便攜式激光測徑儀使用方法?摘要：本文主要介紹了一種具有控制功能的雙向激光測徑儀，介紹了雙向激光測徑儀額原理及其結構的實現采用PID控制系統，實現了對軋材生産過程中的自動控制，現在小編就來說說關于便攜式激光測徑儀使用方法?下面内容希望能幫助到你，我們來一起看看吧!

便攜式激光測徑儀使用方法

摘要：本文主要介紹了一種具有控制功能的雙向激光測徑儀，介紹了雙向激光測徑儀額原理及其結構的實現。采用PID控制系統，實現了對軋材生産過程中的自動控制。

關鍵詞：PID控制；激光測量；雙向測徑儀

傳統的單向測徑儀隻從一個方向檢測已滿足不了現場檢測的要求。雙向激光測徑儀通過激光光束在相互垂直的X-Y方向上同時高速掃描軋材，再通過以DSP為核心的測量控制系統進行實時采樣處理後得到相應的直徑值，實現管材直徑在線的非接觸檢測及控制。該儀器也可用于導線、棒材等生産線上對直徑的在線檢測與控制。

激光測徑儀是目前應用較廣的一種無損在線測徑儀，其基本原理是：記錄下激光在掃描過程中遇到被測工件而被擋住的時間，已知激光掃描的速度，采用一定的算法求出工件的直徑。圖1即為激光測徑儀的原理結構圖。

圖1 激光測徑儀的原理結構圖

目前雙向測徑儀的研制大都基于“截面為正圓”的假設，而實際中，由于重力和夾持力作用，很多較軟的無芯管材如膠管等，在生産線上自然放置時發生彈性形變，無法保持截面為正圓而呈橢圓形（長軸水平，短軸豎直）由于“截面正圓”的假定與實際并不相符，因此，模型本身必然帶來一定的誤差，而且簡單地提高測徑儀的精度并不能消除這一誤差。針對這些問題，在單向高速高精度（μm級）掃描式激光測徑儀的基礎上設計研制出了掃描式雙向激光測徑儀。 掃描式雙向激光測徑儀使用量，再利用等周長原則将橢圓還原為圓，得到對應的直徑數值。由于重力和夾持力作用，材質較軟、截面呈圓環形的無芯管材，如汽車用無芯膠管，在生産線中自然放置時發生彈性形變，使截面呈橢圓形（水平方向為長軸，豎直方向為短軸），而衡量其工藝是否達到标準的參數仍應為直徑數值，這就需要從橢圓截面出發測量軋材的直徑數值。

因此，這裡的思路是：利用測量算法測得管材橢圓形截面的長、短軸長度，再利用橢圓的長、短軸長度求出與其周長相同的圓的直徑，即我們所需要的直徑數值，不妨稱之為等效直徑。

雙向激光測徑儀的掃描光學系統結構如圖2：

圖2 雙向激光測徑儀的掃描光學系統結構

雙向激光測徑儀可以分為兩個系統：掃描光學系統和測量控制系統。其中，掃描光學系統分為以下幾個模塊：光源系統，形成掃描必需的激光束；激光發射模塊，形成平行于主光軸的掃描光線；激光接收模塊，接收發射系統發射出的光線。測量控制系統包括：光電轉換模塊，将光信号轉換為電信号；采集計算及控制顯示模塊，完成數據的采集計算，顯示管材直徑，并對直徑進行PID控制。雙向激光測徑儀系統結構圖如圖3。

圖3 雙向激光測徑儀系統結構圖

3.1、掃描光學系統

兩個激光發射器發射出的激光經同一個轉鏡的不同面反射後，再經平面反射鏡反射至發射透鏡發出。平面反射鏡的作用隻是節約空間，光線相當于直接經掃描轉鏡反射至發射透鏡，且掃描轉鏡與發射透鏡的距離為後者的焦距。這樣，隨着轉鏡的旋轉，激光束對被測管材進行掃描，光線被另一側的接收透鏡接收後，會聚到光電轉換器，經測量控制系統處理後得到相應的長短軸值，進而依據橢圓周長公式及等周長原則将橢圓還原為圓就求出了等效直徑值。

3.2、測量控制系統

在雙向激光測徑儀中，以DSP芯片為核心，與單片機及其它芯片構成[DSP數據采集、處理和控制顯示（簡稱為測量控制）電路。圖4為雙向激光測徑儀測量控制系統的硬件結構圖。

圖4 雙向激光測徑儀測量控制系統的硬件結構圖

由光電探測器和整形變換電路組成的光電轉換電路将光信号轉換為易測量的電信号，并對其進行整形變換，使得電信号适于被後續的數字電路處理。由CPLD及DSP組成的采集計 算電路在接收到經過轉換後的信号來完成數據采集和主算的測量、計算功能，CPLD完成脈沖計數功能，而DSP則利用計數值完成測量算法，CPLD中的計數器完成對前置信号轉換模塊輸出脈沖的計數，出于算法的需要，對高、低電平要分别使用單獨的計數器進行計數。計數器對某個電平的時間計數完畢之後，要将計數結果發送給DSP，這個過程通過DSP的中斷來實現：給DSP一個中斷信号，讓DSP在其中斷服務程序中讀取CPLD中的計數值。而DSP程序則先對芯片内部進行初始化，然後就處于掃描狀态，等待中斷服務程序從CPLD種讀取足夠的數據。DSP采集到足夠數據後，進入測量算法的數據運算環節，完成計算，并将得到的直徑數值傳給上位機（圖4中的控制顯示模坱）。在進行運算的同時，不停止數據的采集。

采集計算電路将計算值送入以單片機為核心的控制顯示電路，分别實時顯示X-Y方向上在線軋材的直徑及經過計算後的等效直徑值及其偏差，同時根據偏差值按照單片機中測徑儀— —擠出機數字PID控制模塊實現對擠出機的控制功能。

擠出機需要的是位置信号，因此，測徑儀— —擠出機數字PID控制模塊采用位置式PID控制算法。其基本的工作原理是：程序按照用戶設定的時間間隔從測徑儀采集直徑數值，與設定值作比較，得到偏差e，再根據PID控制程序運算得到電壓控制量U，并将U疊加到擠出機電機的直流驅動器電壓之上，起到對直徑的調整作用。

對于測徑儀— —擠出機數字PID控制模塊，結合系統的實際情況，我們選用了現場湊試法來進行PID參數的整定。采用PID控制（實際是PI控制）後，管材直徑波動範圍被控制在設定值±0.2mm以内，完全滿足了工藝的要求。

圖5為PI控制效果圖。

圖5 PI控制效果圖

雙向激光測徑儀的軟硬件設計是在單向測徑儀的基礎上進行了相應的改進和優化，并且添加了PID控制模塊，實現了 對管材直徑的自動控制功能，增加了所生産的管材規格的穩定性，也實現了PC機與測徑儀和擠出機的交互，更有利于實現生産的智能化及工作人員随時掌握生産情況。

本文引用：微計算機信息 2009年 第25卷 第3-1期

由保定市藍鵬測控科技有限公司編寫

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