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一種工業(yè)安全防護(hù)用二維激光安全掃描儀

文檔作者：湯世松仲太生王寅飛詹俊勇封峰文檔來源：江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月06日
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文章編號：1672—0121(2o15)05—0041—04
一種工業(yè)安全防護(hù)用二維激光安全掃描儀
李海明，王振偉，王學(xué)軍，吳兆遷，孫玉寶，劉德秋
(濟(jì)寧科力光電產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司，山東濟(jì)寧272000)
摘要：工業(yè)現(xiàn)場安全防護(hù)越來越受到人們的重視。為了滿足復(fù)雜幾何形狀的固定危險區(qū)域、移動危險區(qū)
域(如無人搬運(yùn)車)的安全防護(hù)需求，本文研究了一種基于脈沖激光測距、二維掃描的激光安全掃描儀，測距
精度+6crn，能可靠探測半徑4m、190。的二維區(qū)域內(nèi)反射率低至1．8％ 、高至100％ 的物體，且可根據(jù)實際需求
將掃描區(qū)域輪廓配置成任意幾何形狀。該激光安全掃描儀屬于1類激光產(chǎn)品，且符合標(biāo)準(zhǔn)IEC61496中type3
電敏防護(hù)裝置安全要求。
關(guān)鍵詞：工業(yè)安全防護(hù)；安全掃描儀；激光測距；二維區(qū)域；1類激光；type3
中圖分類號：TH188．2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B DOI：10．16316／j．issn．1672—0121．2015．05．011
0 引言
1951年德國sick公司推出了第一個用于安全
防護(hù)的安全光柵；1993年sick推出第一個基于脈沖
激光測距原理、符合三級安全類別的區(qū)域掃描器，用
于危險區(qū)域的防護(hù)。至今，有更多的廠家如Omron、
Hokuyo、Leuze、Keyenee等推出了類似的區(qū)域掃描保
護(hù)裝置。這些裝置在各種復(fù)雜區(qū)域防護(hù)和移動危險
區(qū)域防護(hù)(如移動機(jī)器人)得到了廣泛應(yīng)用。
我國工業(yè)安全防護(hù)產(chǎn)品起步較晚，且由于高精
度脈沖激光測距實現(xiàn)難度大，至今尚未有類似的區(qū)
域防護(hù)裝置面世。目前國內(nèi)在售的基于脈沖激光測
距的定向測距傳感器，測距精度基本在數(shù)十cm 量
收稿日期：2015—05—09
作者簡介：李海明(1981一)，男，工程師，公司常務(wù)副總，從事工業(yè)安
防產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用
級甚至米級。而國外產(chǎn)品均有專用芯片，測距精度可
達(dá)至U cm 級另U。
本文研究了一種基于脈沖激光測距、二維掃描
的激光安全掃描儀，測距精度_6cm，達(dá)到國外產(chǎn)品
水平，填補(bǔ)了國內(nèi)產(chǎn)品空白。同時掃描區(qū)域半徑最大
4m、掃描角度190。，能可靠探測該區(qū)域內(nèi)反射率低
至1．8％ 、高至100％的物體，可通過上位機(jī)將掃描輪
廓配置成任意形狀。該掃描儀屬于一類激光產(chǎn)品，對
人眼安全，且符合標(biāo)準(zhǔn)IEC61496中type3電敏防護(hù)
裝置安全要求。
1 激光安全掃描儀概述
本文介紹的二維激光安全掃描儀內(nèi)部有一個旋
轉(zhuǎn)掃描單元，通過旋轉(zhuǎn)掃描單元發(fā)送周期性光脈沖，
光脈沖遇到障礙物后返回傳感器，傳感器通過測量
光往返時間確定當(dāng)前角度的障礙物和傳感器距離。
Study on laser online detection technology of roundness
for small diameter shaft and pipe parts
CHEN Shanqi ，ZHAI Hua1,2 LIU Yang~,YOU Tuanrui
(1．College of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，
Hefei 230009，Anhui China；
2．Hefei Metalforming Research Institute，Hefei University of Technology，Hefei 230009，Anhui
Abstract：An online detection system of roundness based on laser triangulation method has been
The eITOr of the detection system has been analyzed．The measurement has been adopted to redu
Through running test of this detection system，the detection accuracy is 5urn，which can meet online
detection demands for 8-20mm small diameter shaft and pipe pans．
Keywords：Laser triangulation method；Roundness；Online detection
所有角度位置的測距結(jié)果最終組成當(dāng)前二維平面的
環(huán)境輪廓。激光安全掃描儀可掃描角度190。，分辨
率0．36。。
2 高精度測距實現(xiàn)
本文研究的二維激光安全掃描儀采用下述關(guān)鍵
技術(shù)完成激光飛行時間的準(zhǔn)確測量，實現(xiàn)掃描區(qū)域
內(nèi)反射率1．8％～100％物體測距精度+6cm 的效果。
2．1 激光發(fā)射
測距用脈沖式半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電路模型如圖
1所示。為了實現(xiàn)高精度測距，需要發(fā)射激光脈沖具
有窄脈寬、快速上升下降時間特性。因為脈寬越窄信
圖1 激光器驅(qū)動電路模型
噪比越高，
測距精度
越高[”。從
電路模型
來看，高精
度測距對
放電回路
的開關(guān)管
開關(guān)特性
有極高的要求。本文選用rls級別開關(guān)速度的射頻
mosfet，產(chǎn)生了上升下降時間1．5ns、半脈寬3ns的發(fā)
射脈沖，為實現(xiàn)高精度測距奠定了良好的基礎(chǔ)。
2．2 回波處理、時點鑒別、時間測量
由于目標(biāo)物距離和反射物的變化，激
光經(jīng)目標(biāo)漫反射返回后，回波能量動態(tài)范
圍變化很大，弱信號和強(qiáng)信號比率甚至達(dá)
到1：10000以上， 經(jīng)過計算和測試1．8％
反射率物體在4m處回波能量低至1 w
以下，而強(qiáng)反射率物體(反射率100％)回
波能量可達(dá)到1W 以上。當(dāng)回波能量過強(qiáng)
時，放大電路輸出信號將飽和失真。信號
極大范圍的動態(tài)變化，為準(zhǔn)確鑒別回波時
點帶來很大困難l 2l。
如果采用前沿時刻鑒別法四，如圖2
所示，回波脈沖信號和固定閾值V 比較，
變
級
度
時
動
圖2 前沿時刻鑒別示意圖
路進(jìn)行自動增益調(diào)節(jié)，避免信號飽和失真；另一方面采
用高通阻容時點鑒別方法實現(xiàn)不同幅值信號的準(zhǔn)確時
點鑒別。高通阻容時點鑒別原理是，當(dāng)脈沖信號經(jīng)阻容
微分電路后，原極值點轉(zhuǎn)換為零點，且該過零點時刻不
受輸入信號幅值變化影響，可作為準(zhǔn)確計時點。因為不
同幅值脈沖信號的極值點時刻相同(上升時間相同)。
經(jīng)過時點鑒別后，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字計時信
號送入專用計時芯片完成飛行時間測量。本文采用
ACAM 公司專用計時芯片TDC—GPX，該芯片時間測
量分辨率達(dá)27ps，對應(yīng)距離0．81cm，可滿足cm級別
測距精度目標(biāo)。
2．3 測距結(jié)果
經(jīng)過試驗驗證，二維激光安全掃描儀實現(xiàn)了
+6cm 的測距精度。分別使用黑色燈芯絨(1．8％反射
率)、灰色粗紙板(20％反射率)、反光板(90％以上反射
率)，在不同位置進(jìn)行測距數(shù)據(jù)采集，并發(fā)送到上位機(jī)
完成數(shù)據(jù)顯示。抽取部分試驗結(jié)果，如表1所示。
表1 不同反射率目標(biāo)和不同距離測距數(shù)據(jù)
測量配置 測距數(shù)據(jù)(每格 5 數(shù)據(jù)
cm) 分布 平均值
80cm處反光片(反射率>90％) 82 ’ ‘ +3／-1 81cm
^ ? h 。
80cm處灰紙板(反射率 20％) l +3／-1 81cm
80cm處黑色燈芯絨(反射率1．8％) 83 E三 +5／-2 80cm
240cm處反光片(反射率>9O％) zs E三三 +o／一3 238cm
240cm處灰紙板(反射率約20％) 239 } 一· “ +3／-2 239cm
240cm處黑色燈芯絨(反射率1．8％) 239 } 一．一號 +2／-4 238cm
400cm處反光片(反射率>9O％) 400 E +o／一3 399cm
I．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一
400cm處灰紙板(反射率約20％) 4oo匡至 +1／-2 400cm
400cm處黑色燈芯絨(反射1．8％) o·匡至 +5／一2 40lcm

文章編號：1672—0121(2015)05—0044—03
電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓控制系統(tǒng)的設(shè)計
湯世松，仲太生，王寅飛，詹俊勇，封峰
(江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司，江蘇揚(yáng)州225127)
摘要：傳統(tǒng)的電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓工藝落后。用精密加工機(jī)床作保證，以先進(jìn)的自動控制技術(shù)為后盾，開發(fā)了
電機(jī)定轉(zhuǎn)子自動化生產(chǎn)線。采用高效率、高壽命多工位級進(jìn)模具現(xiàn)代沖壓技術(shù)，配合P2H一500高速精密機(jī)
床，實現(xiàn)了電機(jī)帶回轉(zhuǎn)和扭斜定轉(zhuǎn)子大批量自動化生產(chǎn)，以此保證各類電機(jī)各技術(shù)性能。
關(guān)鍵詞：高速精密壓力機(jī)；電機(jī)定轉(zhuǎn)子；多工位級進(jìn)模；控制系統(tǒng)；自動沖壓
中圖分類號：TG315．5；TP275 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B DOI：10．16316~．issn．1672-0121．2015．05．012
0 引言
隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三相
異步電機(jī)在各行各業(yè)得到大規(guī)模應(yīng)用， 電機(jī)定轉(zhuǎn)子
生產(chǎn)也從而獲得快速發(fā)展。以前的電機(jī)定轉(zhuǎn)子生產(chǎn)
過程費(fèi)工費(fèi)時費(fèi)力， 基本上是用普通沖床單工位模
具沖制出定、轉(zhuǎn)子沖片(散片)，經(jīng)過齊片，再用鉚接、
扣片等工藝制成鐵芯。而現(xiàn)有的定轉(zhuǎn)子沖壓自動化
生產(chǎn)線，在電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓生產(chǎn)512藝上實現(xiàn)生產(chǎn)過
收稿日期：2o15—04—07
作者簡介：湯世松(1985一)，男，碩士，電氣工程師，從事交流伺服運(yùn)
動控制、伺服電機(jī)、機(jī)電一體化等研究
程自動化控制，并已廣泛采用高速沖壓多工位級進(jìn)
模制造自動疊片結(jié)構(gòu)的鐵芯，根據(jù)需要定轉(zhuǎn)子還可
帶回轉(zhuǎn)和扭斜疊斜槽角度。為此，在高速精密壓力機(jī)
沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子時，需要一種裝置與沖壓過程同步，
以扭轉(zhuǎn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓角度，以實現(xiàn)自動疊鉚沖片。
該生產(chǎn)工藝可促進(jìn)工程技術(shù)進(jìn)步，提高定轉(zhuǎn)子領(lǐng)域
的自動化水平川。
1 電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖壓控制系統(tǒng)的組成
1．1 系統(tǒng)設(shè)計目的與任務(wù)
本系統(tǒng)以揚(yáng)力公司P2H一500大噸位高速精密
壓力機(jī)為主體開發(fā)一條全自動沖壓生產(chǎn)線。通過該
+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ -+ 一+ -+ *+ -+ ”+ *+ -+ 一—— 一-+ -+ -+ -+ --—●一一—— -——●一---+一·
求?？筛鶕?jù)實際需求將掃描區(qū)域輪廓配置成任意幾
何形狀。該激光安全掃描儀的成功研制，填補(bǔ)了國內(nèi)
產(chǎn)品空白，達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，推動了國內(nèi)安全
防護(hù)產(chǎn)品的發(fā)展，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【參考文獻(xiàn)】
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【5J楊克俊，編著．電磁兼容原理與設(shè)計技術(shù)【M】．北京：人民郵電出版
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A 2D laser security scanner for industrial safety protection
LI Haiming，WANG Zhenwei，WANG Xuejun，WU Zhaoqian，SUN Yubao，LIU Deqiu
1．8％ to 100％

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