專利名稱：擋風玻璃邊緣檢測傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測傳感器，特別是一種在對擋風玻璃進行自動拆卸和切割時使用的擋風玻璃邊緣檢測傳感器。
背景技術：
隨著中國汽車保有量的不斷增加，報廢汽車的回收再利用已經成為人們的共識。 國外在對報廢汽車進行處理時對擋風玻璃不進行拆解，這是由于廢汽車玻璃的經濟價值較低根本不足以補償人工成本。從中國的國情來看，盡心精細化拆解，充分提高報廢汽車的材料利用率是報廢汽車拆解與回收的發展方向。因此，需要對廢舊汽車車身上的非金屬零部件全部進行拆除，一方面提高車身上各類材料的利用率，另一方面也提高了廢舊汽車拆解后的廢鋼材的有效利用率。由于廢舊汽車的外形和參數各不相同，全部利用人工來進行拆除工作效率會很低。因此需要對工序簡單、勞動強度高的環節采用自動化方式進行作業。而報廢汽車的擋風玻璃的切割和拆除就屬于這種類型的工作。采用在工業機器人腕部安裝末端執行器來進行切割工作是目前的一個趨勢，但是廢舊汽車的擋風玻璃的形狀差異很大，如何快速確定擋風玻璃的切割路徑就成為一個需要解決的技術問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種擋風玻璃邊緣檢測傳感器，該傳感器是一種可更換的工業機器人執行器，工業機器人在末端執行器安裝該傳感器后，在廢舊汽車的前后擋風玻璃上進行自動跟蹤和循跡，可快速找到一條擋風玻璃的切割路徑，然后將該切割路徑的數據存入數據庫中，并最終控制工業機器人對廢舊汽車的擋風玻璃進行切割和拆除。為了解決上述的技術問題，本發明的技術方案是一種擋風玻璃邊緣檢測傳感器， 其包括行走檢測部，包括測針、壓蓋和限位觸盤，所述測針的頭部安裝有紅寶石觸頭，所述壓蓋、限位觸盤上下分布，測針從壓蓋、限位觸盤中穿出，在壓蓋、限位觸盤之間，所述測針上固定有測針觸盤，所述測針觸盤與限位觸盤之間通過下觸點接觸，所述測針觸盤與壓蓋底部之間設置有彈性機構，在測針向上運動測針觸盤與下觸點分離后，所述彈性機構可將測針觸盤與下觸點恢復接觸，所述測針觸盤與下觸點之間的接觸或分離產生的信號由信號處理部處理；邊緣檢測部，包括四組電感測頭，每組電感測頭之間相隔90°，所述電感測頭包括磁芯，所述磁芯外部安裝有線圈支架，所述線圈支架上安裝有電感線圈，電感線圈的信號由信號處理部處理；信號處理部，將行走檢測部、邊緣檢測部的信號經放大、電平轉換后傳送給單片機處理，并經輸出端口與外部控制系統連接。所述彈性機構為彈簧。所述行走檢測部還包括上觸頭，所述上觸頭設置在壓蓋底部上，其位于測針觸盤的上部。所述壓蓋上設置有通孔，通孔內安裝有滑套，所述上觸頭為釘狀，其設置在滑套內，在壓蓋底部上觸頭上設置有觸頭彈簧，所述觸頭彈簧通過觸頭螺母固定。所述上觸頭有三組，所述的三組上觸頭按120°的間隔分布在壓蓋底部。所述行走檢測部、邊緣檢測部設置在傳感器外殼內，傳感器外殼上部連接有連接套筒，所述信號處理部設置在連接套筒內；連接套筒的上部為法蘭結構，其側面設置有電纜接口。本發明的傳感器能夠協助工業機器人進行自動探測并獲取擋風玻璃邊緣位置數據。本發明在檢測原理上采用接觸和非接觸相結合的方法，通過一個裝有紅寶石測頭的測針來探測傳感器是否已經運動到擋風玻璃的表面，當工業機器人攜帶傳感器運動到擋風玻璃表面時，紅寶石頭接觸擋風玻璃表面以后，測針會向內輕微移動，從而使測針上的測針觸盤與傳感器的下觸頭斷開連接，從而使傳感器的信號處理部的單片機采集到該信號，并把該信號反饋給工業機器人的控制器，使工業機器人的末端停止向下運動。然后通過四個電感測頭來判斷傳感器沿著擋風玻璃表面的移動方向。本發明的工作原理是傳感器開始工作時，電感測頭的電感線圈與內部電路構成一個振蕩電路，當電感側頭運動到金屬表面時，該振蕩電路失去平衡并停止工作，從而觸發單片機采集該信號。通過四個電感測頭的信號狀態就可以判斷出傳感器是否位于擋風玻璃的邊緣位置。如果四個電感測頭全都檢測到金屬信號，說明傳感器已經運動到車身上，應當重新定位。如果四個電感測頭都沒有檢測到金屬信號，則說明傳感器完全位于擋風玻璃的表面上。如果有一個電感側頭檢測到金屬信號，而其它三個沒有檢測到金屬信號，則可以判斷傳感器正好位于擋風玻璃的邊緣處，此時工業機器人的控制器根據工業機器人的位姿數據計算出紅寶石測頭所在的坐標位置，并把該數據返回到上位計算機中。如果有相鄰的兩個電感測頭檢測到金屬信號，而另外兩個沒有，則說明傳感其位于擋風玻璃邊緣的轉角處，工業機器人的控制器一方面記錄傳感器的坐標位置，一方面調整傳感器的移動方向，保證傳感器始終沿著擋風玻璃的邊緣進行移動。本發明工作方式簡單，每次工作前不需要進行外部的起始位置或關鍵位置的標定；不需要復雜的軟件處理，不同于目前通用的光學原理或者坐標測量原理的輪廓檢測，需要通過專用的數據處理軟件進行復雜的處理和運算然后來求解輪廓數據，本發明所得到的數據經過簡單的處理就可以作為擋風玻璃切割用的軌跡數據。本發明所提供的裝置是作為工業機器人的末端執行器來進行設計和安裝的，便于與現有的工業機器人進行連接，操作起來十分簡便。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明傳感器外形結構圖。圖2為本發明傳感器整體剖分結構圖。圖3為本發明傳感器下部的剖分結構圖。圖4為本發明傳感器下部的剖面視圖。圖5為本發明檢測線圈的剖面視圖。圖6為本發明傳感器的電路原理框圖。圖7為本發明傳感器對擋風玻璃的邊緣進行探測時的工作原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明傳感器的整體外形圖，其中連接套筒2上部是標準的法蘭結構，用來和工業機器人的連接裝置進行連接。連接套筒2的側面有電纜接口 4，傳感器的工作電源和輸出信號都通過這個電纜接口 4與外部控制系統進行連接。圖2是傳感器的整體剖分結構圖。連接套筒2的內部通過上端蓋3裝有一個三層電路板10，與傳感器相關的信號處理，單片機電路都在這三塊電路板10上進行。連接套筒 2的下部通過螺栓孔與傳感器外殼1連接。傳感器內部主要由壓蓋9、限位觸盤8、測針7和電感測頭6組成。所述測針7的頭部安裝有紅寶石觸頭5，所述壓蓋9、限位觸盤8上下分布，測針7 從壓蓋9、限位觸盤8中穿出，在壓蓋9、限位觸盤8之間，所述測針7上固定有測針觸盤19， 所述測針觸盤19與限位觸盤8之間通過下觸點20接觸，所述測針觸盤19與壓蓋9底部之間設置有彈性機構12，在測針7向上運動測針觸盤19與下觸點20分離后，所述彈性機構 12可將測針觸盤19與下觸點20恢復接觸，所述測針觸盤19與下觸點20之間的接觸或分離產生的信號由信號處理部處理。其中電感測頭6共有4組，每一組之間成90度均勻分布，并按照一定角度向外傾斜布置。電感測頭6的結構如圖5所示，在磁芯22外部裝有一個工程塑料制成的線圈支架 21，然后在線圈支架上裝有漆包線繞制而成的電感線圈23。電感線圈23的信號由信號處理部處理。圖3是傳感器下部的剖分結構圖，從擋風玻璃邊緣檢測的角度可以分為兩個部分機械測量部分和電子測量部分。機械測量部分的結構如圖4所示，電子測量本分的原理如圖6所示。結合圖4可以說明傳感器機械部分的工作原理，當工業機器人帶動傳感器運動到擋風玻璃表面后，紅寶石觸頭5與玻璃表面接觸后，測針7向上運動，測針觸盤19與下觸頭20所形成的電路瞬間被切斷，信號處理部電路中的單片機采集到該信號后，將對應的數字信號上傳給工業機器人的控制器，然后工業機器人開始帶動傳感器沿著玻璃表面進行運動。由于擋風玻璃表面是弧形曲面，在運動過程中測針觸盤19會再次與下觸頭20接觸，這時傳感器的控制電路就會向工業機器人的控制器發送控制信號，使工業機器人帶動傳感器和測針7繼續向下移動。為了對測針觸盤19的運動區間有一個合理的限制，在傳感器內部測針觸盤19的上方還設置了上觸頭18，上觸頭18 —共有三組，按照120度的間隔均勻分布地布置在壓蓋上，在壓蓋上有三個通孔，每個通孔內安裝一個絕緣材料制成的滑套16，然后將上觸頭18放入滑套16內，在上觸頭18與壓蓋9之間安裝有觸頭彈簧13，最后在裝上觸頭螺母17。結合圖6可以說明擋風玻璃邊緣檢測傳感器的電路部分的工作原理。對每一個電感側頭6而言，其信號拾取作用的是電感線圈23。當電感測頭6沒有接觸到金屬時，電感線圈23和電路內部的電容器形成一個平衡狀態的LC振蕩電路。一旦磁芯附近有金屬物質， 則該平衡狀態的LC振蕩電路就會失去平衡，該狀態被電路中的檢測電路檢測到以后立即通過信號放大和電平轉換傳送給單片機的輸入端口。單片機內部運行的程序根據多個輸入端口的信號狀態向上位機送出已經處理好的數字編碼信號，上位機然后控制工業機器人進行后續的動作，直到完成擋風玻璃邊緣輪廓數據的檢測。結合圖7可以說明擋風玻璃邊緣檢測傳感器的工作原理。首先，工業機器人帶著傳感器從擋風玻璃的中間位置開始進行探測，首先是向下運動，當接觸到玻璃表面后，工業機器人帶動傳感器向上運動。如圖7所示，當1號電感測頭檢測到金屬信號，而2號和4號電感測頭沒有檢測到金屬信號，說明傳感器正好位于擋風玻璃的邊緣位置。如果工業機器人的運動速度過快，1號，2號和4號電感測頭6都檢測到了金屬信號，則需要工業機器人向下調整傳感器的位置，直到1號電感測頭6能檢測到金屬信號，而2號和4號電感測頭6檢測不到金屬信號為止。然后工業機器人帶動傳感器沿著逆時針方向開始連續探測擋風玻璃的輪廓數據，遇到轉彎情況時，如圖7所示，2號電感測頭6檢測到金屬信號，此時工業機器人帶動傳感器向下移動一個距離(該距離可以通過程序設定)，然后繼續向左側進行探測， 找到金屬邊之后再向下移動一段距離，然后再向左進行探測。如果2號電感測頭6檢測到金屬信號，而1號電感測頭6沒有金屬信號，則說明傳感器完成了圓角部分的探測，此時傳感器以2號電感測頭6為主測頭，開始連續向下的探測。按照同樣的原理，直到完成整個擋風玻璃的邊緣輪廓的檢測。上述實施例不以任何方式限制本發明，凡是采用等同替換或等效變換的方式獲得的技術方案均落在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種擋風玻璃邊緣檢測傳感器，其特征在于包括行走檢測部，包括測針(7)、壓蓋(9)和限位觸盤(8)，所述測針(7)的頭部安裝有紅寶石觸頭(5)，所述壓蓋(9)、限位觸盤(8)上下分布，測針(7)從壓蓋(9)、限位觸盤(8)中穿出，在壓蓋(9)、限位觸盤(8)之間，所述測針(7)上固定有測針觸盤(19)，所述測針觸盤 (19)與限位觸盤⑶之間通過下觸點00)接觸，所述測針觸盤(19)與壓蓋(9)底部之間設置有彈性機構(12)，在測針(7)向上運動測針觸盤(19)與下觸點OO)分離后，所述彈性機構(12)可將測針觸盤(19)與下觸點(20)恢復接觸，所述測針觸盤(19)與下觸點(20) 之間的接觸或分離產生的信號由信號處理部處理；邊緣檢測部，包括四組電感測頭(6)，每組電感測頭(6)之間相隔90°，所述電感測頭 (6)包括磁芯(22)，所述磁芯02)外部安裝有線圈支架(21)，所述線圈支架上安裝有電感線圈03)，電感線圈03)的信號由信號處理部處理；信號處理部，將行走檢測部、邊緣檢測部的信號經放大、電平轉換后傳送給單片機處理，并經輸出端口與外部控制系統連接。
2.根據權利要求1所述的擋風玻璃邊緣檢測傳感器，其特征在于所述彈性機構(12) 為彈簧。
3.根據權利要求1所述的擋風玻璃邊緣檢測傳感器，其特征在于所述行走檢測部還包括上觸頭(18)，所述上觸頭(18)設置在壓蓋(9)底部上，其位于測針觸盤(19)的上部。
4.根據權利要求3所述的擋風玻璃邊緣檢測傳感器，其特征在于所述壓蓋(9)上設置有通孔，通孔內安裝有滑套(16)，所述上觸頭(18)為釘狀，其設置在滑套(16)內，在壓蓋(9)底部上觸頭(18)上設置有觸頭彈簧(13)，所述觸頭彈簧(1 通過觸頭螺母(17)固定。
5.根據權利要求4所述的擋風玻璃邊緣檢測傳感器，其特征在于所述上觸頭(18)有三組，所述的三組上觸頭(18)按120°的間隔分布在壓蓋(9)底部。
6.根據權利要求1、2、3、4或5任一項所述的擋風玻璃邊緣檢測傳感器，其特征在于 所述行走檢測部、邊緣檢測部設置在傳感器外殼(1)內，傳感器外殼(1)上部連接有連接套筒O)，所述信號處理部設置在連接套筒O)內；連接套筒O)的上部為法蘭結構，其側面設置有電纜接口 G)。
全文摘要
本發明公開了一種擋風玻璃邊緣檢測傳感器，該傳感器包括行走檢測部、邊緣檢測部和信號處理部，所述行走檢測部通過測針來檢測是否運動到擋風玻璃表面，然后通過四個電感測頭的邊緣檢測部來判斷傳感器沿著擋風玻璃表面的移動方向，信號處理部將行走檢測部、邊緣檢測部的信號經放大、電平轉換后傳送給單片機處理，并經輸出端口與外部控制系統連接，本發明的工作方式簡單，工作前不需要進行外部的起始位置或關鍵位置的標定，不需要復雜的軟件處理，不同于目前通用的光學原理或者坐標測量原理的輪廓檢測，所得到的數據經過簡單的處理就可以作為擋風玻璃切割用的軌跡數據。
文檔編號G01B7/28GK102564292SQ20121000497
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者周自強, 戴國洪 申請人:常熟理工學院