一種基于激光測距的二維區(qū)域掃描保護裝置的設計.pdf

1、伴隨著工業(yè)自動化的飛速發(fā)展以及機械加工業(yè)的不斷壯大，機械運動部件對加工人員造成的各種機械傷害的數量和嚴重程度均不斷提高。這個問題在正全力建設工業(yè)化社會的中國尤其嚴重，給生產工人造成重大的身體和精神傷害，給企業(yè)和國家造成重大的經濟損失，給社會造成嚴重的不良影響。機械安全已成為影響廣大產業(yè)工人幸福指數的重要因素。隨著我國工業(yè)化進程的不斷推進，以及國民經濟的不斷進步，人的安全也越來越受到國家和社會的普遍重視。各種人身安全保護產品不斷引進和推廣

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)域掃描保護裝置）等被廣泛應用到各種工業(yè)現場用于人身安全防護。由于國內安全防護產品研究起步較晚，功能安全技術的應用不成熟以及技術難度相對較高，國內至今沒有一家公司能夠自主生產二維區(qū)域性掃描的保護裝置。而進口同類產品的價格高昂，應用成本高昂。
　　二維區(qū)域掃描保護裝置應用非常廣泛，除被應用在工業(yè)現場進行平面范圍內的區(qū)域性入侵檢測外，也可豎直安裝用于大面積的非接觸式的安全隔離，同

3、樣該產品也可應用于自動送料車的周圍環(huán)境探測，引導送料車按預設路線運行。鑒于目前國外產品昂貴，國內沒有任何成熟產品提供，本論文研究了一種基于激光測距原理的二維區(qū)域掃描保護裝置。
　　本文研究的保護裝置核心是精確激光測距[18][19]和控制功能的安全完整性。系統(tǒng)包括高精度測距系統(tǒng)（含脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)、精密計時系統(tǒng)）、光學掃描系統(tǒng)和總體控制系統(tǒng)以及上位機人機界面的開發(fā)設計。
　　脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)主要研究采用雪崩晶體

4、管作為開關裝置，配合半導體激光二極管產生高功率、窄脈沖寬度、短上升沿的探測脈沖激光束。
　　信號接收系統(tǒng)主要研究采用高靈敏度的APD接收管接收反射信號，設計高帶寬、寬信號動態(tài)范圍的放大電路對接收信號進行放大處理。
　　精密計時系統(tǒng)是以高精度計時芯片TDC-GP2為核心，對發(fā)射和接收信號的時差進行記錄。
　　光學掃描系統(tǒng)利用直流無刷電機帶動反射鏡對出射激光束進行偏轉，按系統(tǒng)要求對掃描角度范圍內的二維空間進行掃描，并接收各

5、個方向反射回來的激光信號。
　　總體控制系統(tǒng)以DSP芯片為核心部件，采用雙回路架構，在實現系統(tǒng)各基本功能的同時，重點研究提高系統(tǒng)的功能安全完整性水平。使系統(tǒng)安全等級達到標準IEC61496-1/-3中Type3的要求，系統(tǒng)的安全完整性等級達到SIL2級。
　　人機界面設計的主要任務是設計上位機界面，提供操作人員與保護裝置的溝通通道，方便對保護裝置的功能以及保護區(qū)域和告警區(qū)域的設置。
　　另外，設計過程也充分地考慮了電磁