一种可见光板材边缘位置检测装置

范泽宇

【摘 要】板材的边缘位置检测在各种生产线中非常重要，它的检测精度，抗干扰能力，稳定性非常重要，根据需要研究了一种可见光板材边缘位置检测装置，检测范围±10mm，通过软件线性校准后，线性度可达±1%，该装置结构简单，检测精度高，抗干扰能力强，稳定可靠及成本低廉，经过现场试用，效果非常好。

【关键词】可见光 边缘位置检测 跑偏

1 引言

板材跑偏是指诸如钢板、纸板、塑料等可挠性卷材在运行中可能受到不可控力的作用，不能保持直线运行而使得其幅宽中心线偏离基准中心线。为了及时检测跑偏并予以纠正，保证卷取的板材整齐美观，提高生产效率，有必要设置板材的边缘位置检测装置。

国内多采用偏移量的开关信号来说明是否偏移，而且也只能大致说明偏移的位移量。这种传统的以数字量定性检测并控制的纠偏系统已不能满足现代化综合要求。光电式传感器多采用红外光反射方式检测，外界光的干扰性较大，不能看到位置而且使用不方便。因此研究制作成本低廉、控制简单、易于使用的纠偏装置具有迫切性和必要性。

2 研究过程

该可见光板材边缘位置检测装置包括光源、光学通路、光电采集、线性化等。该检测装置原理示意图见图1。

该装置采用红光LED作为光源，使用恒流源给LED供电，以保证光源的光照度稳定可靠（LED的寿命约40000小时）。LED发出的光经过45度半透半反玻璃反射后（透过的光由黑色体吸收），进入凸透镜，调整光源的位置，使得經过凸透镜后的光变为平行光。该平行光遇到全返玻璃后返回，经过凸透镜和半透半反玻璃后，由硅光电池转化为电信号。在光电池前增加了滤光片，在光源前增加了小孔，可有效防止杂光的干扰。

硅光电池采用LD1010，此硅光电池接收面积为10*10的线性硅光电池，暗电流为10-10A，响应时间为30us。把硅光电池直接接到运算放大器输入端，由于运放反相输入端为虚地，所以探测器被偏置在零伏工作点上。另外，由反相端流进运放的电流可以忽略，所以光生电流直接流向反馈电阻Rf，在Rf上产生电压信号，由运算放大器输出。运算放大器采用的是两路通用运放LM358，通过设置反馈电阻值使运算放大器作为电流计使用，适合于测量微弱电流，见图2所示。

通过两级运算放大器后，使信号变为0～10V的标准信号，送到单片机，单片机对输入信号A/D采样后进行线性化处理。单片机采用高性能、低功耗的AVR 8位微处理器，先进的RISC结构，大多数指令可以在一个时钟周期内完成，工作于16MHz时，性能高达16MIPS，只需两个时钟周期的硬件乘法器，128K字节的系统内可编程Flash，10，000次写/擦除周期，通过JTAG接口实现对Flash， EEPROM，熔丝位和锁定位的编程，两个具有独立的预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器，两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器，8路10位AD转换器，正常情况下13个时钟完成一次的A/D转换。

调整板材使其边缘位于凸透镜直径线位置，记下此时板材在基准中心线正常运行时的电压值，然后把板材分别向两侧移动（移动范围±10mm），记下不同位置的输出电压值，这样得出20组对应数据，偏移量与输出电压的关系曲线见图3。

当板材边缘位置移动从没有遮挡穿过凸透镜的光柱到完全覆盖光柱，光电池接收到的光通量也逐渐变小，一个偏移量对应确定的输出电压值，因此通过对输出电压值进行处理与控制，进而带动驱动装置完成纠偏是完全可行的。当穿过凸透镜的光柱被板材完全覆盖时，理论上输出电压为0V，但实际上光电池有暗电流的存在及少许的自然光，因此上表中偏移为“+10mm”时（光柱被全部挡住时）仍有小电压输出。

结合应用增加的实用功能包括：采用红色可见光，在使用现场可以清楚的看到板材的位置；增加显示电路，可实时显示板材位置，同时也可显示设定时间内的位置图形，方便查看调试结果；具备远程通信功能。通过Modbus通信系统可对各个参数远方监视、控制。

3 结语

改造后的可见光板材边缘位置检测装置经过现场实际运行验证，板材卷取非常整齐，检测精度高，抗干扰能力强，稳定可靠及成本低廉，只是反光玻璃需定期清理，后期可增加定期清理功能。

参考文献：

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