿足圖一中要求時，此種速度開關(guān)也無法實(shí)現(xiàn)功能。正是由于電磁感應(yīng)式速度開關(guān)的以上缺陷，限制了其在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

因此，有必要提供一種采用非接觸式成像技術(shù)的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)及速度檢測方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種采用非接觸式成像技術(shù)的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)及速度檢測方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)，包括用于對待測部件進(jìn)行成像的激光成像組件、用于獲取所述待測部件運(yùn)動數(shù)據(jù)的數(shù)字信號處理器、用于判斷待測部件運(yùn)動情況的微控制器和用于對外部輸出電信號的輸出電路，所述激光成像組件、所述數(shù)字信號處理器、所述微控制器和所述輸出電路依次連接設(shè)置；所述激光成像組件包括用于提供激光的激光源、用于引導(dǎo)激光傳輸?shù)耐哥R組件、用于攝取所述激光形成的圖像的成像傳感器和用于控制所述激光源工作功率的控制芯片，所述控制芯片與所述激光源電連接設(shè)置，所述成像傳感器與所述數(shù)字信號處理器通信連接，所述激光源發(fā)出的激光通過所述透鏡組件引導(dǎo)并照射在所述待測部件表面，所述成像傳感器捕捉所述待測部件表面的圖像，并將所述圖像發(fā)送至所述數(shù)字信號處理器。

優(yōu)選地，所述透鏡組件包括相對平行間隔設(shè)置的第一平面鏡和第二平面鏡，以及與所述成像傳感器相對間隔設(shè)置的凹透鏡，所述第一平面鏡與所述激光源發(fā)出的激光呈45°夾角設(shè)置，而且所述激光經(jīng)所述第一平面鏡反射至所述第二平面鏡，所述第二平面鏡將所述激光以30°角反射向所述待測部件的表面。

優(yōu)選地，所述凹透鏡接收垂直于所述待測部件表面的反射激光，并將所述反射激光匯聚至所述成像傳感器。

優(yōu)選地，所述數(shù)字信號處理器通過SPI通信接口與所述微控制器通信連接。

優(yōu)選地，所述輸出電路包括依次電連接設(shè)置的光電耦合器和驅(qū)動三極管，所述光電耦合器與所述微控制器電連接設(shè)置，所述驅(qū)動三極管與外界繼電器電連接設(shè)置。

優(yōu)選地，所述微控制器的外部還設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)預(yù)置速度的旋轉(zhuǎn)電位器，所述旋轉(zhuǎn)電位器通過AD轉(zhuǎn)換器與所述微控制器電連接設(shè)置。

優(yōu)選地，所述激光源是激光二極管。

一種基于上述基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)的速度檢測方法，包括如下步驟：

a、激光成像組件利用激光獲取待測部件的激光圖像；

b、數(shù)字信號處理器接收并處理所述激光圖像，并獲得所述待測部件的速度信息；

c、基于所述速度信息調(diào)整速度開關(guān)的工作狀態(tài)。

優(yōu)選地，在步驟b中，所述數(shù)字信號處理器對所述激光圖像的成像序列按照時間順序進(jìn)行對比分析處理，從而獲得所述待測部件的速度信息。

優(yōu)選地，在步驟c中，將所述速度信息與所述速度開關(guān)的預(yù)置速度進(jìn)行對比，并調(diào)整所述速度開關(guān)的工作狀態(tài)：如果所述待測部件速度信息的小于所述速度開關(guān)的預(yù)置速度，則所述速度開關(guān)為打開狀態(tài)；如果所述待測部件速度信息的大于所述速度開關(guān)的預(yù)置速度，則所述速度開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果在于：所述基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)和速度檢測方法采用非接觸式激光成像技術(shù)，待測部件的直線運(yùn)動或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動均可以被監(jiān)測到，同時對待測部件的材質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)沒有特殊要求，因此極大的擴(kuò)展了速度開關(guān)在工業(yè)領(lǐng)域中的用途。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電磁感應(yīng)式速度開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2所示基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是圖2所示基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)中激光成像組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖2所示基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)中微控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖2所示基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)中輸出電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是基于圖2所示的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)的速度檢測方法的流程框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

除非上下文另有特定清楚的描述，本發(fā)明中的元件和組件，數(shù)量既可以單個的形式存在，也可以多個的形式存在，本發(fā)明并不對此進(jìn)行限定。本發(fā)明中的步驟雖然用標(biāo)號進(jìn)行了排列，但并不用于限定步驟的先后次序，除非明確說明了步驟的次序或者某步驟的執(zhí)行需要其他步驟作為基礎(chǔ)，否則步驟的相對次序是可以調(diào)整的。可以理解，本文中所使用的術(shù)語“和/或”涉及且涵蓋相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目中的一者或一者以上的任何和所有可能的組合。

請同時參閱圖2和圖3，圖2是本發(fā)明提供的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明實(shí)施例提供的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)100包括用于對待測部件進(jìn)行成像的激光成像組件10、用于獲取所述待測部件運(yùn)動數(shù)據(jù)的數(shù)字信號處理器20、用于判斷待測部件運(yùn)動情況的微控制器30和用于對外部輸出電信號的輸出電路40，所述激光成像組件10、所述數(shù)字信號處理器20、所述微控制器30和所述輸出電路40依次連接設(shè)置。

請參閱圖4，所述激光成像組件10包括用于提供激光的激光源11、用于引導(dǎo)激光傳輸?shù)耐哥R組件12、用于攝取所述激光形成的圖像的成像傳感器13和用于控制所述激光源10工作功率的控制芯片14。其中，所述控制芯片14與所述激光源11電連接設(shè)置，所述成像傳感器13與所述數(shù)字信號處理器20通信連接。優(yōu)選地，所述激光源11是激光二極管，所述控制芯片14是單片機(jī)。

在所述激光成像組件10中，所述激光源11發(fā)出的激光通過所述透鏡組件12引導(dǎo)并照射在所述待測部件表面，所述成像傳感器13捕捉所述待測部件表面的圖像，并將所述圖像發(fā)送至所述數(shù)字信號處理器20。

在本實(shí)施例中，所述透鏡組件12包括相對平行間隔設(shè)置的第一平面鏡121和第二平面鏡122，以及與所述成像傳感器13相對平行間隔設(shè)置的凹透鏡123。

其中，所述第一平面鏡121與所述激光源發(fā)出的激光呈45°夾角設(shè)置，而且所述激光經(jīng)所述第一平面鏡121反射至所述第二平面鏡122，所述第二平面鏡122將所述激光以30°角反射向所述待測部件的表面。而且，所述凹透鏡123接收垂直于所述待測部件表面的反射激光，并將所述反射激光引導(dǎo)至所述成像傳感器13，從而使得所述成像傳感器13基于激光成像技術(shù)獲得所述待測部件表面的激光圖像。

所述成像傳感器13實(shí)時采集所述待測部件表面的激光圖像的圖像序列。所述圖像序列按照時間順序依次排列，從而反映所述待測部件的運(yùn)動狀況?？蛇x擇地，所述成像傳感器13可以是CMOS圖像傳感器或CCD圖像傳感器。

所述數(shù)字信號處理器20接收所述成像傳感器13發(fā)送的所述圖像序列，并對所述激光圖像的成像序列按照時間順序進(jìn)行對比分析處理，從而判斷所述待測部件的運(yùn)動情況，進(jìn)而獲取所述待測部件的速度信息。

在本實(shí)施例中，所述微控制器30通過SPI通信接口50與所述數(shù)字信號處理器20通信連接。所述數(shù)字信號處理器20將所述待測部件的速度信息通過所述SPI通信接口50發(fā)送至所述微控制器30。

而且，所述微控制器30將所述速度信息與所述速度開關(guān)100的預(yù)置速度進(jìn)行對比，并調(diào)整所述速度開關(guān)100的工作狀態(tài)：如果所述待測部件速度信息的小于所述速度開關(guān)100的預(yù)置速度，則所述速度開關(guān)100為打開狀態(tài)；如果所述待測部件速度信息的大于所述速度開關(guān)100的預(yù)置速度，則所述速度開關(guān)100為關(guān)閉狀態(tài)。請參閱圖5，是圖2所示基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)中微控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。優(yōu)選地，所述微控制器30是MCU單元。

進(jìn)一步地，為了調(diào)整所述速度開關(guān)100的預(yù)置速度，所述微控制器30的外部還可以設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)預(yù)置速度的旋轉(zhuǎn)電位器，所述旋轉(zhuǎn)電位器通過AD轉(zhuǎn)換器302與所述微控制器30電連接設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)所述預(yù)置速度的調(diào)節(jié)。

請參閱圖6，所述輸出電路40包括依次電連接設(shè)置的光電耦合器41和驅(qū)動三極管42。其中，所述光電耦合器41與所述微控制器30電連接設(shè)置，所述驅(qū)動三極管42與外界繼電器電連接設(shè)置。在本實(shí)施例中，所述輸出電路40可以在所述微控制器30的控制作用下而輸出電信號從而通過所述外繼電器而調(diào)節(jié)所述待測部件的運(yùn)動速度。

請參閱圖7，是基于圖2所示的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)的速度檢測方法的流程框圖。所述速度檢測方法200具體包括如下步驟：

S1、激光成像組件利用激光獲取待測部件的激光圖像；

S2、數(shù)字信號處理器接收并處理所述激光圖像，并獲得所述待測部件的速度信息；

S3、基于所述速度信息調(diào)整速度開關(guān)的工作狀態(tài)。

具體地，在步驟S1中，所述激光成像組件利用激光成像技術(shù)實(shí)時獲取所述待測部件的激光圖像，并形成按照時間順序排列的圖像序列。

在步驟S2中，所述數(shù)字信號處理器對所述激光圖像的成像序列按照時間順序進(jìn)行對比分析處理，從而獲得所述待測部件的速度信息。

在步驟S3中，將所述速度信息與所述速度開關(guān)的預(yù)置速度進(jìn)行對比，并調(diào)整所述速度開關(guān)的工作狀態(tài)：

如果所述待測部件速度信息的小于所述速度開關(guān)的預(yù)置速度，則所述速度開關(guān)為打開狀態(tài)；

如果所述待測部件速度信息的大于所述速度開關(guān)的預(yù)置速度，則所述速度開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的基于激光成像技術(shù)的速度開關(guān)100和速度檢測方法200采用非接觸式激光成像技術(shù)，待測部件的直線運(yùn)動或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動均可以被監(jiān)測到，同時對待測部件的材質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)沒有特殊要求，因此極大的擴(kuò)展了速度開關(guān)在工業(yè)領(lǐng)域中的用途。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。