CN112034525B - 一种无需同步的对射光幕、检测***以及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需同步的对射光幕、检测***以及对射光幕的检测方法，所述对射光幕包括发射器和接收器；所述发射器包括至少一个发射管以及控制电路，所述发射管与所述控制电路连接，所述发射器通过所述控制电路控制所述发射管发出光脉冲信号；其中，所述光脉冲信信号包括：所述发射管的组地址数据以及所述发射管的组内编号数据；所述接收器包括至少一个接收管，与接收管连接的数据处理单元以及与所述数据处理单元连接的中央处理单元，所述接收器通过所述接收管接收所述光脉冲信号。本发明能够弥补传统光幕必须使用信号线或者特殊光轴来保证同步而导致的缺陷。

Description

一种无需同步的对射光幕、检测***以及检测方法

技术领域

本发明涉及工业检测技术领域，特别是涉及一种无需同步的对射光幕、检测***以及对射光幕的检测方法。

背景技术

对射光幕是一种用于检测是否有物体进入了特定区域的设备，它广泛应用于工业生产领域的各种机械设备上。它的用途包括检测是否有人体进入或肢体伸入了危险区域，检测传送装置上的工件是否到达了预定位置，测量物体的外形尺寸等。对射光幕通常由一个发射器和一个接收器组成，两者对向安装在检测区域的两端。对射光幕中发射器内装有成排多个发射管，能发出多个探测光束，接收器内则装有多个的接收管，每个接收管对应发射器中的一个发射管，能不断接收发射管发出的探测光束。当有物体进入检测区域时，必将阻断部分探测光束的接收，接收器在发现有探测光束被阻断后会立即将阻断状态发送给设备主机，由主机按预定程序做出反应动作。

对射光幕通过探测光束来检测物体，探测光束由发射器中的发射管发出并由接收器中的接收管接收。一般而言发射器中的发射管和接收器中的接收管是一一对应的，业内常将一对相互对应的发射管和接收管构成发射接收组合称为一个光轴。要能准确检测到物体，接收管就必须能准确判断出是否能接收到处于同一光轴中的发射管发出的光束，从而判断出此光轴是否被阻断，从而知道光轴上是否存在物体。不过由于发射器中的发射管有一定的发散角，所以一个接收管可能会收到来自其它光轴的发射管发出的光束，为避免这样的影响，对射光幕中的发射管和接收管通常设计为轮流方式(也称作扫描方式)工作，也即在同一时刻最多只有1个发射管处于发射状态，与此同时，同一光轴上的接收管也会进入接收状态，这样能够很好地解决一个接收管会收到多个光轴发射管发出的探测光束的问题。业内常将所有发射管都发射过一次的工作循环称作一个扫描周期。为保证这种扫描工作方式能正常运转，发射器和接收器之间就必须要有某种同步机制，以保证发射接收器双方能同时启动处于同一光轴上的发射管和接收管。依据同步机制的差异，市面常见的对射光幕大致可分为线同步和光同步两大类。

对于现有线同步技术，由于需要在在发射器和接收器之间设置的一条通信线来实现同步，这种同步方式不但加大了产品布线的难度，而且同步线容易受到使用现场的各种机电设备发出的电磁干扰的影响而导致同步失败等。

对于现有光同步技术，虽然可以很好地避免线同步方式的固有缺陷，但局限性依然存在，那就是它存在一个特殊的同步光轴，这个光轴如果被物体遮挡，发收双方就会立即失去同步能力，导致所有光轴都无法正常收发。

发明内容

本发明的目的是：提出一种无需同步的对射光幕、检测***以及对射光幕的检测方法，能够弥补传统光幕必须使用信号线或者特殊光轴来保证同步而导致的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无需同步的对射光幕，所述对射光幕包括发射器和接收器；所述发射器包括至少一个发射管以及控制电路，所述发射管与所述控制电路连接，所述发射器通过所述控制电路控制所述发射管发出光脉冲信号；其中，所述光脉冲信号包括：所述发射管的组地址数据以及所述发射管的组内编号数据；所述接收器包括至少一个接收管，与接收管连接的数据处理单元以及与所述数据处理单元连接的中央处理单元，所述接收器通过所述接收管接收所述光脉冲信号；所述对射光幕的工作方式为：通过与所述接收管连接的所述数据处理单元验证所述光脉冲信号中的组地址数据和组内编号数据与所述接收管自身的组地址数据和组内编号数据是否都相同，若是，则所述数据处理单元认定所述接收管接收成功，并将接收成功信息上传至所述中央处理单元；若否，则所述接收管重新接收光脉冲信号。

进一步地，所述发射管与所述接收管的数量相同，且一一对应。

进一步地，所述组地址数据和所述组内编号数据的编码方式包括：RZ、NRZ、NRZI、Manchester编码方式。

进一步地，所述数据处理单元的数量少于或等于所述接收管的数量。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种对射光幕检测***，所述检测***包括传送装置、如权利要求1－4任一所述的对射光幕，所述传送装置用于将物体送入检测区域，所述对射光幕设置在所述检测区域外侧，用于检测所述物体是否进入检测区域。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种对射光幕的检测方法，所述检测方法应用于如权利要求1－5任一项的对射光幕，所述检测方法包括：根据所述对射光幕中的发射管或接收管数量对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组；

所述发射管的发射过程如下：

S101、第1组发射管开始发射，组内所有发射管先共同发射组地址数据，再逐个发射管单独发射组内编号数据，发射组内编号数据时组内各个发射管的发射时间是相互错开的；

S102、暂停一段时间后第2组发射管开始发射，方式和第1组的相同；

S103、如此类推，直到所有组的发射完成，至此，本扫描周期的发射全部结束；

S104、暂停一段时间后跳回S101开始下一个扫描周期的发射工作；

所述接收管的接收过程如下：

S201、每个接收管都与数据处理单元相连，数据处理单元总在不停判断接收管是否收到了包含有接收管自身组地址数据的光脉冲；

S202、数据处理单元一旦判定接收管成功接收到符合自身组地址数据的光脉冲信号，就将立即进入判断是否收到符合该接收管自身组内编号数据的光脉冲信号；如果在第一时间阈值内能接收到，数据处理单元就会认定此接收管接收成功，并将接收成功信息上报到接收器的中央处理单元；如果第一时间阈值内未能收到，则返回S201重新接收组地址数据的光脉冲信号；

S203、中央处理单元总在不停检查是否有任何接收管出现停止上报接收成功信息的时间超过一个扫描周期，如果有则判定该接收管被遮挡。

进一步地，所述组地址数据和所述组内编号数据的编码方式包括：RZ、NRZ、NRZI、Manchester编码方式。

进一步地，所述第一时间阈值根据所述组地址数据和所述组内编号数据选择的编码方式所需解码时间确定。

进一步地，对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组具体方法为：根据发射器中发射管的数量或接收器中接收管的数量对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组，两者的分组数量完全一致，且同一个组内发射管与接收管的数量相同，且位置一一对应。

本发明实施例中的一种无需同步的对射光幕、检测***以及对射光幕的检测方法与现有技术相比，其有益效果在于：通过与所述接收管连接的所述数据处理单元验证所述光脉冲信号中的组地址数据和组内编号数据与所述接收管自身的组地址数据和组内编号数据是否都相同，若是，则所述数据处理单元认定所述接收管接收成功，并将接收成功信息上传至所述中央处理单元；若否，则所述接收管重新接收光脉冲信号。本发明能够免除传统光幕中收发双方对同步机制的需求，弥补了传统光幕必须使用信号线或者特殊光轴来保证收发双方同步而导致的缺陷。

附图说明

图1为本发明第一实施例的一种无需同步的对射光幕的结构示意图；

图2为本发明第三实施例的一种对射光幕的检测方法中的发射器工作流程示意图；

图3为本发明第三实施例的一种对射光幕的检测方法中的接收器工作流程示意图；

图4为现有技术中传统对射光幕工作原理示意图；

图5为本发明中对射光幕工作原理示意图。

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的实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明第一实施例：

请参阅图1，本发明实施例的一种无需同步的对射光幕，所述对射光幕包括发射器和接收器；所述发射器包括至少一个发射管以及控制电路，所述发射管与所述控制电路连接，所述发射器通过所述控制电路控制所述发射管发出光脉冲信号；其中，所述光脉冲信号包括：所述发射管的组地址数据以及所述发射管的组内编号数据；所述接收器包括至少一个接收管，与接收管连接的数据处理单元以及与所述数据处理单元连接的中央处理单元，所述接收器通过所述接收管接收所述光脉冲信号；所述对射光幕的工作方式为：通过与所述接收管连接的所述数据处理单元验证所述光脉冲信号中的组地址数据和组内编号数据与所述接收管自身的组地址数据和组内编号数据是否都相同，若是，则所述数据处理单元认定所述接收管接收成功，并将接收成功信息上传至所述中央处理单元；若否，则所述接收管重新接收光脉冲信号。

需要说明的是，一对相互对应的发射管和接收管构成发射接收组合称为一个光轴。

需要说明的是，在本实施例中，可以通过单个控制电路控制所有的发射管，也可以通过单个控制电路控制部分发射管，还可以将每个控制电路与不同的发射管连接，并通过处理器、控制器以及其它设备控制发射管发出光脉冲信号。

在本发明的某一个实施例中，所述发射管与所述接收管的数量相同，且一一对应。

在本发明的某一个实施例中，所述组地址数据和所述组内编号数据的编码方式包括：RZ、NRZ、NRZI、Manchester编码方式。

在本发明的某一个实施例中，所述数据处理单元的数量少于或等于所述接收管的数量。

需要说明的是，发射组地址数据和组内编号数据时，可以使用多种编码方式，可用的编码方式包括但不限于RZ、NRZ、NRZI、Manchester等，也可以用自定义的其它编码方式，而且发射组地址数据和组内编号数据时既可以选用相同的编码方式也可以使用不同的，具体选用哪种可依据光幕本身的电路特性来决定。为了防止接收管在受到外部环境干扰时收到错误数据，在编码时还可以适当加入一些冗余数据或者校验数据。

需要说明的是，分组方式也可以依据实际需要而定，同一个组内的光轴并不一定需要相邻，另外不同组内的光轴数量也不一定需要相等(比如在光幕的总光轴数不能被组内光轴数量整除时)，发射器也可以按任意的组顺序来发射。

本发明实施例一种无需同步的对射光幕与现有技术相比，其有益效果在于：通过与所述接收管连接的所述数据处理单元验证所述光脉冲信号中的组地址数据和组内编号数据与所述接收管自身的组地址数据和组内编号数据是否都相同，若是，则所述数据处理单元认定所述接收管接收成功，并将接收成功信息上传至所述中央处理单元；若否，则所述接收管重新接收光脉冲信号。本发明能够免除传统光幕中收发双方对同步机制的需求，弥补了传统光幕必须使用信号线或者特殊光轴来保证收发双方同步而导致的缺陷。

本发明第二实施例，

本发明实施例还提供了一种对射光幕检测***，所述检测***包括传送装置、如权利要求1－4任一所述的对射光幕，所述传送装置用于将物体送入检测区域，所述对射光幕设置在所述检测区域外侧，用于检测所述物体是否进入检测区域。

本发明实施例一种对射光幕检测***与现有技术相比，其有益效果在于：通过与所述接收管连接的所述数据处理单元验证所述光脉冲信号中的组地址数据和组内编号数据与所述接收管自身的组地址数据和组内编号数据是否都相同，若是，则所述数据处理单元认定所述接收管接收成功，并将接收成功信息上传至所述中央处理单元；若否，则所述接收管重新接收光脉冲信号。本发明能够免除传统光幕中收发双方对同步机制的需求，弥补了传统光幕必须使用信号线或者特殊光轴来保证收发双方同步而导致的缺陷。

本发明第三实施例：

请参阅图2－图5，本发明实施例还提供了一种对射光幕的检测方法，所述检测方法应用于如权利要求1－5任一项的对射光幕，所述检测方法包括：根据所述对射光幕中的发射管或接收管数量对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组；所述发射管的发射过程如下：

S101、第1组发射管开始发射，组内所有发射管先共同发射组地址数据，再逐个发射管单独发射组内编号数据，发射组内编号数据时组内各个发射管的发射时间是相互错开的；

S102、暂停一段时间后第2组发射管开始发射，方式和第1组的相同；

S103、如此类推，直到所有组的发射完成，至此，本扫描周期的发射全部结束；

S104、暂停一段时间后跳回S101开始下一个扫描周期的发射工作；

所述接收管的接收过程如下：

S201.每个接收管都与数据处理单元相连，数据处理单元总在不停判断接收管是否收到了包含有接收管自身组地址数据的光脉冲信号；

S202、数据处理单元一旦判定接收管成功接收到符合自身组地址数据的光脉冲信号，就将立即进入判断是否收到符合该接收管自身组内编号数据的光脉冲信号；如果在第一时间阈值内能接收到，数据处理单元就会认定此接收管接收成功，并将接收成功信息上报到接收器的中央处理单元；如果第一时间阈值内未能收到，则返回S201重新接收组地址数据的光脉冲信号；

S203、中央处理单元总在不停检查是否有任何接收管出现停止上报接收成功信息的时间超过一个扫描周期，如果有则判定该接收管被遮挡。

需要说明的是，在本实施例中，将每个组的光轴设为了4个，而实际上组内光轴数量可以为任意多个，只是当组内光轴数量较多时，同时处于发射状态的发射管就会增加，这样会增大光幕发射器的突发功率，加大电源***的供电压力；而当组内光轴数量较少时，组的数量就会增多，组地址数据也必然变长，另外由于每个组都需要发射组地址数据，所以整体的扫描周期就会拉长，这样必然削弱光幕检测的实时性。合理的组内光轴数量可设在2～8个光轴之间。在极限条件下，当组内的光轴数量减少到1个时，相当于每个光轴都有了独立的地址，此时也不再需要组内编号数据。

在本发明的某一个实施例中，所述组地址数据和所述组内编号数据的编码方式包括：RZ、NRZ、NRZI、Manchester编码方式。

在本发明的某一个实施例中，所述第一时间阈值根据所述组地址数据和所述组内编号数据选择的编码方式所需解码时间确定。

在本发明的某一个实施例中，对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组具体方法为：根据发射器中发射管的数量或接收器中接收管的数量对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组，两者的分组数量完全一致，且同一个组内发射管与接收管的数量相同，且位置一一对应。

为了突出本发明所用的检测方法与传统光幕检测方法上的差异，以下针对传统光幕检测方法的工作原理做出说明：

对射光幕由发射器和接收器两部分组成，发射器上有若干个发射管，接收器上则有相同数量的接收管，两者一一相对，对应的发射管和接收管构成一个光轴。实际产品的光轴数量和密度是依使用需要而定，并不总和示意图上的一致。假设光幕的以第1光轴作为同步光轴，而且光幕以一次发收的脉冲数量与其它光轴不同的方式来区别同步光轴和其它光轴，具体假定为同步光轴发收的脉冲数为7个，其它光轴为3个，扫描顺序定为从第1号发射管开始按管序号扫描。

发射器的工作流程如下：

S301、发射器驱动第1号发射管发射出7个光脉冲；

S302、暂停一段时间后驱动第2号发射管发射出3个光脉冲；

S303、如此类推，直到所有的12个发射管均完成发射，至此，本周期的发射全部结束；

S304、暂停一段时间后跳回S301开始下一个扫描周期的发射工作。

接收器的工作流程如下：

S401、接收器启动第1号接收管开始接收，并尝试接收到连续7个光脉冲，直到接收成功；

S402、以第1号接收管成功接收到7个光脉冲为时间基准，在发射器驱动各个发射管发射的窗口时间内启动对应的接收管试图接收发射器发出的光脉冲；

S403、检查上面的各个接收管是否都能如数收到所有的光脉冲；

S404、如果所有接收管都接收成功，则说明发射器和接收器之间没有检测到物体，否则判定为检测到物体；

S405、在预计发射器即将开始下一扫描周期的发射前跳回S401开始下一周期的接收工作。

从以上的工作流程可以看出，传统的光同步光幕总以特殊的同步光轴作为发收过程的同步基础，如果同步光轴被遮挡，光幕就只能始终停留在不断试图接收同步脉冲的状态，其它光轴也将无法继续工作。这种必需同步光轴不被遮挡才能保证其它光轴正常工作的检测方式，使得传统的光同步光幕在很多应用场合都难以胜任，比如在需要多个光轴同时被遮挡才判断为检测到物体的场合，在用于测量物件具***置的场合，在用于测量工件尺寸的场合等等。与之相反，如使用本发明所提供的检测方法则可让对射光幕中的任何一个光轴都具有不依赖其它光轴而独立工作的能力，换言之，使用这种检测方法的光幕可在任意光轴被遮挡的情况下仍能准确判断出每个光轴是否被遮挡，从而弥补了传统检测方法的固有缺陷，大大增加了对射光幕的应用范围。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、模块和单元，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或模块可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无需同步的对射光幕，其特征在于，所述对射光幕包括发射器和接收器；

所述发射器包括至少一个发射管以及控制电路，所述发射管与所述控制电路连接，所述发射器通过所述控制电路控制所述发射管发出光脉冲信号；其中，所述光脉冲信号包括：所述发射管的组地址数据以及所述发射管的组内编号数据；

所述接收器包括至少一个接收管，与接收管连接的数据处理单元以及与所述数据处理单元连接的中央处理单元，所述接收器通过所述接收管接收所述光脉冲信号；

所述对射光幕的工作方式为：首先，根据所述对射光幕中的发射管或接收管数量对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组；其次，组内所有发射管先共同发射组地址数据，再逐个发射管单独发射组内编号数据，发射组内编号数据时组内各个发射管的发射时间是相互错开的；然后，通过与所述接收管连接的所述数据处理单元验证所述光脉冲信号中的组地址数据和组内编号数据与所述接收管自身的组地址数据和组内编号数据是否都相同，若是，则所述数据处理单元认定所述接收管接收成功，并将接收成功信息上传至所述中央处理单元；若否，则所述接收管重新接收光脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的对射光幕，其特征在于，所述发射管与所述接收管的数量相同，且一一对应。

3.根据权利要求1所述的对射光幕，其特征在于，所述组地址数据和所述组内编号数据的编码方式包括：RZ、NRZ、NRZI、Manchester编码方式。

4.根据权利要求1所述的对射光幕，其特征在于，所述数据处理单元的数量少于或等于所述接收管的数量。

5.一种对射光幕检测***，其特征在于，所述检测***包括传送装置、如权利要求1-4任一所述的对射光幕，所述传送装置用于将物体送入检测区域，所述对射光幕设置在所述检测区域外侧，用于检测所述物体是否进入检测区域。

6.一种对射光幕的检测方法，其特征在于，所述检测方法应用于如权利要求1-4任一项的对射光幕，所述检测方法包括：

根据所述对射光幕中的发射管或接收管数量对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组；

所述发射管的发射过程如下：

S101、第1组发射管开始发射，组内所有发射管先共同发射组地址数据，再逐个发射管单独发射组内编号数据，发射组内编号数据时组内各个发射管的发射时间是相互错开的；

S102、暂停一段时间后第2组发射管开始发射，方式和第1组的相同；

S103、如此类推，直到所有组的发射完成，至此，本扫描周期的发射全部结束；

S104、暂停一段时间后跳回S101开始下一个扫描周期的发射工作；

所述接收管的接收过程如下：

S201、每个接收管都与数据处理单元相连，数据处理单元总在不停判断接收管是否收到了包含有接收管自身组地址数据的光脉冲；

S202、数据处理单元一旦判定接收管成功接收到符合自身组地址数据的光脉冲信号，就将立即进入判断是否收到符合该接收管自身组内编号数据的光脉冲信号；如果在第一时间阈值内能接收到，数据处理单元就会认定此接收管接收成功，并将接收成功信息上报到接收器的中央处理单元；如果第一时间阈值内未能收到，则返回S201重新接收组地址数据的光脉冲信号；

S203、中央处理单元总在不停检查是否有任何接收管出现停止上报接收成功信息的时间超过一个扫描周期，如果有则判定该接收管被遮挡。

7.根据权利要求6所述的对射光幕的检测方法，其特征在于，所述组地址数据和所述组内编号数据的编码方式包括：RZ、NRZ、NRZI、Manchester编码方式。

8.根据权利要求6所述的对射光幕的检测方法，其特征在于，所述第一时间阈值根据所述组地址数据和所述组内编号数据选择的编码方式所需解码时间确定。

9.根据权利要求6所述的对射光幕的检测方法，其特征在于，对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组具体方法为：根据发射器中发射管的数量或接收器中接收管的数量对所述对射光幕的发射管和接收管进行分组，两者的分组数量完全一致，且同一个组内发射管与接收管的数量相同，且位置一一对应。

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