计算机控制激光在线检测木材表面粗糙度

计算机控制激光在线检测木材表面粗糙度

第３８卷第５期２０１０年５月

东北林业大学学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＯＲＴｔｌＥＡＳＴＦＯＲＥＳＴＲＹＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

Ｖ０１．３８Ｎｏ．５

Ｍａｖ２０１０

计算机控制激光在线检测木材表面粗糙度１’

袁得春

韩玉杰

（东北林业大学，哈尔滨，１５００４０）

摘要为了高效、快速地在线检测木材表面粗糙度，提高木材加工的生产效率和产品质量，研究设计了计算机控制激光传感器系统。利用该系统对木材表面粗糙度进行在线检测，并对试验测试数据进行了分析，表明该系统对木材表面粗糙度的检测结果准确。

关键词木材表面粗糙度；激光在线检测；数据采集；数据分析分类号ＴＰ３９１．４１：ＴＳ６１２．７

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｂａｓｅｄＯｎｌｉｎｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＷｏｏｄＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓｂｙＬａｓｅｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ／ＹｕａｎＤｅｃｈｕｎ，ＨａｎＹｕｊｉｅ（Ｓｃｈｏｏｌ

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１５００４０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）／／Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙ

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ｔｏ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．一２０１０．３８（５）．一１２６一１２７

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ａｎａｌｙｓｉｓ

随着计算机技术的发展，先进的自动化检测技术已较普遍地应用于木材加工的各个领域，研究木材表面粗糙度的快速在线检测，对木材加工过程中的质量控制及产品分等均具有重要意义。目前，国际上木材表面特征检测多采用声发射控制、光学控制及图像识别等非接触式的检测方法。例如：Ｃｙｒａ等¨’使用声发射传感器测量木材表面粗糙度，以监控

ＣＮＣ

２主要硬件的选取

研究中采用日本ＫＥＹＥＮＣＥ公司生产的ＬＣ一２４００系列超高精度激光位移传感器，激光头选用专用于低反射率物体的ＬＣ－２４５０型激光头。主要技术参数为：

测量范围±５工作距离５０

６７０

ｍｒｎ；ｍｕｌ；

ｍｕｔｅｒ（数控镂铣机）的进给速度；Ｌｅｎｘｇｓｔｅｒ等口’用表面

光度仪测量中密度纤维板的表面粗糙度。笔者则设计了具有检测速度快、精确度高、易于实现自动化等在线检测特点的非接触式的检测方法，即计算机控制的激光位移传感器检测系统，对铣削后木材表面粗糙度的特征进行检测和分析。

光源——可见半导体激光，发射与接受角度２２。，波长

ｔｕｎ，最大功率１．９ｍＷ，脉冲持续期１０最小光点直径４５分辨率Ｏ．５

ｔｕｎ；

ｔｕｎｘ２０ｖａｎ；

ｉｔｓ；

１系统的组成及原理

系统由计算机、模数转换板（Ａ／Ｄ板）、激光传感器、ＣＮＣ加工中心等组成。当进行木材试件的表面粗糙度在线检测时，首先将被加工工件固定在卡具上，然后通过编程或手动控制ＣＮＣ加工中心，按给定切削量和进给速度进行铣削加工。同时启动计算机控制激光传感器，进行试件的表面粗糙度测量、计算、存储及数据显示。系统组成框图如图１所示。

运动方向

线性度±Ｏ．０５；采样频率５０

ｋＨｚ；

响应时间１００岬；

平均测量数ｌ～１３１０７２次；溢出范围±４．９９９５接口ＲＳ２３２Ｃ；

电源电压ＡＣ：１００～２４０功率消耗最大４５

ＶＡ；

Ｖ，５０—６０Ｈｚ；

ｍｍ；

Ｖ；

模拟量输出——位移输出±１０Ｖ，强度输出，０—５

工作温度０—４０℃。

模数转换板型号ＤＡＱｌ２０２，它的信号最大输入范围为：ｔ：ｌＯＶ，增益分为ｌ、２、４、８四个档，对应信号输入范围是±１０、“、±２．５、

±１．２５

●｝—－一

Ｖ。Ａ／Ｄ转换器为１２位，满量程为±２０４８数字量。最

大采样速率４００ｋＨｚ，即采样周期为２．５炉。

３检测系统的软件设计

圈１系统组成框图

１）黑龙江省自然科学基金项目（Ｃ２００４—１８）。

计算机程序的设计主要分屏幕菜单设计和控制程序设计两部分。屏幕程序的设计只设开始、停止两个命令和粗糙度Ｒｚ、Ａ／Ｄ采样值两个数据显示窗口。控制程序分为Ａ／Ｄ转换、动态零点确定、数据采集、１０点最大值筛选、１０点平均值的计算、数字量的换算及标定、数据显示等。在线检测程序见图２。

第一作者简介：袁得春，男，１９８５年４月生，东北林业大学机电工

程学院，硕ｌ：研究生。

通信作者：韩玉杰，东北林业大学机电工程学院，教授。收稿｝１期：２００９年１０月２１日。责任编辑：张建华。

万方数据

计算机控制激光在线检测木材表面粗糙度

第５期

袁得春等：计算机控制激光在线检测木材表面粗糙度

１２７

激光传感器初始测量点的设定：由于激光传感器的零点很难固定，所以在正信号区内（０．４～０．６）Ｖ选择一个偏移初始点，激光传感器在这个区间开始采集数据ｐｏ。

Ａ／Ｄ转换：计算机控制激光传感器进行数据采集，而采集的数据必须先经过Ａ／Ｄ转换，将采集到的模拟量转换为数字量，再输入给计算机进行处理。应当指出的是，铣削加工的表面粗糙度的信号在０到２００ｍＶ之内变化，为了提高精度，Ａ／Ｄ板的增益选择为８。

初始数据的采集：先延时２０１１１５，再进行数据的采集。在铣削加工开始时，工件还没有到达激光测量点的位置，这时激光光线照射在工作台上进行反射，测量距离超过有效范围。

数据采集与表面粗糙度的计算：连续循环采集２００个数据，采样周期根据实际情况确定为１—２ｍｓ；再根据算术平均中线法确定零点，即将采集到２００个数据相加后求平均值，该平均值即为零点Ｈ１；用每个采样值减去零点值，结果大于零点的为正，小于零点的为负；通过比较大小得到１０个最大值（正负各５个），再计算其平均值。最后根据公式求出屁，。

Ｒ。＝［（Ｖｄｘａ）／ｃ］ｘｄ

式中：Ｋ为数字量电压信号；ｏ为模数转换系数，口＝０．６１；ｃ是比例系数，由材种而定，如山毛榉为２．０２２；ｄ为触针测量仪标定激光传感器的系数，由试验测得ｄ＝Ｏ．９瞪Ｊ。

将测量求得的表面粗糙度Ｒ：在屏幕上显示，并存储。在连续的测量和显示表面粗糙度Ｒ：的过程中，当采样数据大于

万方数据

２

０４７时，整个工件测量完毕，停止检测。

铣削加工及在线检测的技术条件为：铣刀轴转速１０００、

２０００、３０００、３５００ｒ ｒａｉｎ一；试件进给速度（在线检测的速度）

０．６、１．８、３．０、６．０、８．４ｍ ｍｉｎ～；切削量０．５ｍｍ；刀片数量４片；试件材料为山毛榉，长度为ｌｍ，纹理角为３０。；试件尺寸１

０００ｍｍｘｌ５０

ｍｉｎｘ３０ｌｌＬｔｎ；试件含水率１０％；刀刃状态良好；径

向切削。

４结果及分析

在刀轴转速为１

０００、２０００、３０００、３５００

ｒ／ｍｌｎ的情况下，

进给速度分别为０．６、１．８、３、６，８．４ｍ／ｍｉｎ。在山毛榉试件加工过程中，针对每种情况，在试件整个长度上采集ｌＯ个点的Ｒ：再求其平均值获得表面粗糙度月，。为便于比较分析，山毛榉的表面粗糙度尺：的检测结果如表１所示。

表１

纹理角为３０。时激光传感器测量的Ｒ。值ｕ册

根据表１中检测的Ｒ：数据可知，当刀轴转速一定时，进给速度越慢，表面粗糙度尺。越小；反之，表面粗糙度Ｒ：越大。

进给速度。与表面粗糙度成正比关系。当进给速度一定时，刀轴转速越低，表面粗糙度詹。越大；反之，Ｒ。越小。刀轴转速ｎ与表面粗糙度Ｒ：成反比关系。这一试验结果符合刀轴转速、进给速度与表面粗糙度的变化规律怕Ｊ，表明该在线检测系统检测数据准确。

设计的计算机控制激光传感器木材表面粗糙度在线检测系统，检测数据准确。它与目前市面上广泛应用的触针式木材表面粗糙度测量仪相比，具有检测速度快、效率高等特点，更适合于木材加工生产车间应用。

参考文献

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５结论

计算机控制激光在线检测木材表面粗糙度

计算机控制激光在线检测木材表面粗糙度

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

袁得春， 韩玉杰

东北林业大学,哈尔滨,150040

东北林业大学学报

JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY2010，38(5)0次

参考文献(6条)

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