便携式激光测径仪使用方法（具有自动控制功能的双向激光测径仪的设计）

摘要：本文主要介绍了一种具有控制功能的双向激光测径仪，介绍了双向激光测径仪额原理及其结构的实现采用PID控制系统，实现了对轧材生产过程中的自动控制，现在小编就来说说关于便携式激光测径仪使用方法?下面内容希望能帮助到你，我们来一起看看吧!

便携式激光测径仪使用方法

摘要：本文主要介绍了一种具有控制功能的双向激光测径仪，介绍了双向激光测径仪额原理及其结构的实现。采用PID控制系统，实现了对轧材生产过程中的自动控制。

关键词：PID控制；激光测量；双向测径仪

引言

传统的单向测径仪只从一个方向检测已满足不了现场检测的要求。双向激光测径仪通过激光光束在相互垂直的X-Y方向上同时高速扫描轧材，再通过以DSP为核心的测量控制系统进行实时采样处理后得到相应的直径值，实现管材直径在线的非接触检测及控制。该仪器也可用于导线、棒材等生产线上对直径的在线检测与控制。

1、概述

激光测径仪是目前应用较广的一种无损在线测径仪，其基本原理是：记录下激光在扫描过程中遇到被测工件而被挡住的时间，已知激光扫描的速度，采用一定的算法求出工件的直径。图1即为激光测径仪的原理结构图。

图1 激光测径仪的原理结构图

2、双向激光测径仪的工作原理及结构

目前双向测径仪的研制大都基于“截面为正圆”的假设，而实际中，由于重力和夹持力作用，很多较软的无芯管材如胶管等，在生产线上自然放置时发生弹性形变，无法保持截面为正圆而呈椭圆形（长轴水平，短轴竖直）由于“截面正圆”的假定与实际并不相符，因此，模型本身必然带来一定的误差，而且简单地提高测径仪的精度并不能消除这一误差。针对这些问题，在单向高速高精度（μm级）扫描式激光测径仪的基础上设计研制出了扫描式双向激光测径仪。 扫描式双向激光测径仪使用量，再利用等周长原则将椭圆还原为圆，得到对应的直径数值。由于重力和夹持力作用，材质较软、截面呈圆环形的无芯管材，如汽车用无芯胶管，在生产线中自然放置时发生弹性形变，使截面呈椭圆形（水平方向为长轴，竖直方向为短轴），而衡量其工艺是否达到标准的参数仍应为直径数值，这就需要从椭圆截面出发测量轧材的直径数值。

因此，这里的思路是：利用测量算法测得管材椭圆形截面的长、短轴长度，再利用椭圆的长、短轴长度求出与其周长相同的圆的直径，即我们所需要的直径数值，不妨称之为等效直径。

双向激光测径仪的扫描光学系统结构如图2：

图2 双向激光测径仪的扫描光学系统结构

双向激光测径仪可以分为两个系统：扫描光学系统和测量控制系统。其中，扫描光学系统分为以下几个模块：光源系统，形成扫描必需的激光束；激光发射模块，形成平行于主光轴的扫描光线；激光接收模块，接收发射系统发射出的光线。测量控制系统包括：光电转换模块，将光信号转换为电信号；采集计算及控制显示模块，完成数据的采集计算，显示管材直径，并对直径进行PID控制。双向激光测径仪系统结构图如图3。

图3 双向激光测径仪系统结构图

3、双向激光测径仪各模块实现

3.1、扫描光学系统

两个激光发射器发射出的激光经同一个转镜的不同面反射后，再经平面反射镜反射至发射透镜发出。平面反射镜的作用只是节约空间，光线相当于直接经扫描转镜反射至发射透镜，且扫描转镜与发射透镜的距离为后者的焦距。这样，隨着转镜的旋转，激光束对被测管材进行扫描，光线被另一侧的接收透镜接收后，会聚到光电转换器，经测量控制系统处理后得到相应的长短轴值，进而依据椭圆周长公式及等周长原则将椭圆还原为圆就求出了等效直径值。

3.2、测量控制系统

在双向激光测径仪中，以DSP芯片为核心，与单片机及其它芯片构成[DSP数据采集、处理和控制显示（简称为测量控制）电路。图4为双向激光测径仪测量控制系统的硬件结构图。

图4 双向激光测径仪测量控制系统的硬件结构图

由光电探测器和整形变换电路组成的光电转换电路将光信号转换为易测量的电信号，并对其进行整形变换，使得电信号适于被后续的数字电路处理。由CPLD及DSP组成的采集计 算电路在接收到经过转换后的信号来完成数据采集和主算的测量、计算功能，CPLD完成脉冲计数功能，而DSP则利用计数值完成测量算法，CPLD中的计数器完成对前置信号转换模块输出脉冲的计数，出于算法的需要，对高、低电平要分别使用单独的计数器进行计数。计数器对某个电平的时间计数完毕之后，要将计数结果发送给DSP，这个过程通过DSP的中断来实现：给DSP一个中断信号，让DSP在其中断服务程序中读取CPLD中的计数值。而DSP程序则先对芯片内部进行初始化，然后就处于扫描状态，等待中断服务程序从CPLD种读取足够的数据。DSP采集到足够数据后，进入测量算法的数据运算环节，完成计算，并将得到的直径数值传给上位机（图4中的控制显示模坱）。在进行运算的同时，不停止数据的采集。

采集计算电路将计算值送入以单片机为核心的控制显示电路，分别实时显示X-Y方向上在线轧材的直径及经过计算后的等效直径值及其偏差，同时根据偏差值按照单片机中测径仪— —挤出机数字PID控制模块实现对挤出机的控制功能。

挤出机需要的是位置信号，因此，测径仪— —挤出机数字PID控制模块采用位置式PID控制算法。其基本的工作原理是：程序按照用户设定的时间间隔从测径仪采集直径数值，与设定值作比较，得到偏差e，再根据PID控制程序运算得到电压控制量U，并将U叠加到挤出机电机的直流驱动器电压之上，起到对直径的调整作用。

对于测径仪— —挤出机数字PID控制模块，结合系统的实际情况，我们选用了现场凑试法来进行PID参数的整定。采用PID控制（实际是PI控制）后，管材直径波动范围被控制在设定值±0.2mm以内，完全满足了工艺的要求。

图5为PI控制效果图。

图5 PI控制效果图

4、结语

双向激光测径仪的软硬件设计是在单向测径仪的基础上进行了相应的改进和优化，并且添加了PID控制模块，实现了 对管材直径的自动控制功能，增加了所生产的管材规格的稳定性，也实现了PC机与测径仪和挤出机的交互，更有利于实现生产的智能化及工作人员随时掌握生产情况。

本文引用：微计算机信息 2009年 第25卷 第3-1期

由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写