一種位移－光電式在線檢測裝置設計

左章華

（廣東省南海化工總廠有限公司，廣東 佛山528200）

0 引言

導爆索是一種民爆產品，纏繞型導爆索生產過程中，制索機用塑料扁絲、牛皮紙條將藥粉包裹纏繞，制成導爆索半成品。導爆索藥芯是其重要的質量控制指標之一，如果索芯斷細藥不僅影響產品的使用性能（如爆轟，爆速等），且與使用的安全性關系重大。實際生產中，通過間接控制檢測索芯的直徑來掌握藥芯藥量的多少。

1 檢測裝置設計原理

導爆索索徑檢測技術的原理來源于導火索檢測，根據相類似的索類產品導火索檢測技術，按檢測裝置與檢測對象之間是否直接接觸分類，檢測方法可分為接觸式與非接觸式［1－4］。

本檢測裝置為位移－光電式檢測，根據光電效應原理展開設計，探頭直接接觸并感應探測導爆索的外徑變化，間接反應出導爆索斷細藥，包覆物是否完整無損。探頭把感受到的外徑變化量（主要是外徑變細情況下的變化量），通過檢測裝置感應機構轉換成照射光路的通斷信號。當照射光路中的光敏原件受照射時，光敏原件電阻降低，連接光敏原件電路接通，這樣就可以制成一個控制電路，實現制索機自動停機控制，防止不合格產品的產生。

2 檢測裝置感應機構的組成特點

檢測裝置感應機構如圖1所示。

圖1 檢測裝置感應機構

2．1 結構特點及工作過程

正常檢測時，導爆索卡在扶正滾輪與測量滾輪之間，導爆索被制索機的牽引輪不斷拉制出來，并帶動扶正滾輪及測量滾輪轉動。靜連桿與扶正滾輪通過銷軸及滾動軸承連接，靜連桿尾端通過固定螺母固定在支座上。測量滾輪、活動連桿、彈簧、發光二極管燈、光敏電阻、定位彈簧、定位珠和調整旋鈕共同裝配在測量機構固定套上，構成主體測量感應傳動部套。測量機構固定套也是安裝在支座上，這樣才能最終保證2個滾輪位置的定位。

彈簧為壓彈簧，始終作用于活動連桿，保證測量滾輪始終壓在待測的導爆索上。

發光二極管燈為光源，與光敏電阻處于同一圓柱通道內，該通道即為光路通道，二者相對，光敏電阻隨時接受發光二極管的觸發作用。活動連桿與調整旋鈕的調整心桿也處于一個圓柱通孔內，兩相比較，光路通道直徑要比圓柱通孔小些。正常制索過程中，活動連桿尾端端面與調整旋鈕的調整心桿端面密合，形成密封面，該密封面正處于光路通道中間，遮擋住光路通道，使光亮無法照射到光敏電阻上。當2個滾輪間導爆索變細時，活動連桿在彈簧的作用下前移，這時活動連桿與調整旋鈕的調整心桿密封面出現間隙，發光二極管發出的光將觸發光敏電阻。

調整旋鈕與調整心桿實際上加工為一體。調整旋鈕的內側加工有一圈定位凹坑，與定位彈簧及定位鋼珠相配合。實際上加工了25個凹坑，由于調整心桿的螺紋螺距為0．50 mm，所以每次旋轉調整旋鈕，調整一個定位凹坑位置，就會得到調整心桿軸向0．02 mm的進退調整量。

很重要的一點，接觸式的檢測元件都是在一定機械力作用下卡住制索的。這種可控的微調量適用于導爆索的初始設置，保證機械力的控制，得到理想的控制狀態。正式生產前，標準直徑的導爆索卡在扶持滾輪與測量滾輪之間，旋轉調整旋鈕，調整到光路通道透光觸發控制電路后，調整量旋進0．10 mm，即得到基本的初始工作設置。

2．2 探頭設計

2．2．1 探頭的選擇

圖2 a為前期設計使用的探頭結構形狀，一端為靜探桿，另一端為動探桿，動靜探桿端部均為直徑4 mm圓弧的一部分并修為圓滑刃口，正好卡住4 mm的導爆索，導爆索與探頭間為滑動摩擦。這種探頭也可以實際使用，但問題是這種探頭接觸部位容易造成包裹纏繞導爆索的編織覆蓋物磨損，影響產品質量。

圖2 b為新設計的一種探頭，該探頭在整個檢測裝置感應機構中的裝配位置如圖1所示，為一組滾動輪，動靜滾動輪均開有一段直徑4 mm圓弧槽，導爆索卡在圓弧槽中，導爆索與探頭間的接觸關系為滾動摩擦。動靜連桿均加工有U形口，滾動輪裝在U形口中，通過軸承及銷軸與動靜連桿連接。

圖2 探頭形狀

2．2．2 測量滾動輪參數設計［5－6］

測量滾動輪設計上不但是圓弧槽，而且還將圓弧槽上加工為類似蝸輪形狀的凸弧齒，凸弧齒圓弧形齒頂外形直徑為4 mm，也就是剛剛好卡住標準4 mm的導爆索。

將圓弧槽上加工為凸弧齒主要基于索徑變大的情況下，齒狀結構可以弱化這一不利因素對正常制索的影響。由于導爆索是柔性索類產品，當采用蝸輪狀凸弧齒，齒間間隙所產生的空間將容納索徑變大量，避免導爆索在探頭這里阻滯拉斷。

純圓弧槽與凸弧齒圓弧槽在測量標準導爆索時，有一點很明顯的變化就是會產生一個很小的串動。對于凸弧齒圓弧槽，當導爆索從一條齒向另一條齒過渡時，由于齒間與導爆索的接觸面是不連續的，檢測探頭將要產生一定的串量，串動值和齒間距有關。齒間距越大串動值越大。

在整個檢測裝置設計中，有一個重要的參數要事先確定，即探頭的串量不能大于0．10 mm。當探頭的串量大于0．10 mm時，檢測滾輪的活動連桿與調整連桿之間密封面也將出現0．10 mm的間隙，光通路透光強度達到感應觸發光敏電阻，造成控制停機。這個極限串量是根據實際檢測數據得到的。

所以，為保證齒間距離不至影響串動量過大，設計的探頭允許串量為極限值0．10 mm的20%，即允許串量為0．02 mm，并以此來確定齒間距離。

如圖3所示，根據實際情況確定凸弧齒的齒頂圓直徑為14 mm，齒高為1 mm，檢測滾輪直徑為17 mm（扶正滾輪直徑為17 mm），檢測滾輪與扶正滾輪之間距離在卡測標準索徑時為1 mm。

在以上條件下，當齒間距離產生的串量為0．02 mm時，實際上是兩道凸弧齒之間截取的直徑為14 mm齒頂圓的弦高。這時凈齒間距離為1．06 mm。以此為基準，考慮齒頂厚度為0．30～0．40 mm，可將齒頂圓等分30份，得到30條凸弧齒。

圖3 測量滾動輪凸弧齒參數

改進后的檢測探頭不但克服了前期設計探頭的大部分缺陷，還能夠更加準確敏感檢測到藥芯的直徑變化，避免包裹纏繞物折疊、錯位的偶然影響。能夠更好感應到藥芯的密實程度，基本排除藥芯、塑料扁絲和牛皮紙條偶然不均勻對檢測的影響，作為接觸式感應機構及時穩定準確反映索徑的變化。

3 檢測裝置控制機構

光電控制器的電源電路如圖4所示。采用220 V交流電供電，經變壓器變壓后，采用晶體管整流穩壓后得出12 V和2．2 V的2種總電壓。光電控制器控制電路如圖5所示。

圖4 光電控制器穩壓電源原理

圖5 光電控制器控制電路

輸入通過光敏電阻D的阻值變化，控制晶體管BG1發射極對地的阻值變化，本級采用射級輸出時，為了增加輸入阻抗，從而保證光敏電阻在照度極小的情況下可靠工作，把D設計和安裝在BG1的基極上，當無光射入時BG1截止，D幾乎無電流通過。第2射極觸發器由BG2，BG3組成，其作用相當于一個電子開關，在第1級輸入電壓作用下接通、斷開，當索徑正常時（令其綠燈亮），BG1截止，電子開關BG2截止，BG3導通，在射極電阻上只有BG3的射極電流通過，BG2基極電位低于發射極電位VE，但當BG2基極電位稍高于射極電位VE時，即D受光，BG1射極電阻8 kΩ上稍有電流（約2～5 μA）流過，電子開關觸動工作，當D無光照時又恢復原狀。最后一級是功率放大，其作用是把前級輸入的通斷信號經過功率放大后帶動繼電器動作，切斷電動機220 V電源，停機。

4 結束語

對導爆索檢測裝置的設計進行了論述，作為接觸式感應方式，整個檢測裝置具有測量簡單可靠、連續測量、反映速度快和控制快等特點。導爆索與測量滾輪理論上無相對運動，消除了滑動摩擦生熱這一隱患，測量中保證了系統工作狀態的安全性。由于采用測量滾動輪，卡測索徑將更為準確。從結構上來看，光電效應的原理應用也有一定的啟示，是解決類似問題的良好思路。

在生產現場導爆索檢測裝置還存在以下問題：一是測量滾動輪參數可以進一步優化；二是對藥芯偏粗、藥量偏大的情況，還要進一步改進加藥機構；三是還需對防爆控制箱進行設計，并需相關檢測部門進行合格檢測；四是作為爆炸環境應用，還需要相關權威機構的評估鑒定，才能正式投運應用。

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