一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法及装置与流程

本发明涉及工业检测技术领域，尤其涉及一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法及装置。

背景技术：

目前，漫反射式物体检测装置在工业上非常多用，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。

工业应用的漫反射物体检测装置通常使用红发线发光管作为发射管，它能对外发出红外线，同时还使用由红外接收管和附加电路构成的接收模块，用于接收外部物体反射回来的红外线。红外接收管是一种带有受光面的电子元件，当受光面受到适合波长范围的光线照射时接收管的导通性能将发生改变，在电路中具体表现为接收模块输出的电压出现变化，电压的变化幅度与光照强度相关。在某些特殊场合也可以用其它波长的发射管和接收管，比如在需要人眼直接看到检测光束的时候，可以使用可见光发射管和接收管。

根据接收管的数量，漫反射式物体检测装置可以分为单接收管型和多接收管型的两类，以前者最为常用，它的外观常为圆柱形或火柴盒形，内部带有红外发射管和一个红外接收模块(由一个接收管和附加电路构成)，一般用于判断某固定点上是否有存体形较大的物体；而多接收管型的检测装置外观一般为长条形，带有多个红外接收模块，可用于判断一个较大的范围内是否存有体形较小物体。传统检测装置的大致工作原理为间断或持续给红外发射管通电，使其发出红外线，同时将检测红外接收模块输出的电压并与设定的阈值电压进行比较，当检测装置前出现物体时，发射管发出的红外线将被物体反射到接收管内，使接收模块的输出的电压达到阈值电压，此时检测装置将判断检测到了物体并输出相应的信号。

为了适应不同的环境和待测物体，检测装置上常设有灵敏度调节装置用于设定比较用的阈值电压，常用调节装置为电位器，操作人员需要根据现场情况手工调整接收模块的阈值电压。这种传统的漫反射式检测装置有如下缺点：

1.检测装置接收模块的灵敏度需要由操作人员手工调节，使得检测装置的检测性能与操作人员的使用经验相关，无法避免调整不当的现象出现。

2.对于多接收管型检测装置，所有接收模块都使用相同的灵敏度(即阈值电压)，当检测装置被安装在靠近侧面立壁的狭窄空间时，为了避免检测装置周边的立壁反射导致部分接收模块误判有物，只能将整体接收灵敏度刻意调低而致使检测能力变差，当立壁反射率较高或过于靠近检测装置时会出现无论如何调整灵敏度，检测装置都不能正常检测到物体的问题。类似的，如检测装置的个别接收管前存在固定障碍物时，检测装置也会因为不断收到障碍物反射的红外线而无法检测到障碍物以外的物件。

3.由于接收模块的灵敏度被为固定值，检测装置无法自动适应环境，当灵敏度调得过高时轻微的环境变化都将被误判为探测到物体，如果灵敏度设得太低，则可能会错过物体的出现。比如用于检测输送带上的小体积工件时，传统检测装置往往会因无法区分输送带表面的磨损和真实工件而导致误判情况发生。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法，其能提高检测装置的检测性能。

本发明的目的之二在于提供一种电子设备，其能提高检测装置的检测性能。

本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其能提高检测装置的检测性能。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法，包括如下步骤：

接收步骤：接收自学习控制指令；

自学习步骤：根据接收到的自学习指令逐个测量各接收模块在发射管开启或关闭两种情况的输出电压值；

计算步骤：根据输出电压计算出各接收模块在发射管开启或关闭两种情况下的输出电压的差值，并将差值数据将进行存储；

检测步骤：根据存储的各接收模块的电压差值来判断是否有检测到物体。

进一步地，在自学习步骤中：检测装置内的控制装置会记录由于环境的反射率变化而导致的接收模块的电压差值变化的过程，并通过算法去除环境因素造成的干扰。

进一步地，所述电压值为vnt，在检测步骤中，当接收模块n同时满足(|vn–vnt|/vnt)≥csen和|vn–vnt|≥vabs时才判定检测到物体，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，vabs为预先设定的一个常数，csen为一个预设的灵敏度系数。

进一步地，所述接收模块输出的电压与接受到的照射强度单调正相关，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，预先设定轮数为p，当接收模块n在某轮检测中满足(|vn–vnt|/vnt)≥csen时并不立即判定检测到物体，而是当所述接收模块n在连续的p轮检测中都满足此条件时才判定物体的存在，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数。

进一步地，所述接收模块输出的电压与接受到的照射强度单调正相关，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当接收模块的数量大于1个时，在一轮检测中只有不少于t个接收模块同时满足(|vn–vnt|/vnt)≥csen时才判定检测到物体，其中，t为预设的接收模块的数量，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数。

进一步地，所述接收模块输出的电压与接受到的照射强度单调正相关，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当接收模块数量大于1时，在一轮检测中即使每个接收模块的电压差值都不满足(|vn–vnt|/vnt)≥csen，但相邻的大于等于t个接收模块同时满足(|vn–vnt|/vnt)≥cf时判定检测到物体，其中，vn为实际检测过程中接收模块在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数，cf为小于csen的系数，t为接收模块的数量。

进一步地，所述灵敏度系数csen大于等于0.1。

进一步地，在自学习步骤中，执行的检测次数为100-600中间任意一数值；对于周期性变化的环境，检测次数的取值要覆盖1个以上的变化周期；

当工件的反射能力和检测位置背景相近时，先改变检测位置背景反射能力，然后再执行自学习步骤；

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明目的之一中任意一项所述的一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明目的之一中任意一项所述的一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的带有自学习功能的漫反射式物体检测方法通过预先学习处于对应环境中的各接收模块的电压差值，并根据实际环境情况对不同的使用不同的判断条件，进而避免侧面立壁反射、固定障碍物和环境反射率变化影响整体检测性能。

附图说明

图1为实施例一的带有自学习功能的漫反射式物体检测方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法，包括如下步骤：

s101：接收自学习控制指令；先将物体检测装置(假设检测装置上共有k个接收模块)安装在需要实际工作的环境中，并确保检测装置的检测面前没有待检物品。按下检测装置上的学习按键，启动检测装置的自学习过程，此时检测装置将按下述步骤得到各个接收模块的输出电压：

s102：根据接收到的自学习控制指令逐个测量各接收模块分别在开启或关闭发射管情况下，接收模块输出的出电压；设第1个接收模块在打开发射管时测得的输出电压值为v1b，在关闭发射管时测得的电压值为v1d，第n个接收模块在打开发射管时测得的电压值为vnb，在关闭发射管时测得的电压值为vnd。

当第1次执行上述检测步骤时，将v1b～vkb保存为v1bmax～vkbmax，将v1d～vkd保存为v1dmin～vkdmin。反复执行上述步骤，共执行m次(m为预设值，安装前已经设置在检测装置中，对于普通环境可取300-500，对于反射率会周期性变化的环境，m取值要求是保证反复执行的过程必须覆盖1个以上的环境变化周期，比如检测传送带上的物品时，反复执行次数需要保证执行过程覆盖传送带走1整圈以上)，在每次执行完一次，逐个检查本次所得到的v1b～vkb是否比的v1bmax～vkbmax要更大，并始终将最大值保存为v1bmax～vkbmax；逐个检查本次所得到的v1d～vkd是否比v1dmin～vkdmin要更小，并始终将最小值保存为v1dmin～vkdmin。

更为优选地，在步骤中，执行的检测次数为100-600中间任意一数值；对于周期性变化的环境，检测次数的取值要覆盖1个以上的变化周期。

s103：根据得到的各接收模块输出电压根据输出电压计算出各接收模块在发射管开启或关闭两种情况下的输出电压的差值，并将差值数据将进行存储；将所有k个接收模块得到各自的vnbmax值与vndmin值进行差值运算，得到该接收模块的电压差值vnt。将各个接收模块算出的vnt值保存到检测器内的非易失性存储器内，供工作过程中使用

s104：根据存储的各接收模块的电压差值来判断是否有检测到物体。所述接收模块输出的电压与接受到的照射强度单调正相关，检测装置的实际工作过程与学习过程中的逐个接收模块检测的方式类似，检测装置将不断以循环方式检测第1个接收模块至第k个接收模块在有无发射管照射情况下的输出电压vnb和vnd，并求出两者的差值vn，再将这个值与学习时得到的对应接收模块的电压差值vnt比较，当某个接收模块n满足(vn–vnt)/vnt≥csen时(csen为一个预设的灵敏度系数，一般可设为0.1或以上)，判定该模块接收到了物体的反射的光线，即检测装置检测到了物体。以上仅为最直接的判断方式，实际上为了减少干扰因素造成的误判以及提高检测可靠性，还可单独或混合使用以下方法进行判断。

除了上述较为直接的检测方式外，还有如下更为优选的检测方式，这样更方便用户进行灵活设置来进行物体检测。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当某接收模块n同时满足(vn–vnt)/vnt≥csen和(vn–vnt)≥vabs时才判定检测到物体，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，vabs为预先设定的一个常数，csen为一个预设的灵敏度系数。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，预先设定轮数为p，当接收模块n在某轮检测中满足(vn–vnt)/vnt≥csen时并不立即判定检测到物体，而是当所述接收块n在连续的p轮检测中都满足此条件时才判定物体的存在，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当接收模块的数量大于1时，在一轮检测中只有不少于t个接收模块同时满足各自的(vn–vnt)/vnt≥csen时才判定检测到物体，其中，t为预设的接收模块的数量，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当接收模块数量大于1时，在一轮检测中即使每个接收模块的差值都不满足各自的(vn–vnt)/vnt≥csen，但相邻的大于等于t个接收模块同时满足各自的(vn–vnt)/vnt≥cf时判定检测到物体，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数，cf为略小于csen的系数，t为预设的接收模块的数量。

实施例二

实施例一是针对待检测物体的反射能力强于检测位置背景时实施方案，其核心检测原理是假设检测装置在物品存在时接收到的反射光线强度总强于没有物品时的反射光线强度，故此实际工作过程中一旦出现接收到的反射光线强度强于学习时的反射光线强度且满足实施例中设定的条件时即判定检测到物体。实际生产过程中也会遇到一些待测物体的反射能力弱于检测位置背景的情况，比如在白色墙体前的深色塑料零件，此时可以使用实施例二的方法进行检测。

当待检测物体的反射能力和检测位置背景近似时，可以通过预先改变背景反射能力的方法来保证检测的精准可靠。

本实施例提供了一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法，包括如下步骤：

s201：接收自学习控制指令；先将物体检测装置(假设检测装置上共有k个接收模块)安装在需要实际工作的环境中，并确保检测装置的检测面前没有待检物品。按下检测装置上的学习按键，启动检测装置的自学习过程，此时检测装置将按下述步骤得到各个接收模块的输出电压：

s202：根据接收到的自学习控制指令逐个测量各接收模块分别在开启或关闭发射管情况下，接收模块输出的出电压；设第1个接收模块在打开发射管时测得的输出电压值为v1b，在关闭发射管时测得的电压值为v1d，第n个接收模块在打开发射管时测得的电压值为vnb，在关闭发射管时测得的电压值为vnd。

当第1次执行上述检测步骤时，将v1b～vkb保存为v1bmin～vkbmin，将v1d～vkd保存为v1dmax～vkdmax。反复执行上述步骤，共执行m次(m为预设值，安装前已经设置在检测装置中，对于普通环境可取300-500，对于反射率会周期性变化的环境，m取值要求是保证反复执行的过程必须覆盖1个以上的环境变化周期，比如检测传送带上的物品时，反复执行次数需要保证执行过程覆盖传送带走1整圈以上)，在每次执行完一次，逐个检查本次所得到的v1b～vkb是否比的v1bmin～vkbmin要更小，并始终将最小值保存为v1bmin～vkbmin；逐个检查本次所得到的v1d～vkd是否比v1dmax～vkdmax要更大，并始终将最大值保存为v1dmax～vkdmax。

更为优选地，在步骤中，执行的检测次数为100-600中间任意一数值；对于周期性变化的环境，检测次数的取值要覆盖1个以上的变化周期。

s203：根据得到的各接收模块输出电压根据输出电压计算出各接收模块在发射管开启或关闭两种情况下的输出电压的差值，并将差值数据将进行存储；将所有k个接收模块得到各自的vnbmin值与vndmax值进行差值运算，得到该接收模块的电压差值vnt。将各个接收模块算出的vnt值保存到检测器内的非易失性存储器内，供工作过程中使用。

s204：根据存储的各接收模块的电压差值来判断是否有检测到物体。所述接收模块输出的电压与接受到的照射强度单调正相关，检测装置的实际工作过程与学习过程中的逐个接收模块检测的方式类似，检测装置将不断以循环方式检测第1个接收模块至第k个接收模块在有无发射管照射情况下的输出电压vnb和vnd，并求出两者的差值vn，再将这个值与学习时得到的对应接收模块的电压差值vnt比较，当某个接收模块n满足(vnt–vn)/vnt≥csen时(csen为一个预设的灵敏度系数，一般可设为0.1或以上)，判定该模块接收到了物体的反射的光线，即检测装置检测到了物体。以上仅为最直接的判断方式，实际上为了减少干扰因素造成的误判以及提高检测可靠性，还可单独或混合使用以下方法进行判断。

除了上述较为直接的检测方式外，还有如下更为优选的检测方式，这样更方便用户进行灵活设置来进行物体检测。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当某接收模块n同时满足(vnt–vn)/vnt≥csen和(vnt–vn)≥vabs时才判定检测到物体，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，vabs为预先设定的一个常数，csen为一个预设的灵敏度系数。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，预先设定轮数为p，当接收模块n在某轮检测中满足(vnt–vn)/vnt≥csen时并不立即判定检测到物体，而是当所述接收块n在连续的p轮检测中都满足此条件时才判定物体的存在，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当接收模块的数量大于1时，在一轮检测中只有不少于t个接收模块同时满足各自的(vnt–vn)/vnt≥csen时才判定检测到物体，其中，t为预设的接收模块的数量，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数。

更为优选地，所述电压差值为vnt，在检测步骤中，当接收模块数量大于1时，在一轮检测中即使每个接收模块的差值都不满足各自的(vnt–vn)/vnt≥csen，但相邻的大于等于t个接收模块同时满足各自的(vnt–vn)/vnt≥cf时判定检测到物体，其中，vn为实际检测过程中接收模块n在有无发射管照射情况下的输出电压的差值，csen为一个预设的灵敏度系数，cf为略小于csen的系数，t为预设的接收模块的数量。

上述实施例一和实施例二的一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法，它主要具有以下几方面的优点：

1.检测方法有自动学习功能，操作员只需要按下按键启动调节过程，检测装置内控制装置会根据既定算法完成整个调节过程而无需操作员进行干预。

2.对于多接收管型检测装置，不同接收模块会有各自独立的供检测判断用的基础数据，避免所有接收模块使用了同一灵敏度设定值造成的受侧面立壁反射或固定障碍物影响的现象。

3.检测装置可自动适应工作环境，在自动调节过程中，检测装置内的控制装置会记录环境反射率的变化的整体过程，并通过算法去除环境因素造成的干扰，保证检测装置始终有良好的检测性能。

实施例三

实施例三公开了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器以及程序，其中处理器和存储器均可采用一个或多个，程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，处理器执行该程序时，实现实施例一和实施例二的一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法。该电子设备可以是单片机系统、手机、电脑、平板电脑等等一系列的电子设备。

实施例四

实施例四公开了一种计算机可读存储介质，该存储介质用于存储程序，并且该程序被处理器执行时，实现实施例一和实施例二的一种带有自学习功能的漫反射式物体检测方法。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。