范澤宇

【摘 要】板材的邊緣位置檢測在各種生產(chǎn)線中非常重要，它的檢測精度，抗干擾能力，穩(wěn)定性非常重要，根據(jù)需要研究了一種可見光板材邊緣位置檢測裝置，檢測范圍±10mm，通過軟件線性校準(zhǔn)后，線性度可達(dá)±1%，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，檢測精度高，抗干擾能力強，穩(wěn)定可靠及成本低廉，經(jīng)過現(xiàn)場試用，效果非常好。

【關(guān)鍵詞】可見光 邊緣位置檢測 跑偏

1 引言

板材跑偏是指諸如鋼板、紙板、塑料等可撓性卷材在運行中可能受到不可控力的作用，不能保持直線運行而使得其幅寬中心線偏離基準(zhǔn)中心線。為了及時檢測跑偏并予以糾正，保證卷取的板材整齊美觀，提高生產(chǎn)效率，有必要設(shè)置板材的邊緣位置檢測裝置。

國內(nèi)多采用偏移量的開關(guān)信號來說明是否偏移，而且也只能大致說明偏移的位移量。這種傳統(tǒng)的以數(shù)字量定性檢測并控制的糾偏系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代化綜合要求。光電式傳感器多采用紅外光反射方式檢測，外界光的干擾性較大，不能看到位置而且使用不方便。因此研究制作成本低廉、控制簡單、易于使用的糾偏裝置具有迫切性和必要性。

2 研究過程

該可見光板材邊緣位置檢測裝置包括光源、光學(xué)通路、光電采集、線性化等。該檢測裝置原理示意圖見圖1。

該裝置采用紅光LED作為光源，使用恒流源給LED供電，以保證光源的光照度穩(wěn)定可靠（LED的壽命約40000小時）。LED發(fā)出的光經(jīng)過45度半透半反玻璃反射后（透過的光由黑色體吸收），進(jìn)入凸透鏡，調(diào)整光源的位置，使得經(jīng)過凸透鏡后的光變?yōu)槠叫泄?。該平行光遇到全返玻璃后返回，?jīng)過凸透鏡和半透半反玻璃后，由硅光電池轉(zhuǎn)化為電信號。在光電池前增加了濾光片，在光源前增加了小孔，可有效防止雜光的干擾。

硅光電池采用LD1010，此硅光電池接收面積為10*10的線性硅光電池，暗電流為10-10A，響應(yīng)時間為30us。把硅光電池直接接到運算放大器輸入端，由于運放反相輸入端為虛地，所以探測器被偏置在零伏工作點上。另外，由反相端流進(jìn)運放的電流可以忽略，所以光生電流直接流向反饋電阻Rf，在Rf上產(chǎn)生電壓信號，由運算放大器輸出。運算放大器采用的是兩路通用運放LM358，通過設(shè)置反饋電阻值使運算放大器作為電流計使用，適合于測量微弱電流，見圖2所示。

通過兩級運算放大器后，使信號變?yōu)?～10V的標(biāo)準(zhǔn)信號，送到單片機，單片機對輸入信號A/D采樣后進(jìn)行線性化處理。單片機采用高性能、低功耗的AVR 8位微處理器，先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，大多數(shù)指令可以在一個時鐘周期內(nèi)完成，工作于16MHz時，性能高達(dá)16MIPS，只需兩個時鐘周期的硬件乘法器，128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，10，000次寫/擦除周期，通過JTAG接口實現(xiàn)對Flash， EEPROM，熔絲位和鎖定位的編程，兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器，兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器，8路10位AD轉(zhuǎn)換器，正常情況下13個時鐘完成一次的A/D轉(zhuǎn)換。

調(diào)整板材使其邊緣位于凸透鏡直徑線位置，記下此時板材在基準(zhǔn)中心線正常運行時的電壓值，然后把板材分別向兩側(cè)移動（移動范圍±10mm），記下不同位置的輸出電壓值，這樣得出20組對應(yīng)數(shù)據(jù)，偏移量與輸出電壓的關(guān)系曲線見圖3。

當(dāng)板材邊緣位置移動從沒有遮擋穿過凸透鏡的光柱到完全覆蓋光柱，光電池接收到的光通量也逐漸變小，一個偏移量對應(yīng)確定的輸出電壓值，因此通過對輸出電壓值進(jìn)行處理與控制，進(jìn)而帶動驅(qū)動裝置完成糾偏是完全可行的。當(dāng)穿過凸透鏡的光柱被板材完全覆蓋時，理論上輸出電壓為0V，但實際上光電池有暗電流的存在及少許的自然光，因此上表中偏移為“+10mm”時（光柱被全部擋住時）仍有小電壓輸出。

結(jié)合應(yīng)用增加的實用功能包括：采用紅色可見光，在使用現(xiàn)場可以清楚的看到板材的位置；增加顯示電路，可實時顯示板材位置，同時也可顯示設(shè)定時間內(nèi)的位置圖形，方便查看調(diào)試結(jié)果；具備遠(yuǎn)程通信功能。通過Modbus通信系統(tǒng)可對各個參數(shù)遠(yuǎn)方監(jiān)視、控制。

3 結(jié)語

改造后的可見光板材邊緣位置檢測裝置經(jīng)過現(xiàn)場實際運行驗證，板材卷取非常整齊，檢測精度高，抗干擾能力強，穩(wěn)定可靠及成本低廉，只是反光玻璃需定期清理，后期可增加定期清理功能。

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