基于无接触测量的纸张厚度检测系统设计

　　在印刷[1]输纸过程中,由于纸张过薄、带静电,或者吹风压脚磨损等诸多原因,就可能出现双张或多张进入印刷机,从而使印刷机出现故障。如果不及时排除,就会影响印品质量,出现废品,影响设备的使用寿命,甚至可能造成机械设备事故,损坏设备。另外,由于印刷机零件松动或者老化等原因,输纸机会出现输送空张的情况,这些都是不希望发生且亟待解决的问题。以往的解决方式是通过人工或用机械的方式进检测,人工方式费时费力,工作效率低,机械的方式属于接触式检测[2],在接触纸张时会对纸张造成压力,从而引起纸张容易变形,尤其对于重复套印的半成品的损害更大,有可能破坏印品质量,造成废品。因此,基于传感器的无接触式测量引起了人们的普遍关注。显然,传感器[3-4]的选择是设计系统的关键。

　　设计基于无接触测量的纸张厚度检测系统,该系统是设在纸张进入印刷前的一道安全关卡,通过检测纸张厚度检查输纸机是否输送空张或者误送双张或多张的情况。当检查到这类情况,控制器立即发出控制信号,使输纸机停止输纸工作。

　　1　传感器的选择

　　目前常用的无接触传感器主要有激光传感器、超声波传感器和视觉传感器,每种传感器各有优缺点。

　　激光传感器价格昂贵,要求要有很好的光路系统,主要用于军事和科学研究方面,工业应用并不多见;超声波传感器由于能够穿透物质而传播,因此在各行各业得到了广泛地应用,其中超声波测距已是一门比较成熟的技术;视觉传感器在工业方面主要用于产品的质量检测和工业对象的定位。针对印刷机纸张厚度检测的具体情况,超声波传感器无疑是一个较好的选择。

　　超声波是一种机械振动在媒质中的传播过程,其频率一般在20 kHz以上。与普通声波相比,具有如下特性:

　　1)束射特性。由于超声波的频率高、波长短,所以超声波射线和光线一样,遵守几何光学的定律,能够反射、折射,还能聚焦。即超声波射线从一种物质表面反射时,入射角等于反射角;当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时会产生折射,即会改变它的传播方向,两种物质的密度相差越大,折射愈大。

　　2)吸收特性。声波在各种物质中传播时,随着传播距离的增加,强度会逐渐减弱,这是因为物质会吸收掉它的部分能量。对同一物质,超声波的频率越高,吸收越强。对频率一定的声波,在空气中传播时吸收最强,在固体中传播时吸收最弱。

　　3)高功率性,当声波到达某一物质中时,声波的作用使得物质中的分子也跟着振动,振动的频率和声波频率―样,频率决定了速度,频率越高,速度越快。分子由于振动所获得的能量除了与分子的质量有关外,还与分子振动的速度有关。速度越快,能量越高。超声波的频率比普通声波高很多,所以它可以使物质分子获得更大的能量,换句话说,超声波可以使物质获得足够大的功率。