物体检测装置、物体检测方法以及存储介质与流程

1.本发明涉及在物体检测装置，尤其涉及一种物体检测装置、物体检测方法以及存储介质。


背景技术：

2.漫反射式物体检测器在工业上应用非常广泛，尤其是在自动化设备上，基本上可以说是每台都有，甚至一台设备上装有多个。漫反射式物体检测器的内部装有发射管，能对外发出检测光束，同时还装有接收管，用于接收外部物体反射回来的光束。
3.对于多接收管的检测器，其外观一般为长条形，带有成排的多个发射管和接收管，可用于判断一个较大的范围内是否存有物体。检测的大致工作原理为间断或持续给发射管通电，使其发出检测光束，同时检测接收管输出管脚的电压与设定的阈值电压进行比较，当检测器前出现物体时，发射管发出的检测光束将被物体反射到接收管内，使接收管的输出管脚电压达到阈值电压，此时检测器将判断检测到了物体并输出相应的信号。
4.从上述原理可知，传统漫反射式物体检测装置依赖反射光的强度来判定是否存在物体，而反射光的强度和三个因素有关，即检测装置到物体的距离、物体的反射率和物体的反射面积。反射光强度与这三个因素的关系为：对于同一物体而言距离检测装置越近则反射光就越强，物体表面反射率越高则反射光越强，物体反射面积越大则反射光越强。由于同时受到三个因素的影响，使得传统漫反射式物体检测装置在使用时具有很大的局限性，这些局限性包括：
5.①
无法检测与背景物体比较近的被测物体。当检测装置的可用范围内存在背景物体且与被测物体距离较近时，背景物体和被测物体都将反射检测光束，检测装置也将因为无法将被测物体和背景物体有效分离而不能正常工作。
6.②
无法可靠地在高反射率的背景中检测低反射率的物体。当背景的反射率明显高于被测物体时，即使被测物体距离检测装置明显比背景更近，也会因为被测物体的实际反射光强和背景相近而导致检测失败。
7.③
当物体体积较小时，能够反射的光线将比较有限，检测器可能会因此出现漏测。
8.④
无法设置有效检测距离和区域。由于检测装置不能判断被测物体相对检测装置的实际位置，故此也无法设定有效检测距离和区域。


技术实现要素：

9.为了克服现有技术的不足，本发明提出一种物体检测装置、物体检测方法以及存储介质，在发射管和接收管前设置凸透镜阵列，利用凸透镜阵列中的凸透镜生成平行光和汇聚反射的光，并根据发射管到临界接收管之间的距离信息对检测物体进行位置、尺寸检测，可有效解决传统检测方法不能精确划定检测区域，不能屏蔽检测区域外物体干扰，易受待检测物体反射率和背景反射率影响等问题，并可在检测物体的同时依据物体的尺寸对其进行筛选。
10.为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种物体检测装置，所述物体检测装置包括：凸透镜阵列、发射单元、接收单元以及中央处理单元，所述中央处理单元分别与所述发射单元、接收单元通信连接，所述凸透镜阵列包括并排设置的多个凸透镜，所述发射单元的多个发射管、接收单元的多个接收管间隔排列在所述凸透镜阵列的一侧，所述发射管逐个向所述凸透镜发射光线，光线被凸透镜汇聚为平行光束并射向被测物体，被物体反射的光线重新进入凸透镜，所述接收管接收所述凸透镜汇聚的反射光线，并将产生的检测信号发送给所述中央处理单元；所述中央处理单元接收所述检测信号，根据产生检测信号的接收管和发射光的发射管的相对位置信息计算出被测物体各部分到物体检测装置之间的距离从而确定所述被测物体的位置和所述被测物体的尺寸。
11.进一步地，所述凸透镜阵列中的各凸透镜的光心在同一直线上，各凸透镜主光轴相互平行且共面，发射单元和接收单元都设置在凸透镜阵列的同一侧，所述发射管的中轴和对应凸透镜的主光轴重合，接收管到凸透镜光心的距离等于凸透镜的焦距。
12.进一步地，所述发射单元还包括发射控制模块，所述发射控制模块分别与所述中央处理单元、发射管连接。
13.进一步地，所述接收单元还包括接收放大模块，所述接收放大模块分别与所述中央处理单元、接收管连接。
14.进一步地，所述根据产生检测信号的接收管和发射光的发射管的相对位置信息计算出所述被测物体到物体检测装置之间的距离从而确定所述被测物体的位置的步骤具体包括：获取当前正在发射光的发射管到所有所述接收管中接收到物体反射光线的接收管的最大距离差值，根据此距离差值计算出所述被测物体中位于所述正在发射光的发射管正前方的部分到所述正在发射光的发射管的距离，综合各个发射管的位置得到整个被测物体相对物体检测装置的位置和尺寸。
15.进一步地，获取当前正在发射光的发射管到所有所述接收管中接收到物体反射光线的接收管的最大距离差值的步骤具体包括：获取正在发射光的发射管的位置，在发射管的发射过程中逐一检查所述所有接收管，找出其中可接收到反射光线的部分，并逐一判定此部分接收管中每个接收管到所述正在发射光的发射管之间的距离，找出距离最远的接收管并得出其到所述正在发射光的发射管的距离数值。
16.进一步地，根据最大距离差值计算出位于正在发射光的发射管正前方的被测物体部分到所述的发射管的距离的步骤具体包括：获取所述发射管的中轴与物体形成的交点，根据所述最大距离差值、接收管到对应凸透镜主光轴的垂直距离以及所述凸透镜的焦距，通过透镜成像公式得出所述交点到所述正在发射光的发射管对应凸透镜光心的距离。
17.进一步地，确定所述被测物体的位置和所述被测物体的尺寸的步骤之后还包括：根据所述位置和尺寸筛选出在设定范围内的被测物体并输出对应的控制信号，忽略在设定范围以外或尺寸不符的物体。
18.基于相同的发明构思，本发明还提出一种物体检测方法，所述物体检测方法应用于如上所述的物体检测装置，所述物体检测方法包括：s101：控制发射单元中的发射管逐个向被测物体发射光线，通过所述接收管接收所述被测物体反射的光，并将所述接收管产生的检测信号发送给中央处理单元；s102：控制所述中央处理单元接收所述检测信号，根据产生的检测信号的接收管和发射光的发射管的位置信息确定到所述被测物体的位置和所述
被测物体的尺寸。
19.基于相同的发明构思，本发明又提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序数据，所述程序数据被用于执行如上所述的物体检测方法。
20.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：在发射管和接收管前设置凸透镜阵列，巧妙利用判断临界接收管相对发射管位置的方法，将物体某个部分到检测装置距离这个不可直接测量的数值转变成某接收管到正在发射光的发射管距离这个可知数据，继而得到整个被测物体的位置和尺寸。这种检测方法具有不受被测物体大小、反射率和背景反射率的影响，有检测可靠性高、可精确划定有效检测范围，可依据物体的尺寸检测和筛选物体等优点。
附图说明
21.图1为本发明物体检测装置一实施例的流程图；
22.图2为本发明物体检测装置另一实施例的结构图；
23.图3为本发明物体检测装置中物体检测装置一实施例的示意图；
24.图4为本发明物体检测方法一实施例的流程图；
25.图5为计算机可读存储介质一实施例的结构图。
具体实施方式
26.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，通常在此处附图中描述和示出的各本公开实施例在不冲突的前提下，可相互组合，其中的结构部件或功能模块可以以各种不同的配制来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
27.请参阅图1至图3，其中，图1为本发明物体检测装置一实施例的流程图；
28.图2为本发明物体检测装置另一实施例的结构图；图3为本发明物体检测装置中物体检测装置一实施例的示意图。结合图1至图3对本发明的物体检测装置作详细说明。
29.在本实施例中，物体检测装置包括：凸透镜阵列、发射单元、接收单元以及中央处理单元，中央处理单元分别与发射单元、接收单元通信连接，凸透镜阵列包括并排设置的多个凸透镜，凸透镜阵列包括并排设置的多个凸透镜，发射单元的多个发射管、接收单元的多个接收管间隔排列在凸透镜阵列的一侧，发射管逐个向凸透镜发射光线，光线被凸透镜汇聚为平行光束并射向被测物体，被物体反射的光线重新进入凸透镜，接收管接收凸透镜汇聚的反射光线，并将产生的检测信号发送给中央处理单元；中央处理单元接收所述检测信号，根据产生检测信号的接收管和发射光的发射管的相对位置信息计算出被测物体各部分到物体检测装置之间的距离从而确定被测物体的位置和被测物体的尺寸。
30.在本实施例中，凸透镜阵列中的各凸透镜的光心在同一直线上，各凸透镜主光轴
相互平行且共面，发射单元和接收单元都设置在凸透镜阵列的同一侧，发射管的中轴和对应凸透镜的主光轴重合，接收管到凸透镜光心的距离等于凸透镜的焦距。
31.发射单元还包括发射控制模块，发射控制模块分别与中央处理单元、发射管连接。接收单元还包括接收放大模块，接收放大模块分别与中央处理单元、接收管连接。
32.在一个实施例中，所有的发射管与同一个发射控制模块连接，所有的接收管与同一个接收放大模块连接，发射管的数量比与接收管的数量少1个。
33.在本实施例中，将一个凸透镜、位于凸透镜后方的发射管以及发射管旁的接收管定义为一个探测单元，通过各个探测单元对被测物体进行检测。
34.在一个具体的实施例中，发射控制模块轮流驱动发射管发射检测光脉冲，与此同时，所有接收管都同时试图接收被物体反射回来的光线。当检测装置前未放置被测物体时，所有接收管都无法接收到反射光线，此时中央处理单元认定被测物体不存在。
35.在物体检测装置前存在被测物体时，根据产生检测信号的接收管和发射光的发射管的相对位置信息计算出被测物体到物体检测装置之间的距离从而确定被测物体的位置的步骤具体包括：获取当前正在发射光的发射管到所有接收管中接收到物体反射光线的接收管的最大距离差值，根据此距离差值计算出被测物体中位于正在发射光的发射管正前方的部分到正在发射光的发射管的距离，综合各个发射管的位置得到整个被测物体相对物体检测装置的位置和尺寸。
36.其中，获取当前正在发射光的发射管到所有接收管中接收到物体反射光线的接收管的最大距离差值的步骤具体包括：获取正在发射光的发射管的位置，在发射管的发射过程中逐一检查所有接收管，找出其中可接收到反射光线的部分，并逐一判定此部分接收管中每个接收管到正在发射光的发射管之间的距离，找出距离最远的接收管并得出其到所述正在发射光的发射管的距离数值。
37.根据最大距离差值计算出位于正在发射光的发射管正前方的被测物体部分到的发射管的距离的步骤具体包括：获取发射管的中轴与物体形成的交点，根据最大距离差值、接收管到对应凸透镜主光轴的垂直距离以及凸透镜的焦距，通过透镜成像公式得出交点到所述发射管对应凸透镜光心的距离，该距离即为位于正在发射的发射管正前方的被测物体部分到的发射管的距离。
38.下面结合图3对被测物体的检测过程做进一步说明。
39.当检测装置前放置了被测物体，部分发射管发出的检测光线将必定被测物体漫反射回检测装置。(为简化说明过程，以下仅讨论物体位于图中靠左位置时，使用物体右侧的探测单元中接收管接收反射光线并参与计算的情况，实际上物体左侧的探测单元中接收管也可用于接收反射光线和参与计算。)假设物体位于第k探测单元的正前方，且第k探测单元的凸透镜主光轴与物体交于a点，则当a点受到来自第k探测单元中的发射管发出并经凸透镜汇聚的平行光束照射时，从物体a点漫反射出的光线将掉头射向检测装置。不过由于探测单元中凸透镜的汇聚作用，整个检测装置中，只有部分探测单元中的接收管可以接收到漫反射光线。
40.假设a点距离凸透镜光心的垂直距离为h，a点距离某凸透镜主光轴的距离为l，a点在凸透镜后的成像点为a点，且a点距离凸透镜光心的距离为h，a点到距离凸透镜主光轴的距离为l。那么当凸透镜的焦距f比较小，而a点到凸透镜光心的垂直距离h远大于2倍f时，根
据透镜成像规律，可以得到：
41.h近似等于透镜的焦距f，且h、l、h、l数值之间的关系满足公式：
42.h/l＝h/l
43.假如每个探测单元中的接收器都安装在距离本探测单元凸透镜光心水平距离为l垂直距离为f的位置上的话，那么只有满足上述公式的探测单元内的接收器才能收到被测物体a点上的反射光线。上述只讨论了物体上一个点的反射情况，实际上由于发射管发出的平行光束有一定的宽度，而接收管的受光面也有一定的宽度，所以当第k探测单元向被测物体的发出检测光束时，在接收管阵列中总有相邻的若干个接收管可以同时接收到物体反射回来的光线。
44.假如在一次检测过程中，当k发射单元向a点发出检测光束时，接收放大模块能从第k m探测单元中的接收管中收到反射光线，而相邻的第k m 1探测单元中的接收管没有接收到反射光线(此时可将第k m探测单元的接收管称为临界接收管)。而且假定第k m探测单元的凸透镜的主光轴到a点(也即k探测单元的凸透镜主光轴)的水平距离为l，主光轴到第k m探测单元接收管受光面边缘的距离为l，则由上面的分析可得到a点到第k探测单元凸透镜光心的垂直距离h＝l*l/h≈l*l/f。由于公式中l和f都是已知的固定值，而l可以由探测单元k和探测单元k m的相对位置获得，所以h可以通过上述公式计算得到，从而获取物体检测装置到被测物体a点的距离。
45.根据物体a点反射光线得到的最大距离差值、接收管到对应凸透镜主光轴的垂直距离以及凸透镜的焦距，在得出物体a点到探测装置的距离步骤之后还包括：控制发射管沿排列顺序逐一发射光，根据不同发射管发射光时各个接收管所接收到的反射光的变化信息确定被测物体表面一系列点到探测装置的距离，从而确定被测物体的相对于探测装置的位置以及被测物体的尺寸。
46.具体的，发射管的一轮扫描发射过程获取最初检测到被测物体时，发射光的发射管的位置以及最后一次检测到被测物体时，发射光的发射管的位置，根据该这两个位置的差可确定被测物体在探测装置上的投影长度，再根据物体上不同点到物体探测装置的距离可计算出被测物体的尺寸。该尺寸可以为被测物体的宽度、长度以及其他尺寸信息，具体的信息可根据物体检测装置相对于被测物体的设置方式进行确定。
47.其中，确定被测物体的位置和所述被测物体的尺寸的步骤之后还包括：根据位置和尺寸筛选出在设定范围内的被测物体并输出对应的控制信号，忽略在设定范围以外的物体。
48.在一个具体的实施例中，实际使用中，中央处理单元在一个检测轮中通过发射管控制模块逐一驱动探测单元中的发射管发射出检测光脉冲，再在每次光脉冲发射过程中通过接收管放大模块找出处于临界接收状态的探测单元中的接收管，就可通过计算得出所有正在发射光的探测单元正前方的被测物体部分到该探测单元的垂直距离。只要当检测到的物体距离大于预设值时直接予以忽略，就能实现屏蔽背景物体和忽略有效区域外物体干扰检测的目的。利用相同原理也可实现测量物体尺寸或按预设尺寸筛选物体的功能。
49.有益效果：本发明物体检测装置在发射管和接收管前设置凸透镜阵列，巧妙利用判断临界接收管相对发射管位置的方法，将物体某个部分到检测装置距离这个不可直接测量的数值转变成某接收管到正在发射光的发射管距离这个可知数据，继而得到整个被测物
体的位置和尺寸。这种检测方法具有不受被测物体大小、反射率和背景反射率的影响，有检测可靠性高、可精确划定有效检测范围，可依据物体的尺寸检测和筛选物体等优点。
50.基于相同的发明构思，本发明还提出一种物体检测方法，请参阅图4，图4为本发明物体检测方法一实施例的流程图，结合图4对本发明的物体检测方法进行说明。
51.在本实施例中，物体检测方法应用于如上所述的物体检测装置，物体检测方法包括：
52.s101：控制发射单元中的发射管逐个向被测物体发射光线，通过接收管接收被测物体反射的光，并将接收管产生的检测信号发送给中央处理单元。
53.s102：控制中央处理单元接收检测信号，根据产生的检测信号的接收管和发射光的发射管的位置信息确定到被测物体的位置和被测物体的尺寸。
54.其中，物体检测装置执行上述物体检测方法检测被测物体的具体过程已经在上述实施例进行描述，在此不作赘述。
55.基于相同的发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，请参阅图5，图5为本发明计算机可读存储介质一实施例的结构图，结合5对本发明的计算机可读存储介质进行说明。
56.在本实施例中，计算机可读存储介质存储有程序数据，该程序数据被用于执行如上述实施例所述的物体检测方法。
57.其中，计算机可读存储介质可包括，但不限于，软盘、光盘、cd-rom(紧致盘-只读存储器)、磁光盘、rom(只读存储器)、ram(随机存取存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器)、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。该计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备的产品，也可以是已接入计算机设备使用的部件。
58.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。