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

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

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

　　(3)采用激光測距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)檢測過程中的實(shí)時(shí)在線檢測，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);激光檢測儀;機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，作為我國重要基礎(chǔ)設(shè)施之一的起重機(jī)越來越多地應(yīng)用于我國各行各業(yè)中，起重機(jī)檢測工作也隨之變得越來越重要。傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測工作，一般是采用人工或機(jī)械方式，對起重機(jī)進(jìn)行測量，以求得到起重機(jī)各零部件的實(shí)際尺寸。這種方法雖然簡單、方便，但是由于在進(jìn)行檢測時(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)來對起重機(jī)進(jìn)行在線檢測的重要性。激光測距儀是一種具有較高精度的測距儀器，其價(jià)格相對較低、體積小、重量輕、精度高。

　　1.激光檢測儀意義

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

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

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

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

　　(4)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。激光測距儀能夠通過自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)各零部件之間距離的自動(dòng)測量與計(jì)算。傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測技術(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)場對起重機(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，基于激光測距技術(shù)對起重機(jī)進(jìn)行在線檢測是一種較好地解決方案。本文主要針對基于激光測距技術(shù)的起重機(jī)在線檢測系統(tǒng)展開研究。該系統(tǒng)利用高精度的激光測距儀代替了傳統(tǒng)的起重機(jī)檢測中使用機(jī)械或人工方式進(jìn)行測量所產(chǎn)生的誤差和不足;利用該系統(tǒng)對起重機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，對保證起重機(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)主要功能是完成對激光測距儀的控制，同時(shí)完成對數(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。針對激光測距儀，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轉(zhuǎn)化為光信號的器件，能夠?qū)⑽⑷蹼娦盘栟D(zhuǎn)換為光信號。當(dāng)激光測距儀通過光電開關(guān)后，光電開關(guān)就會(huì)將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。利用光電開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)對激光測距儀的控制以及對數(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，針對激光測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量精度;選擇合適的光學(xué)系統(tǒng)可以提高激光測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)還能使測量更加準(zhǔn)確、可靠。

　　3.激光測距原理

　　在激光測距過程中，被測物體與激光之間的距離是決定測量精度的重要因素。根據(jù)激光測距原理，可以將激光測距分為脈沖式、回波式和吸收式三種類型。脈沖式激光測距的工作原理是：利用激光測距儀發(fā)射一定數(shù)量的激光束，通過測量激光束與目標(biāo)之間的距離來計(jì)算被測距離，這種測量方法的優(yōu)點(diǎn)是測得的距離精度高、范圍廣，且不需要接觸被測物體。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，如果被測距離過近或者激光束之間存在一定夾角，那么測量結(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)被測物體表面對激光有吸收作用，造成測量誤差�；夭ㄊ郊す鉁y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，并記錄其相位差。根據(jù)回波信號的相位變化，可以計(jì)算出被測距離�；夭ㄏ辔徊钆c發(fā)射頻率、接收頻率、被測物體表面光學(xué)特性等有關(guān)。因此，要想獲得精確的測量結(jié)果，就必須要準(zhǔn)確測量出回波相位差。

　　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。為了提高測量精度，一般在實(shí)際測量過程中會(huì)采用高精度的時(shí)鐘和測量儀器來減少外界環(huán)境因素影響。吸收式激光測距是利用某種介質(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來計(jì)算目標(biāo)距離的方法。

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

　　結(jié)束語：

　　綜上所述，(1)在分析起重機(jī)激光檢測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)之后，對其硬件部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹。其中包括激光測距儀、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)等，對各部分的功能進(jìn)行了介紹。(2)對軟件部分進(jìn)行了詳細(xì)說明，包括激光測距儀和計(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)針對起重機(jī)激光檢測系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行了討論，并提出了解決方案，以便于對起重機(jī)激光檢測儀的進(jìn)一步研究。(4)對起重機(jī)激光檢測儀進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，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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