一種基于激光測(cè)距的二維區(qū)域掃描保護(hù)裝置的設(shè)計(jì).pdf

1、伴隨著工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展以及機(jī)械加工業(yè)的不斷壯大，機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件對(duì)加工人員造成的各種機(jī)械傷害的數(shù)量和嚴(yán)重程度均不斷提高。這個(gè)問(wèn)題在正全力建設(shè)工業(yè)化社會(huì)的中國(guó)尤其嚴(yán)重，給生產(chǎn)工人造成重大的身體和精神傷害，給企業(yè)和國(guó)家造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，給社會(huì)造成嚴(yán)重的不良影響。機(jī)械安全已成為影響廣大產(chǎn)業(yè)工人幸福指數(shù)的重要因素。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人的安全也越來(lái)越受到國(guó)家和社會(huì)的普遍重視。各種人身安全保護(hù)產(chǎn)品不斷引進(jìn)和推廣

2、，包括安全光幕、雙手按鈕、安全地毯、激光安全掃描儀（二維區(qū)域掃描保護(hù)裝置）等被廣泛應(yīng)用到各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用于人身安全防護(hù)。由于國(guó)內(nèi)安全防護(hù)產(chǎn)品研究起步較晚，功能安全技術(shù)的應(yīng)用不成熟以及技術(shù)難度相對(duì)較高，國(guó)內(nèi)至今沒(méi)有一家公司能夠自主生產(chǎn)二維區(qū)域性?huà)呙璧谋Ｗo(hù)裝置。而進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品的價(jià)格高昂，應(yīng)用成本高昂。
　　二維區(qū)域掃描保護(hù)裝置應(yīng)用非常廣泛，除被應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平面范圍內(nèi)的區(qū)域性入侵檢測(cè)外，也可豎直安裝用于大面積的非接觸式的安全隔離，同

3、樣該產(chǎn)品也可應(yīng)用于自動(dòng)送料車(chē)的周?chē)h(huán)境探測(cè)，引導(dǎo)送料車(chē)按預(yù)設(shè)路線(xiàn)運(yùn)行。鑒于目前國(guó)外產(chǎn)品昂貴，國(guó)內(nèi)沒(méi)有任何成熟產(chǎn)品提供，本論文研究了一種基于激光測(cè)距原理的二維區(qū)域掃描保護(hù)裝置。
　　本文研究的保護(hù)裝置核心是精確激光測(cè)距[18][19]和控制功能的安全完整性。系統(tǒng)包括高精度測(cè)距系統(tǒng)（含脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、精密計(jì)時(shí)系統(tǒng)）、光學(xué)掃描系統(tǒng)和總體控制系統(tǒng)以及上位機(jī)人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。
　　脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)主要研究采用雪崩晶體

4、管作為開(kāi)關(guān)裝置，配合半導(dǎo)體激光二極管產(chǎn)生高功率、窄脈沖寬度、短上升沿的探測(cè)脈沖激光束。
　　信號(hào)接收系統(tǒng)主要研究采用高靈敏度的APD接收管接收反射信號(hào)，設(shè)計(jì)高帶寬、寬信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的放大電路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大處理。
　　精密計(jì)時(shí)系統(tǒng)是以高精度計(jì)時(shí)芯片TDC-GP2為核心，對(duì)發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)差進(jìn)行記錄。
　　光學(xué)掃描系統(tǒng)利用直流無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)反射鏡對(duì)出射激光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，按系統(tǒng)要求對(duì)掃描角度范圍內(nèi)的二維空間進(jìn)行掃描，并接收各

5、個(gè)方向反射回來(lái)的激光信號(hào)。
　　總體控制系統(tǒng)以DSP芯片為核心部件，采用雙回路架構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各基本功能的同時(shí)，重點(diǎn)研究提高系統(tǒng)的功能安全完整性水平。使系統(tǒng)安全等級(jí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)IEC61496-1/-3中Type3的要求，系統(tǒng)的安全完整性等級(jí)達(dá)到SIL2級(jí)。
　　人機(jī)界面設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)上位機(jī)界面，提供操作人員與保護(hù)裝置的溝通通道，方便對(duì)保護(hù)裝置的功能以及保護(hù)區(qū)域和告警區(qū)域的設(shè)置。
　　另外，設(shè)計(jì)過(guò)程也充分地考慮了電磁