[發明專利]一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置

有效

• 申請號: 201810505306.0
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108761557B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 徐強;徐勝德;楊曉云;莊燕濱;查志琴;時翔;張鑫
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G01V8/20
• 分類號: G01V8/20
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

本發明公開了一種基于FPGA的交叉型光幕檢測裝置，光接收管分別與自帶運放的模擬比較器相連通，自帶運放的模擬比較器分別與FPGA相連通，每個光接收管接收所有紅外發射管發出的光脈沖，使用自帶運放的模擬比較器，同時實現微弱電信號的放大和模擬信號的數字化，利用FPGA同時接收、并行處理多路信號，實現微小運動物體的到位檢測。紅外發射管使用MOS管和距離三極管雙級控制，紅外發射管的驅動回路使用距離三極管進行功率電阻大小切換。本發明具有檢測精度高、數據處理速度快、抗干擾能力強、升級方便等特點，可用于各種工業惡劣環境，特別適用于冶金工業硅鋼薄板生產線，可對厚度小于1mm的微小高速運動物體實現到位檢測。

技術領域

本發明涉及一種對微小運動物體實現到位檢測的交叉型光幕系統，屬于光學計算設備領域。

背景技術

光幕是一種由上到下安裝一列紅外發射管、光接收管的同步對射式檢測裝置。普通光幕由發射器、接收器組成，發射器沿長度方向，每隔一定間距驅動一個紅外發射管發出一束紅外線，產生交流紅外光脈沖，接收器按照相同間距安排相同數量的光接收管。

在光幕實際工作環境中，發射器和接收器之間一般相距1～4m，由于光的散射效應，任何一個光接收管都會收到所有紅外發射管發出的光脈沖。普通光幕由于受到產品體積、成本以及主芯片處理能力的限制，接收器將收到的光信號轉換為微弱的電信號，用運算放大器將其放大，使用模擬多路開關采用時分復用方式將16路模擬信號合并成一路模擬信號，最后使用一片比較器將其轉換為數字信號后送給主芯片分析處理，判斷是否有通道被遮擋，從而實現物體到位檢測功能。

根據時分復用原理，光接收管必須在相同的時間片內接收相同位置紅外發射管發出的瞬時光脈沖，這就需要通過發射器和接收器之間的同步線或者無同步線時增加幀同步碼，從而保證光幕發射器和接收器雙方同步工作。

在冶金行業薄板生產廠家,需要對生產線上運行的薄板實現到位檢測，而硅鋼薄板厚度小于1mm,并且在運動過程中上下跳動。普通光幕按照同步對射式原理工作，受到紅外發射管、光接收管尺寸限制，在現有技術條件下，光軸間距最小為2mm，檢測物體尺寸必須在3mm以上，無法滿足硅鋼薄板生產要求。

授權公告號為CN 103453836 B的文獻中給出了“基于機器視覺及激光光幕車輛外輪廓尺寸測量系統與方法”，其通過多組光幕傳感器相配合，精確檢測行進車輛的高度尺寸、寬度尺寸等車輛特征。此方法使用光幕發射器和接收器的光軸間距為5mm～15mm，檢測精度不高，當檢測物體尺寸小于8mm時就無法檢測。

授權公告號為CN 103389039 B的文獻中給出了“一種基于FPGA和FPAA的高速高精度光幕檢測裝置”，其紅外發射管和光接收管不采用傳統光幕直線分布形式，而是采用雙列交錯平面分布，這樣克服了傳感器自身體積限制，提高測量精度。傳感器采用雙列交錯分布后，光軸間距為2.5mm，當檢測物體尺寸小于4mm時還是無法檢測。

在多篇論文中提出了各種基于FPGA或MCU的光幕檢測器設計方案，例如：

姜博,梁雁冰.基于FPGA的安全光幕的設計與實現[J].現代電子技術,2010,28(3):137-139.

林俊彬,唐露新,張智.基于雙MCU可故障檢測的安全光幕設計[J].單片機與嵌入式系統應用,2013,13(4):72-75.

論文中提出的光幕檢測器，分辨率為14mm，響應時間13ms。存在檢測精度不夠、響應速度較慢等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服普通光幕檢測精度不足的問題，提供一種數據處理速度高、系統響應速度快、可用于各種工業惡劣環境，特別適用于冶金工業硅鋼薄板生產線，可對厚度小于1mm的微小高速運動物體實現到位檢測的光幕系統。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：