劉桂堂,溫作鎮(zhèn),李豪

　　浙江之安特種設(shè)備技術(shù)有限公司溫州分公司 浙江省溫州市 325000

　　摘要：起重機(jī)激光檢測(cè)儀的研制針對(duì)起重機(jī)的檢測(cè)，研制出了一套基于激光測(cè)距技術(shù)的起重機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了高精度的激光測(cè)距儀，配合相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)基于激光測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，避免了以往采用機(jī)械或人工方式對(duì)起重機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，因人為因素而導(dǎo)致的測(cè)量誤差;

　　(2)采用激光測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)檢測(cè)過程中的無接觸、非接觸測(cè)量，不會(huì)對(duì)起重機(jī)造成任何損壞;

　　(3)采用激光測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)檢測(cè)過程中的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，具有非接觸、非破壞、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：起重機(jī);激光檢測(cè)儀;機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，作為我國(guó)重要基礎(chǔ)設(shè)施之一的起重機(jī)越來越多地應(yīng)用于我國(guó)各行各業(yè)中，起重機(jī)檢測(cè)工作也隨之變得越來越重要。傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測(cè)工作，一般是采用人工或機(jī)械方式，對(duì)起重機(jī)進(jìn)行測(cè)量，以求得到起重機(jī)各零部件的實(shí)際尺寸。這種方法雖然簡(jiǎn)單、方便，但是由于在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于受環(huán)境條件和人為因素影響較大，從而使得檢測(cè)結(jié)果并不準(zhǔn)確。為了解決這一問題，人們逐漸意識(shí)到了采用計(jì)算機(jī)技術(shù)來對(duì)起重機(jī)進(jìn)行在線檢測(cè)的重要性。激光測(cè)距儀是一種具有較高精度的測(cè)距儀器，其價(jià)格相對(duì)較低、體積小、重量輕、精度高。

　　1.激光檢測(cè)儀意義

　　與傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測(cè)技術(shù)相比，激光測(cè)距儀具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

　　(1)精度高。激光測(cè)距儀一般采用最小二乘法原理對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量，因此能夠?qū)�測(cè)量結(jié)果的誤差控制在較小的范圍內(nèi);

　　(2)非接觸測(cè)量。由于激光測(cè)距儀采用最小二乘法原理，因此能夠?qū)�測(cè)量過程中的接觸性因素避免掉。與傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測(cè)技術(shù)相比，激光測(cè)距儀能夠避免接觸性因素對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響;

　　(3)實(shí)時(shí)在線測(cè)量。與傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測(cè)技術(shù)相比，激光測(cè)距儀能夠在線測(cè)量，具有較高的實(shí)時(shí)性，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè);

　　(4)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。激光測(cè)距儀能夠通過自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)各零部件之間距離的自動(dòng)測(cè)量與計(jì)算。傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測(cè)技術(shù)是一種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，需要專門人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行操作。這一過程不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力且耗費(fèi)人力和物力。

　　因此，基于激光測(cè)距技術(shù)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行在線檢測(cè)是一種較好地解決方案。本文主要針對(duì)基于激光測(cè)距技術(shù)的起重機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)展開研究。該系統(tǒng)利用高精度的激光測(cè)距儀代替了傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測(cè)中使用機(jī)械或人工方式進(jìn)行測(cè)量所產(chǎn)生的誤差和不足;利用該系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，對(duì)保證起重機(jī)正常運(yùn)行具有重要意義。

　　2.系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)由激光測(cè)距儀、數(shù)據(jù)處理軟件、下位機(jī)三部分組成，其中下位機(jī)包括主控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和光電開關(guān)。上位機(jī)主要功能是完成對(duì)激光測(cè)距儀的控制，同時(shí)完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)。其中，主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，采用PC+工控機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。

　　采用PC+工控機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，主要是為了節(jié)省成本、提高系統(tǒng)集成度和數(shù)據(jù)處理效率。PC+工控機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，可以將工控機(jī)作為上位機(jī)的主機(jī)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)與激光測(cè)距儀進(jìn)行通信、控制、數(shù)據(jù)處理和顯示等功能。采用PC+工控機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，主要是為了解決工控機(jī)與上位機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)速度慢、易丟包等問題。

　　在實(shí)際使用中，需要將PC+工控機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和上位機(jī)相結(jié)合，以達(dá)到既能快速傳輸數(shù)據(jù)又能快速顯示數(shù)據(jù)的目的。針對(duì)激光測(cè)距儀，采用光電開關(guān)作為輸入端。光電開關(guān)是一種可以將微弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的器件，能夠?qū)⑽⑷蹼娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。當(dāng)激光測(cè)距儀通過光電開關(guān)后，光電開關(guān)就會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。利用光電開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光測(cè)距儀的控制以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。光電開關(guān)與PLC相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC指令的采集、執(zhí)行等操作。PLC采用可編程控制器，具有較強(qiáng)的可靠性和穩(wěn)定性。

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)激光測(cè)距儀所使用的光源和光學(xué)系統(tǒng)等進(jìn)行了合理選擇。選擇合適的光源可以提高測(cè)量精度;選擇合適的光學(xué)系統(tǒng)可以提高激光測(cè)距儀的使用壽命和穩(wěn)定性;合理選擇光源和光學(xué)系統(tǒng)還能使測(cè)量更加準(zhǔn)確、可靠。

　　3.激光測(cè)距原理

　　在激光測(cè)距過程中，被測(cè)物體與激光之間的距離是決定測(cè)量精度的重要因素。根據(jù)激光測(cè)距原理，可以將激光測(cè)距分為脈沖式、回波式和吸收式三種類型。脈沖式激光測(cè)距的工作原理是：利用激光測(cè)距儀發(fā)射一定數(shù)量的激光束，通過測(cè)量激光束與目標(biāo)之間的距離來計(jì)算被測(cè)距離，這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)得的距離精度高、范圍廣，且不需要接觸被測(cè)物體。但這種方法存在以下問題：

　　(1)由于受大氣散射以及其他環(huán)境因素的影響，如果被測(cè)距離過近或者激光束之間存在一定夾角，那么測(cè)量結(jié)果就會(huì)受到影響;

　　(2)激光束會(huì)由于各種原因而發(fā)生偏移，如激光器或接收裝置的安裝角度、運(yùn)動(dòng)速度等原因;

　　(3)被測(cè)物體表面對(duì)激光有吸收作用，造成測(cè)量誤差。回波式激光測(cè)距的工作原理是：當(dāng)發(fā)射激光束后，在接收端產(chǎn)生與發(fā)射相同頻率的回波信號(hào)，并記錄其相位差。根據(jù)回波信號(hào)的相位變化，可以計(jì)算出被測(cè)距離�；夭ㄏ辔徊钆c發(fā)射頻率、接收頻率、被測(cè)物體表面光學(xué)特性等有關(guān)。因此，要想獲得精確的測(cè)量結(jié)果，就必須要準(zhǔn)確測(cè)量出回波相位差。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，由于外界環(huán)境因素影響和激光本身特性原因等因素影響，回波相位差會(huì)產(chǎn)生偏差。為了提高測(cè)量精度，一般在實(shí)際測(cè)量過程中會(huì)采用高精度的時(shí)鐘和測(cè)量?jī)x器來減少外界環(huán)境因素影響。吸收式激光測(cè)距是利用某種介質(zhì)吸收激光后產(chǎn)生一個(gè)與入射激光頻率相同且反向的回波信號(hào)來計(jì)算目標(biāo)距離的方法。

　　因此，這種測(cè)距方法只能用于特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的目標(biāo)距離測(cè)量，不能用于其他波長(zhǎng)范圍內(nèi)目標(biāo)距離的測(cè)量。此外吸收式激光測(cè)距對(duì)溫度和濕度較為敏感，在溫度過低或過高時(shí)會(huì)影響到測(cè)量精度。

　　結(jié)束語：

　　綜上所述，(1)在分析起重機(jī)激光檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)之后，對(duì)其硬件部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹。其中包括激光測(cè)距儀、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)等，對(duì)各部分的功能進(jìn)行了介紹。(2)對(duì)軟件部分進(jìn)行了詳細(xì)說明，包括激光測(cè)距儀和計(jì)算機(jī)之間的通信軟件、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡之間的通信軟件以及數(shù)據(jù)處理軟件，并詳細(xì)介紹了相應(yīng)的操作流程。(3)針對(duì)起重機(jī)激光檢測(cè)系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行了討論，并提出了解決方案，以便于對(duì)起重機(jī)激光檢測(cè)儀的進(jìn)一步研究。(4)對(duì)起重機(jī)激光檢測(cè)儀進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，起重機(jī)激光檢測(cè)系統(tǒng)中存在的問題是可以通過增加一些輔助設(shè)備來解決的。

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