激光定位在棉花加工中的應(yīng)用和發(fā)展方向

■ 杜泳溧 孫 科 雷 鵬 楊曉林 劉盼盼

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州 450004〕

一、激光定位的應(yīng)用領(lǐng)域

當(dāng)前激光技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，小到激光掃描儀，大到巡航導(dǎo)彈的激光跟蹤系統(tǒng)，激光技術(shù)在其中都起著至關(guān)重要的作用。激光定位作為激光技術(shù)的一個(gè)分支，憑借其光束發(fā)散度小、相干性好以及閃光時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到零售業(yè)的掃碼槍、建筑行業(yè)的激光測(cè)距、激光準(zhǔn)直，加工行業(yè)的激光標(biāo)線、激光切割等上。此外，激光定位也是安防報(bào)警系統(tǒng)中的重要技術(shù)。

二、激光定位原理介紹

目前較常見的激光定位大多是通過激光對(duì)射技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其功能的，現(xiàn)就激光對(duì)射的系統(tǒng)組成及工作原理做一下簡(jiǎn)單介紹。

激光對(duì)射探測(cè)器由收、發(fā)兩部分組成，使用DC 6 V～36 V電源驅(qū)動(dòng)發(fā)射端，發(fā)射直徑約3 mm的單束或多束激光束，照射距離可達(dá)幾百米。接收器由光學(xué)透鏡、激光光電管、放大整形電路、功率驅(qū)動(dòng)器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。其工作原理是接收器能收到激光射束為正常狀態(tài)，而當(dāng)發(fā)生入侵時(shí)，發(fā)射器發(fā)射的激光束被遮擋，即光電管接收不到激光，此時(shí)接收器將發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并經(jīng)整形放大后輸出開關(guān)量電平信號(hào)，再通過相應(yīng)的控制器轉(zhuǎn)換信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)及部件的定位、急停等相應(yīng)指令。

激光對(duì)射探測(cè)器的選型方面，常用的有四種控制方式。

NPN NO：常態(tài)下電路斷開，當(dāng)感應(yīng)到物體時(shí)輸出負(fù)電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路閉合。

NPN NC：常態(tài)下電路閉合，當(dāng)感應(yīng)到物體時(shí)負(fù)電壓信號(hào)斷開，驅(qū)動(dòng)電路斷開。

PNP NO：常態(tài)下電路斷開，當(dāng)感應(yīng)到物體時(shí)輸出正電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路閉合。

PNP NC：常態(tài)下電路閉合，當(dāng)感應(yīng)到物體時(shí)正電壓信號(hào)斷開，驅(qū)動(dòng)電路斷開。

相較傳統(tǒng)的機(jī)械定位和紅外定位，激光對(duì)射定位的優(yōu)勢(shì)有探測(cè)距離遠(yuǎn)、誤報(bào)率低、抗干擾性強(qiáng)，對(duì)其它設(shè)備無干擾，受惡劣天氣和室內(nèi)外強(qiáng)光影響較小，可以全天候工作；傳統(tǒng)的紅外定位則很容易被障礙物遮擋，傳輸距離也較短，因此需要大量密集部署傳感器，造成較高的硬件和施工成本。此外紅外定位易受熱源、燈光等干擾，致使定位精度下降。

圖1 市面上常用的激光對(duì)射探測(cè)器

三、激光定位在棉花加工中應(yīng)用實(shí)例

下面我們來簡(jiǎn)單了解一下激光定位技術(shù)在棉花加工行業(yè)都有哪些應(yīng)用實(shí)例。

目前在棉花加工廠生產(chǎn)線上應(yīng)用的MWBS-8型全自動(dòng)棉包刷嘜機(jī)在對(duì)棉包進(jìn)行刷嘜過程中就是采用激光對(duì)射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)停包定位。由于MWBS-8型刷嘜機(jī)對(duì)于棉包定位精度要求很高，噴頭需要緊貼著棉包兩個(gè)端面才能實(shí)現(xiàn)最理想的刷嘜效果，所以MWBS-8型刷嘜機(jī)采用了變頻器多段頻率控制和激光精確定位的方式來實(shí)現(xiàn)棉包停靠位置的精準(zhǔn)穩(wěn)定。

沒有待刷棉包的情況下，輸送帶以30Hz-50Hz的頻率空載運(yùn)行，當(dāng)B面光電探頭檢測(cè)到有棉包進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)工控機(jī)是否有正常條碼而判斷是否屬于正常待刷棉包，如果屬于需要刷嘜的棉包，就會(huì)進(jìn)入多段定位程序。

棉包運(yùn)行到A面光電探頭之后，激光對(duì)管開始啟動(dòng)供電，向刷嘜機(jī)系統(tǒng)輸出高電平，同時(shí)輸送帶變頻器開始降速變頻，以4Hz左右的頻率接近激光對(duì)管，如果對(duì)射激光束被棉包端面遮擋，激光對(duì)管向刷嘜機(jī)系統(tǒng)輸出低電平，則認(rèn)為棉包到達(dá)合適位置，停止輸送帶，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確定位。

圖2 MWBS-8全自動(dòng)棉包刷嘜機(jī)應(yīng)用圖例

四、激光定位在棉花加工中的應(yīng)用前景

現(xiàn)階段我國(guó)棉花加工企業(yè)還普遍采用人工拉運(yùn)棉包的方式將生產(chǎn)線上的成包皮棉運(yùn)送到指定位置，隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，這種方式已經(jīng)逐漸無法適應(yīng)生產(chǎn)線自動(dòng)化水平的要求，如果能將激光定位技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)接包上，憑借其無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，相信一定能大大提高棉花加工企業(yè)的生產(chǎn)效率。

激光定位技術(shù)也可以在棉花加工企業(yè)安全生產(chǎn)中發(fā)揮積極作用。由于近年來棉花行情走低，很多棉花加工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不佳，普遍存在設(shè)備陳舊，技術(shù)更新緩慢的問題，再加上棉花加工的季節(jié)性因素和加工車間惡劣的工作環(huán)境的影響，企業(yè)也一直缺乏高素質(zhì)的技術(shù)工人。在這種情況下，如果采用激光對(duì)射技術(shù)在加工車間的危險(xiǎn)位置布防，并輔以蜂鳴器和喇叭等報(bào)警設(shè)備，如有生產(chǎn)人員觸及紅線，高分貝的報(bào)警喇叭及時(shí)預(yù)警并配合生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制，將可以有效地減少安全事故的發(fā)生。

以上只是激光定位在棉花加工行業(yè)的一些初步應(yīng)用，隨著新技術(shù)新工藝的的不斷發(fā)展，特別是伴隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)步，棉花加工行業(yè)的的智能化水平也在不斷提高，激光定位技術(shù)在棉花加工行業(yè)中的應(yīng)用前景也必然更加廣闊?！?/p>