本發(fā)明涉及一種傳感器。具體地，是一種激光測距型巡邊傳感器。

背景技術(shù)：

1、確定工件邊緣位置，是國民經(jīng)濟(jì)多個領(lǐng)域的典型應(yīng)用需求。例如，在切割鋼板之前，需要確定待切割鋼板的邊緣位置，以便確定切割頭移動范圍，避免出界而產(chǎn)生廢品。另一方面，確定待切割鋼板的邊緣位置，還可以明確待切割鋼板的大小以及擺放的方位，放置出現(xiàn)切割方向偏差，提高切割加工精度以及智能化程度。

2、目前，可實(shí)現(xiàn)工件邊緣檢測的手段比較多。典型的邊緣檢測，是在設(shè)備上安裝多個測距傳感器，直接測量工件的邊緣距離，由此判斷工件邊緣位置與擺放方位。但是，這種方法存在明顯的弊端：其一，需要布置多個傳感器才能實(shí)現(xiàn)工件定位與方位檢測，成本高、系統(tǒng)復(fù)雜；其二，傳感器只能固定安裝于機(jī)床設(shè)備之上，也只能檢測靠近的工件邊緣，無法檢測遠(yuǎn)離傳感器的工件邊緣既方位，使用比較受限。

3、為此，行業(yè)逐漸提出“巡邊”的概念。即，采用一個測距傳感器直接安裝于工具頭（例如激光切割頭）之上，隨著工具頭一同移動。在移動過程中，測距傳感器不斷采集工具頭與工件之間的距離。當(dāng)?shù)竭_(dá)工件邊緣時，距離值發(fā)生快速跳變，通過控制器的數(shù)據(jù)處理，可以得出邊緣信息。這種方法的優(yōu)勢在于，僅需使用一個傳感器即可實(shí)現(xiàn)巡邊功能，費(fèi)用最低，最為簡單。采用的測距傳感器也是多種多樣，包括激光傳感器、電容傳感器、電感傳感器、渦流傳感器、超聲傳感器以及光電開關(guān)等。其中，激光測距傳感器因具有光電小、精度高、速度快等優(yōu)勢，最為適合。

4、不過，采用測距傳感器進(jìn)行巡邊，存在一些固有問題和缺陷：其一，控制器需要連續(xù)不斷的讀取傳感器的測量值，當(dāng)通訊效率不高時，將導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)的頻率過低、時間滯后、無法快速捕捉工件的邊緣；其二，上位機(jī)控制器需要對高速采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過算法勢必得出邊緣信息，受算法優(yōu)劣與效率的影響，實(shí)際的巡邊效果大打折扣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有測距傳感器無法滿足巡邊要求的現(xiàn)狀，提出一種激光測距型巡邊傳感器及其方法。該巡邊傳感器采用一維光電器件為核心，將目標(biāo)的距離變化直接轉(zhuǎn)換為模擬或者數(shù)字信號輸出。當(dāng)?shù)竭_(dá)工件邊緣位置時，傳感器與工件之間的距離出現(xiàn)快速的斷崖式落差，通過電路處理，可以直接輸出工件邊緣位置信號。該巡邊傳感器一次性免除了上位機(jī)與傳感器之間的高速通訊與上位機(jī)邊緣計(jì)算的滯后弊端，具有速度快、無滯后的突出優(yōu)勢，而且節(jié)省了上位機(jī)的計(jì)算過程與成本支出，性價比極高。此外，本發(fā)明的巡邊傳感器仍然可以測量傳感器與工件之間的距離值，還可以根據(jù)距離值進(jìn)行設(shè)定，從而可以適應(yīng)不同高度工件的巡邊要求。該巡邊傳感器不僅性能穩(wěn)定可靠，體積小巧，而且組裝方便快捷，可以顯著提高生產(chǎn)效率與智能化程度，實(shí)現(xiàn)成本低、高性價比，具有廣泛的實(shí)用性和通用性。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提出的激光測距型巡邊傳感器的特征之處在于，所述的傳感器包括激光器、濾光片、成像鏡、光電器件、前置電路、控制電路、顯示器、邊緣電路，其中：

4、所述的激光器為工業(yè)級小型化激光器，可以在控制電路的控制之下產(chǎn)生測量所需的激光束，投向工件表面并形成激光光斑，也可以在控制電路的控制之下關(guān)閉激光；

5、所述的濾光片為窄帶濾光片，中心波長與激光器一致，用于濾除環(huán)境光的干擾，提高抗干擾能力；

6、所述的成像鏡為高性能工業(yè)級透鏡，將工件表面上的激光光斑成像到光電器件的敏感面上；

7、所述的光電器件為一維位置敏感器件，可以接受來自成像鏡的光束照射，并輸出與光束照射位置相關(guān)的電信號；

8、所述的前置電路是對光電器件的輸出電信號進(jìn)行預(yù)處理，提高抗干擾能力；光電器件輸出的電信號經(jīng)過前置電路之后一分為二：一路進(jìn)入控制電路，用于處理得到工件與傳感器之間的距離；另一路進(jìn)入邊緣電路，通過硬件處理識別工件邊緣的出現(xiàn)；

9、所述的控制電路為以微處理器為核心的測控電路，具有四個方面的工作：一是控制激光器，根據(jù)需要發(fā)射激光或者關(guān)閉激光；二是接收來自前置電路的電信號，獲取傳感器與工件表面的距離；三是對邊緣電路進(jìn)行設(shè)定，以適應(yīng)不同工件高度變化和不同的跌落幅度需求；四是接受來自上位機(jī)的指令，對傳感器進(jìn)行相關(guān)的操作；

10、所述的顯示器為工業(yè)級數(shù)碼顯示器，可以顯示傳感器工作狀態(tài)和相關(guān)信息；

11、所述的邊緣電路是直接采集前置電路的輸出電信號，通過硬件處理識別工件表面的斷崖式跌落特征，從而獲得工件的邊緣信號，并直接輸出到上位機(jī)；此外，所述的邊緣電路可以接受來自控制電路的閾值設(shè)置，以適應(yīng)不同工件高度變化和不同的跌落幅度需求。

12、本發(fā)明的激光測距型巡邊傳感器的工作過程如下；由激光器發(fā)出的激光束投向工件的表面并形成一個激光光斑，該激光光斑由成像鏡成像到光電器件的敏感面上。光電器件輸出的電信號經(jīng)過前置電路之后，一分為二：一路進(jìn)入控制電路，用于處理得到工件與傳感器之間的距離，并通過顯示器予以顯示；另一路進(jìn)入邊緣電路，通過硬件處理，識別工件邊緣的出現(xiàn)。在切割頭帶動巡邊傳感器移動過程中，如果激光光斑一直處于工件表面區(qū)域，則控制電路連續(xù)獲得傳感器與工件之間的距離值，并通過顯示器顯示該距離值，而邊緣電路沒有任何信號輸出。當(dāng)激光光斑到達(dá)工件邊緣處時，而邊緣電路立即識別出斷崖式跌落特征，進(jìn)而快速輸出邊緣信號到上位機(jī)。

13、本發(fā)明的激光測距型巡邊傳感器的特征還在于，所述的邊緣電路由微分電路、濾波電路、閾值電路、整形電路、通訊電路、電源電路組成；微分電路用于將來自前置電路的代表工件表面距離的電信號進(jìn)行微分計(jì)算，以識別工件邊緣產(chǎn)生的斷崖式跌落特征；濾波電路用于濾除微分信號的小幅波動，克服工件表面不平整所帶來的小幅抖動；閾值電路用于根據(jù)控制電路的設(shè)定參數(shù)，選擇輸出邊緣信號的幅度閾值，以便增強(qiáng)巡邊的智能化程度和通用性；整形電路用于對經(jīng)過閾值電路的電信號進(jìn)行整形，以便達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)通訊的要求；通訊電路用于邊緣電路與上位機(jī)之間傳輸邊緣信號的接口；電源電路為所有電路提供能源及電平基準(zhǔn)。

14、本發(fā)明提出一種基于上述的激光測距型巡邊傳感器的邊緣信號提取方法，具體如下：

15、（1）打開激光器，向工件表面投射激光并形成光斑，該光斑經(jīng)過成像鏡投向光電器件的敏感面；

16、（2）光電器件產(chǎn)生與光斑位置相關(guān)的電信號，并送入前置電路；

17、（3）前置電路產(chǎn)生的電信號一分為二，一路送入控制電路，另一路送入邊緣電路；

18、（4）控制電路對來自前置電路的電信號進(jìn)行處理，得出傳感器與工件的距離值，送入顯示器進(jìn)行顯示；

19、（5）邊緣電路對來自前置電路的電信號進(jìn)行微分處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)到達(dá)邊緣時，距離出現(xiàn)斷崖式跌落或是上升特征，微分電路自動產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)過整形電路的整形之后，自動向上位機(jī)發(fā)出該邊緣信號；

20、（6）上位機(jī)可以向控制電路發(fā)出工作距離與跌落幅度等設(shè)置指令；

21、（7）控制電路接收到上位機(jī)指令之后，向邊緣電路發(fā)出閾值信號，從而調(diào)整閾值水平，抑制小幅波動及噪聲的干擾。