當(dāng)超聲波傳感器發(fā)出的超聲波遇到物體返回時(shí)，探頭接收其反射回波信息，從而可對(duì)接收到的反射回波進(jìn)行分析、判斷和計(jì)算，得到物體到探頭的距離并判斷物體的形狀。其觸發(fā)脈沖間隔時(shí)間可由程序控制。本系統(tǒng)采用5～10 ms間隔，可測(cè)最大距離為850～1700 mm。

設(shè)傳感器與物體之間的距離為L(zhǎng)，空氣中的聲速為c，從發(fā)射超聲波脈沖到接收到反射波的傳播時(shí)間為Ts，則：

傳播時(shí)間Ts測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響著測(cè)距精度。我們測(cè)量從發(fā)射脈沖到接收到反射波的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間（零交叉點(diǎn)）為Ts。這個(gè)時(shí)間比超聲波真實(shí)往返時(shí)間稍長(zhǎng)，要加以修正。但這種方法較好地利用了接收到的反射波的上升沿幾乎不隨對(duì)象物形狀變化而變化的特性，因此其測(cè)量的時(shí)間不隨反射波信號(hào)幅度大小而變化，從而能進(jìn)行高精度的距離測(cè)量。

所謂“零交叉點(diǎn)”，就是過(guò)閾值（門限）后的第一個(gè)零點(diǎn)，以該點(diǎn)來(lái)確定反射波的到達(dá)。如下圖所示，反射波過(guò)零點(diǎn)不隨波形變化。

超聲波視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的測(cè)量軟件開(kāi)發(fā)

對(duì)于距離測(cè)量精度的另一影響因素是溫度變化和系統(tǒng)電路的時(shí)間延遲。溫度變化對(duì)聲速c產(chǎn)生影響，可通過(guò)溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。即：

c=co +0. 67t

式中：co為標(biāo)準(zhǔn)聲速（0℃時(shí)）;t為實(shí)時(shí)測(cè)量溫度（℃）。系統(tǒng)時(shí)間延遲，可以由計(jì)算方法加以修正。

通過(guò)以上的設(shè)計(jì)措施和修正，使本系統(tǒng)具有較高的測(cè)距精度。經(jīng)測(cè)定，本系統(tǒng)的測(cè)距在50～850 mm范圍內(nèi)，其測(cè)量誤差在0.2 mm以內(nèi)。測(cè)距程序和峰值采集程序流程框圖如下圖所示。

測(cè)距程序和峰值采集程序流程框圖

此超聲波視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)具有高精度測(cè)距功能。應(yīng)用本系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)物體進(jìn)行掃描，以采集距離信息和反射波幅值信息，可對(duì)零件的形狀、姿勢(shì)進(jìn)行示教識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：對(duì)中等尺寸有一定復(fù)雜程度的零件，如凹凸形，階梯形，帶孔、槽和斜面的軸類、盤類和箱體類等零件具有識(shí)別能力。這為自動(dòng)化生產(chǎn)中零件形狀特征的識(shí)別、檢測(cè)、分類提供了新的途徑。由于超聲波視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)具有一些特殊優(yōu)點(diǎn)，對(duì)進(jìn)一步研制、開(kāi)發(fā)和利用超聲波視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)都具有重要的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。