安全光柵精準(zhǔn)檢測物體高度技術(shù)

在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，紙箱是否堆疊過高、工件是否超出輸送軌道、料框是否裝滿…… 這些場景都需要精準(zhǔn)檢測物體高度。安全光柵憑借獨(dú)特的光束陣列設(shè)計(jì)，能在不接觸物體的情況下，瞬間測出高度數(shù)據(jù)，精度可達(dá)毫米級(jí)。這種 “無形的尺子” 如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測量？背后藏著光學(xué)設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與算法優(yōu)化的三重技術(shù)邏輯。

一、檢測高度的核心原理：光束遮擋計(jì)數(shù)法

安全光柵的發(fā)射器與接收器相對(duì)而立，按固定間距排列著數(shù)十到數(shù)百束紅外光束，形成一道垂直的 “光墻”。當(dāng)物體穿過光墻時(shí)，會(huì)遮擋部分光束，系統(tǒng)通過兩個(gè)關(guān)鍵步驟計(jì)算高度：

1.識(shí)別遮擋范圍：接收器記錄被遮擋光束的位置，從最底部被遮擋的光束到最頂部被遮擋的光束，形成一個(gè)連續(xù)的遮擋區(qū)間；

2.換算實(shí)際高度：用 “（頂部光束序號(hào) - 底部光束序號(hào)）× 光束間距” 的公式計(jì)算。比如光束間距為 10mm，底部第 5 束光到頂部第 25 束光被遮擋，高度就是（25-5）×10mm=200mm。

某快遞分揀線用這種方法檢測包裹高度，當(dāng)包裹超高（超過 30cm）時(shí)，光柵立即觸發(fā)分揀機(jī)構(gòu)，將其分流到專用通道，避免卡在輸送帶上。

二、提升檢測精度的三大技術(shù)手段

（一）光束間距：越小越精準(zhǔn)

光束間距是決定高度檢測精度的關(guān)鍵：

· 10mm 間距：能區(qū)分 10mm 以內(nèi)的高度差異，適合檢測紙箱、板材等常規(guī)物體；

· 5mm 間距：精度提升一倍，可檢測電子元件、小型零件等精細(xì)物體；

· 2mm 間距：用于高精度場景，如鋰電池極片的高度檢測，誤差可控制在 ±1mm 內(nèi)。

某電子廠曾用 10mm 間距的光柵檢測手機(jī)外殼高度，因外殼邊緣有 2mm 的凸起，導(dǎo)致測量值偏大，換成 5mm 間距后，成功識(shí)別凸起部分，數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。

（二）邊緣檢測算法：解決 “半遮擋” 難題

物體頂部邊緣往往不是平整的（如堆疊的布料、不規(guī)則工件），可能只遮擋部分光束。普通光柵會(huì)忽略這種 “半遮擋”，導(dǎo)致測量值偏小，而優(yōu)質(zhì)安全光柵通過兩種算法優(yōu)化：

· 50% 遮擋識(shí)別：當(dāng)光束被遮擋超過一半時(shí)，判定為有效遮擋，避免漏算；

· 連續(xù)區(qū)間校驗(yàn)：剔除孤立的遮擋光束（如粉塵飄過造成的單束光遮擋），確保測量區(qū)間連續(xù)可靠。

某服裝廠里，堆疊的布料邊緣蓬松，普通光柵測量高度時(shí)誤差達(dá) ±15mm，換用帶邊緣算法的型號(hào)后，誤差縮小到 ±3mm，大幅減少了包裝材料的浪費(fèi)。

（三）同步掃描技術(shù)：消除檢測延遲

高速移動(dòng)的物體（如傳送帶上的工件）通過光柵時(shí)，若光束掃描不同步，可能出現(xiàn) “頂部已離開、底部仍在檢測” 的情況，導(dǎo)致高度測量不準(zhǔn)。同步掃描技術(shù)讓所有光束同時(shí)發(fā)射、同時(shí)接收，確保在同一瞬間捕捉物體的完整輪廓，即使物體以每秒 5 米的速度移動(dòng)，也能精準(zhǔn)測量。

三、不同場景下的技術(shù)參數(shù)選擇

四、實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與注意事項(xiàng)

（一）比傳統(tǒng)測量方式更高效

· 對(duì)比激光測距：激光需單點(diǎn)掃描，測高度耗時(shí) 0.5-1 秒，光柵可瞬間完成；

· 對(duì)比機(jī)械量規(guī)：非接觸式檢測，不會(huì)磨損物體表面，適合精密工件；

· 對(duì)比攝像頭視覺：不受光線影響，粉塵、水汽環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作。

某家具廠用攝像頭檢測板材高度，因車間粉塵大，每周需清潔鏡頭 3 次，換成安全光柵后，半年清潔一次即可，維護(hù)成本降低 80%。

（二）安裝調(diào)試的關(guān)鍵細(xì)節(jié)

· 光柵高度需覆蓋物體可能達(dá)到的最大高度，頂部預(yù)留 10-20cm 余量；

· 發(fā)射器與接收器必須嚴(yán)格垂直對(duì)齊，傾斜超過 1° 會(huì)導(dǎo)致光束偏移，影響測量精度；

· 避免陽光直射接收器鏡頭，強(qiáng)光可能干擾光束識(shí)別，可加裝遮光板。

五、結(jié)語

安全光柵精準(zhǔn)檢測物體高度的技術(shù)，核心是 “光束陣列 + 智能算法” 的結(jié)合，既能適應(yīng)高速移動(dòng)的物體，又能處理不規(guī)則邊緣，在工業(yè)檢測中展現(xiàn)出高效、可靠的優(yōu)勢(shì)。選擇時(shí)需根據(jù)物體速度、精度要求匹配參數(shù)，才能發(fā)揮最佳效果。

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