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

ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ

１５００４０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）／／Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙ

Ａｉｍｅｄ

ｔｏ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．一２０１０．３８（５）．一１２６一１２７

ｏｎ．１ｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｉｍｂｅｒ

ｅｓｔａｂｌｉｓｈ肌ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ。ｑｕｉｃｋ

ｔＯ

ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｒａｉｓｅ

ｓｅｎｓｏｒ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ娟．

ｃｉｅｎｅｙｏｆｗｏｏｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｐｒｏｄｕｃｔｑｕａｌｉｔｙ，ａｃｏｍｐｕｔｅｒ—ｂａｓｅｄｌａｓｅｒ

ｓｙｓｔｅｍ

ｗａｓｗｅｒｅ

ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｏｎ—ｌｉｎｅ

ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｗｏｏｄｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓＷａｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

ｃａｒｒｉｅｄ

ｏｕｔ

ｂｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ

ａｎａｌｙｓｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ

ｍｅａｓｕｒ；ｅｗｏｏｄｓｕｒｆａｃｅｍｕｇｈｎｅｓｓ．

ｌａｓｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；Ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ：Ｄａｔａ

Ｗｏｏｄｓｕｒｆａｃｅ

ｍｕｇｈｎｃ皓ｓ；Ｏｎｌｉｎｅ

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

［１】ＣｖｚｅｇｏｒｚＣ，ＣｈｉａｋｉＴ．Ｏｎ—ｌｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｒｏｕｔｅｒｆｅｅｄｓｐｅｅｄｕｓｉｎｇ

ｌ－

ｃｏｕｓｔｉｅｅｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．ＦｏｒｅｓｔＰｒｏｄｕｃｔｓＪｏｕｒｎａｌ，１９９５，４６：１ｌ—１２．

［２】ＬｅｍａｓｔｅｒＲＬ，ＢｅａｌｌＦＣ．Ｔｈｅｕｇｅｏｆ∞ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ

ｔｏ

ｍｅａｓｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｎ

ｍｅｄｉｕｍｄｅｎｓｉｔｙ

ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ［Ｊ］．Ｆｏｒ－

ｅｓｔ

ＰｒｏｄｕｃｔｓＪｏｕｒｎａｌ，１９９６，４６（１１／１２）：７３－７８．

［３］尼启良，陈波．散射法表面粗糙度测量［Ｊ］．光学精密工程，

２００１，９（２）：１５１—１５４．

［４］强锡富，袁怡宝．建立表面粗糙度评定中线的快速算法［Ｊ］．仪

器仪表学报，１９９４，１５（４）：３５３—３５８．

［５］刘建飞，鲍振武，金杰，等．光学针描法表面粗糙度测量及其关

键技术处理［Ｊ］．河北１二业大学学报。２００１，３０（２）：ｌ－５．

［６］王明枝，王洁瑛，李黎．木材表面粗糙度的分析［Ｊ］．北京林业大

学学报，２００５，”（１）：１４－１８．

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)

1.Crzegorz C,Chiaki T.On-line control of router feed speed using acoustic mission[J].Forest ProductsJournal,1995,46:11-12.

2.Lemaster R L,Beall F C.The use of an optical profilometer to measure surface roughness in mediumdensity fiberboard[J].Forest Products Journal,1996,46(11/12):73-78.3.尼启良,陈波.散射法表面粗糙度测量[J].光学精密工程,2001,9(2):151-154.

4.强锡富,袁怡宝.建立表面粗糙度评定中线的快速算法[J].仪器仪表学报,1994,15(4):353-358.

5.刘建飞,鲍振武,金杰,等.光学针描法表面粗糙度测量及其关键技术处理[J].河北工业大学学报,2001,30(2):1-5.6.王明枝,王洁瑛,李黎.木材表面粗糙度的分析[J].北京林业大学学报,2005,27(1):14-18.

相似文献(2条)

1.期刊论文 尹力.韩玉杰.闵昆龙.YIN Li.HAN Yu-jie.MIN Kun-long 基于单片机的木材表面粗糙度激光在线检测系统 -林业机械与木工设备2008,36(2)

介绍一种用单片机控制激光位移传感器进行在线检测木材机械加工表面粗糙度的新方法.该系统由单片机、模数转换器和激光传感器测量系统(激光头及激光控制器)等组成,试验在木材加工CNC装置上进行.文中给出了硬件结构及软件程序设计流程图.

2.期刊论文 韩玉杰.HAN Yu-jie 木材机械加工表面粗糙度的激光在线检测系统 -林业机械与木工设备2006,34(11)

介绍了一种采用计算机控制激光位移传感器在线检测木材机械加工表面粗糙度的新方法.该系统由计算机、模数转换板(A/D板)、激光传感器测量系统(激光头及激光控制器)等组成,试验研究是在木材加工CNC(Computer Numerical Control)装置上进行的.文中给出了硬件结构、软件程序设计流程图及木材表面粗糙度在线检测的实验数据.

本文链接：http://www.77cn.com.cn/Periodical_dblydxxb201005038.aspx授权使用：湖南大学(hunandx)，授权号：f928c0dc-6eaa-4dff-adce-9e1500a005f8

下载时间：2010年10月20日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hvun.html