激光测距仪在精炼钢包车测量定位中的应用

马聪勇

（河钢集团宣钢公司， 河北 宣化 075100)）

激光是20 世纪60 年代发展起来的一项新技术，激光与普通光源有显的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点[1]。首先是激光具有小的光束发散角；其次是激光的单色性好，光的频率越单一，单色性越好，在光谱上所占的区域越狭窄。普通灯源或太阳光都是非单色性光；第三是激光的输出功率虽然有限度,但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。激光测距仪就是利用激光进行测距的一种仪器。1961 年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，此后激光测距仪很快就进入了实用阶段。近年来工业上也逐渐开始使用激光测距仪。国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。

在冶金行业中，电极精炼炉是重要的炼钢工序环节和设备，它通过三根石墨电极升温，添加合金对钢水成分进行微调，具有均匀钢水，提高钢水纯净度的功能。在生产中，由钢包车承接钢包进行精炼作业，钢包车在生产过程中随工序要求需不断移动到不同位置，如精炼位、喂丝位、吊包位等。在精炼过程中，对钢包车的位置有较高要求，过去这些位置的确定采用近距离反射限位定位，由于精炼炉下方实际状况环境恶劣，精炼过程中钢花四溅，飞溅的钢花极易使线路及限位起火，使之受到损坏，如线路产生短路、断路，导致定位的失效和定位不准确，使钢包车不能在预定位置停止，从而发生溜车现象，导致车辆碰撞或车辆线缆拽脱事故的发生，影响精炼生产，甚至造成人员设备的伤害，因此采用测量准确度高、维护较方便的激光测距仪。应用激光测距仪后对钢包车准确定位提供了很大帮助。

1 激光测距仪测距基本原理

激光是一种颜色很纯、能量高度集中、方向性很好的光，传播速度为光速，激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器，激光测距仪由激光发射器、反射板、接收器、钟频振荡器等组成。采用发射-反射-接受的工作模式，激光测距仪测距基本原理[2]是激光测距仪在工作时向目标发射出一束很细的激光，经被测对象表面反射并由光电元件接收，计时器测定激光束从发射到接收的时间，从而计算出从发射到目标的距离。激光从发射到接受的时间与到被测对象表面的距离成正比，其表达式为：

式中：D 为激光发射到目标的距离；C 为光在空气中的传播速度C=300 000 000 m/s；t 为激光束从发射到接收的时间。

宣钢精炼炉钢包车距离测量定位采用德国SICK 激光测距仪，为可见的红色光源，主要技术参数：参考电压32 VDC；测量范围：300 m；测量精度：2 mm；重复测量误差0.5 mm；工作寿命：50 000 h；光束在反射板上呈现的最大直径130 mm。

2 激光测距仪安装调试注意事项

在实际安装调试过程中，需要注意以下事项：

1）激光测距仪不能对准人眼直接测量，防止激光对眼睛造成灼烧。

2）激光测距仪不具防水功能，所以需要注意防水，必须使连接的电缆向下，这样雨水和冷凝水可以顺着垂下的电缆滴下来。

3）激光器不具备防摔的功能，激光测距仪很容易摔坏发光器，所以激光测距仪要安装紧固。

4）在钢包车上垂直安装激光反射板，并保证反射板上无灰尘聚集，且反射板要安装紧固。

5）通过西门子DP 网络将激光测距仪连入PLC控制网中，通过网桥进行协议转化。

6）在西门子程序中增加激光测距仪的程序段，并编写程序，在线进行调试。

3 激光测距仪的维护

1）经常检查仪器外观，及时清除表面的灰尘、脏物。

2）清洁激光发射窗时应使用柔软的干布，严禁用硬物刻划、磕碰，以免损坏光学性能。

3）激光测距仪为高精密仪器，使用中应小心轻放，严禁挤压或从高处跌落，以免损坏仪器。

4）线缆接头处理是否规范，是否有松动。

4 激光测距仪在应用中常见故障

激光测距仪在宣钢精炼炉钢包车已应用两年，基本不需要维护，在使用过程中常见故障如下所述。

1）岗位人员不能从电脑画面确认钢包车位置，可能原因是垂直安装在钢包车上的激光反射板掉落或者激光反射板表面集聚大量灰尘。需重新固定好反射板或者擦拭激光板上的灰尘。

2）发射的激光被其他物体挡住，不能照射到反光板上。需将遮挡物体移开。

5 结语

激光测距仪具有适应复杂的环境和非接触的优势，经过长时间的发展，技术已经成熟，测量精度大大提高，宣钢精炼炉钢包车测距定位通过将近距离反射限位改造为激光测距仪，不仅重量轻、体积小、安装调整方便,而且工作稳定、抗干扰能力强,杜绝了因为定位失败造成的车辆碰撞和车辆线缆拽脱事故的发生，极大降低了精炼钢包车的事故率，保证了精炼正常生产节奏和冶炼质量。