CN103398668B - 臂架系统的检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种臂架系统的检测装置及检测方法，其中，臂架系统的检测装置包括：多个光传感器，多个光传感器布置在传感平面内；光发射源，安装在待检测臂架系统的臂头处，其中，光发射源在待检测臂架系统处于初始位置时竖直地朝向传感平面发射第一光源，与第一光源位置对应的光传感器感应到第一光源并发出第一触发信号，光发射源在待检测臂架系统处于吊载时竖直地朝向传感平面发射第二光源，与第二光源位置对应的光传感器感应到第二光源并发出第二触发信号；控制器，根据第一触发信号和第二触发信号确定待检测臂架系统的旁弯值和幅度变动值。本发明的臂架系统的检测装置能够确定臂架系统的实际旁弯值和实际幅度变动值。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种臂架系统的检测装置及检测方法。
背景技术
起重机在出厂前，需要在试验场地对其工作状态进行试验与标定。起重机吊载工作状态时，由于重物移动惯性、臂间间隙、一侧的风载荷等因素的影响，臂架系统往往会发生垂直于变幅平面的侧向弯曲变形——旁弯（区别于变幅平面内的垂向弯曲变形）。旁弯变形必然使臂架的幅度也发生变化。
由于起重机臂架系统筒体结构尺寸大，且为中空结构，且筒体内部布置有插拔销装置，测量其中性层的旁弯、幅度时传感器布置有诸多不便。并且，臂架系统是多节臂嵌套而成，吊载时各节臂间有多种组合，各组合在不同吊载幅度下吊载时变形旁弯、幅度值各不相同，即使是在同一变幅下，由不同节臂组合而得到的臂架系统旁弯、幅度值也不相同。因此，行业内在起重机出厂试验时对臂架系统旁弯、幅度的检测没有一套可行的检测方案与手段。现有技术均通过有限元方法来间接的、静态的获得臂架系统吊载状态的旁弯、幅度值，其主要缺点如下：
1）对吊载时臂架系统旁弯、幅度值不能通过真实测量得到，无法得到真实的臂架系统旁弯、幅度值。有限元计算是以一系列的力学假定为前提，计算得到的旁弯、幅度值与实际吊载时的真值间吻合度尚无法得到验证；
2）有限元计算的旁弯、幅度值是基于理想吊装工况下获得的，而起重机吊载工作时受场地、风载、工人操作熟练程度等多种因素的影响，实际的臂架系统变形旁弯、幅度与有限元理论计算值必然出现偏差，理论计算值难以作为臂架系统优化设计、有限元计算方法验证及吊重过程中的起重机安全控制策略的参考依据。
3）臂架系统旁弯、幅度参数是监控吊载安全性、可靠性的重要参数，更是检验臂架系统有限元计算及制定起重机安全控制策略的一个重要参考，对吊载时臂架系统旁弯、幅度进行检测是十分必要的。目前起重机出厂前的试验阶段，无法得出起重机臂架系统的旁弯、幅度值，无法标定起重机的旁弯、幅度参数。
发明内容
本发明旨在提供一种能够确定臂架系统的实际旁弯值和实际幅度变动值的臂架系统的检测装置及检测方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种臂架系统的检测装置，包括：多个光传感器，多个光传感器布置在传感平面内；光发射源，安装在待检测臂架系统的臂头处，其中，光发射源在待检测臂架系统处于初始位置时竖直地朝向传感平面发射第一光源，与第一光源位置对应的光传感器感应到第一光源并发出第一触发信号，光发射源在待检测臂架系统处于吊载时竖直地朝向传感平面发射第二光源，与第二光源位置对应的光传感器感应到第二光源并发出第二触发信号；控制器，与多个光传感器均电连接，控制器用于接收第一触发信号和第二触发信号，并根据第一触发信号和第二触发信号确定待检测臂架系统的旁弯值和幅度变动值。
进一步地，控制器根据第一触发信号确定第一坐标，控制器根据第二触发信号确定第二坐标，控制器根据第一坐标和第二坐标确定旁弯值和幅度变动值。
进一步地，控制器预存坐标集合，坐标集合包括每个光传感器所对应的坐标，控制器将第一触发信号和第二触发信号分别与坐标集合匹配得到第一坐标和第二坐标。
进一步地，本发明的臂架系统的检测装置还包括：回转中心坐标获取装置，用于获取待检测臂架系统的回转中心的第三坐标，旁弯值为第二坐标到第一坐标和第三坐标之间连线的距离，幅度变动值为第二坐标在第一坐标和第三坐标之间连线上的投影点与第一坐标之间的距离。
进一步地，本发明的臂架系统的检测装置还包括：显示器，与控制器电连接用于实时显示检测状态及参数。
进一步地，多个光传感器在传感平面内呈矩阵状布置。
根据本发明的另一方面，提供了一种臂架系统的检测方法，包括以下步骤：安装在待检测臂架系统的臂头处的光发射源在待检测臂架系统处于初始位置时竖直地朝向传感平面发射第一光源，布置在传感平面内的多个光传感器中与第一光源位置对应的光传感器感应到第一光源并发出第一触发信号；光发射源在待检测臂架系统处于吊载时竖直地朝向传感平面发射第二光源，与第二光源位置对应的光传感器感应到第二光源并发出第二触发信号；控制器根据第一触发信号和第二触发信号确定待检测臂架系统的旁弯值和幅度变动值。
进一步地，通过以下步骤确定旁弯值和幅度变动值：控制器根据第一触发信号确定第一坐标，控制器根据第二触发信号确定第二坐标；控制器根据第一坐标和第二坐标确定旁弯值和幅度变动值。
进一步地，控制器预存坐标集合，坐标集合包括每个光传感器所对应的坐标，通过以下步骤确定第一坐标和第二坐标：控制器将第一触发信号和第二触发信号分别与坐标集合匹配得到第一坐标和第二坐标。
进一步地，本发明的臂架系统的检测方法，还包括：回转中心坐标获取装置，用于获取待检测臂架系统的回转中心的第三坐标，旁弯值为第二坐标到第一坐标和第三坐标之间连线的距离，幅度变动值为第二坐标在第一坐标和第三坐标之间连线上的投影点与第一坐标之间的距离。
进一步地，在确定第一坐标和第二坐标之后还包括以下步骤：在显示器上实时显示检测状态及参数。
在本发明的技术方案中，臂架系统的检测装置包括：多个光传感器、光发射源和控制器。其中，多个光传感器布置在传感平面内。该传感平面可以是平整的试验场地，光发射源安装在待检测臂架系统的臂头处，控制器与多个光传感器均电连接。检测时，在尚未吊载时，待检测臂架系统处于初始位置，使光发射源竖直地朝向传感平面发射第一光源，第一光源便可被与第一光源位置对应的光传感器感应到，该光传感器会发出第一触发信号。在吊载重物后，由于重物移动惯性、臂间的间隙以及一侧的风载荷等因素的影响，臂架系统往往会发生侧向的弯曲变形即旁弯。在吊载重物后，使光发射源竖直地朝向传感平面发射第二光源，第二光源便可被与第二光源位置对应的光传感器感应到，该光传感器会发出第二触发信号。控制器用于接收第一触发信号和第二触发信号，并根据第一触发信号和第二触发信号确定待检测臂架系统的旁弯值和幅度变动值。由于第一触发信号和第二触发信号能够反映待检测臂架系统的臂头在尚未吊载时和吊载重物后的实际位置，进而根据第一触发信号和第二触发信号能够得到的臂架系统的实际旁弯值和实际幅度变动值。这样，有效地解决了现有技术中依赖有限元方法，无法获得臂架系统吊载时旁弯、幅度变动值的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的臂架系统的检测装置的实施例的连接示意图；
图2示出了图1的检测装置的光传感器和光发射源与待检测臂架系统的配合状态示意图；
图3示出了图2的光传感器、光发射源和待检测臂架系统的俯视示意图；
图4示出了图3的光传感器、光发射源和待检测臂架系统的局部示意图；以及
图5示出了根据本发明的臂架系统的检测方法的实施例的流程示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、待检测臂架系统；2、臂头；10、光传感器；20、光发射源；30、控制器；40、显示器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图4所示，本实施例的臂架系统的检测装置包括：多个光传感器10、光发射源20和控制器30。其中，多个光传感器10布置在传感平面内。该传感平面可以是平整的试验场地，光发射源20安装在待检测臂架系统1的臂头2处，控制器30与多个光传感器10均电连接。
检测时，在尚未吊载时，待检测臂架系统1处于初始位置，如图2和图3所示，使光发射源20竖直地朝向传感平面发射第一光源，第一光源可以是特定波长的光源，比如红外线，第一光源便可被与第一光源位置对应的光传感器10感应到，该光传感器10会发出第一触发信号。
在吊载重物后，由于重物移动惯性、臂间的间隙以及一侧的风载荷等因素的影响，臂架系统往往会发生侧向的弯曲变形即旁弯，如图2和图3所示，待检测臂架系统1偏离初始位置。在吊载重物后，使光发射源20竖直地朝向传感平面发射第二光源，第二光源可以是特定波长的光源，比如红外线，第二光源便可被与第二光源位置对应的光传感器10感应到，该光传感器10会发出第二触发信号。
控制器30用于接收第一触发信号和第二触发信号，并根据第一触发信号和第二触发信号确定待检测臂架系统1的旁弯值和幅度变动值。由于第一触发信号和第二触发信号能够反映待检测臂架系统1的臂头2在尚未吊载时和吊载重物后的实际位置，进而根据第一触发信号和第二触发信号同时结合臂架系统回转中心的位置能够得到的臂架系统的实际旁弯值和实际幅度变动值。这样，有效地解决了现有技术中依赖有限元方法，无法获得臂架系统吊载时旁弯、幅度变动值的问题。
优选地，坐标系的建立方式如下：传感平面所在的平面为xy平面，垂直方向为z轴方向，x、y、z轴满足右手定则，坐标原点为O点，同时设定好X轴和Y轴，控制器30预存该坐标系的坐标集合，坐标集合包括每个光传感器10所对应的坐标，这样，每个光传感器10所在的点的位置就可被唯一确定。
控制器30根据第一触发信号确定第一坐标，优选地，控制器30将第一触发信号与坐标集合匹配得到第一坐标，第一坐标为臂头2在尚未吊载时竖直投影至坐标系内的位置。同理，控制器30根据第二触发信号确定第二坐标，优选地，控制器30将第二触发信号与坐标集合匹配得到第二坐标，第二坐标为臂头2在吊载重物后竖直投影至坐标系内的位置。当使待检测臂架系统1的回转中心设定在原点，并使待检测臂架系统1沿Y轴方向延伸时，控制器30根据第一坐标和第二坐标就可以确定旁弯值和幅度变动值。第一触发信号和第二触发信号的传输的方式可以是无线传输也可是有线传输。优选地，控制器30可以为待检测臂架系统1的控制器，比如起重机嵌入式控制器，或是力矩限制器等。
优选地，如图4所示，当使待检测臂架系统1的回转中心设定在原点，并使待检测臂架系统1沿Y轴方向延伸时，第一坐标为（x0，y0），第二坐标为（x1，y1）。通过以下公式确定旁弯值和幅度变动值：
P=x1-x0，
F=y0-y1，
其中，P为旁弯值，F为幅度变动值，x0和y0为第一光源在坐标系内的坐标，x1和y1为第二光源在坐标系内的坐标。
在图中未示出的实施例中，臂架系统的检测装置还包括：回转中心坐标获取装置，用于获取待检测臂架系统1的回转中心的第三坐标。此时，待检测臂架系统1的回转中心可以不设定在原点，待检测臂架系统1也可以不沿Y轴方向延伸，即使臂架系统的回转中心处于任意点，待检测臂架系统1可以与Y轴平行或相交。此时，旁弯值为第二坐标到第一坐标和第三坐标之间连线的距离，幅度变动值为第二坐标在第一坐标和第三坐标之间连线上的投影点与第一坐标之间的距离。
上述两种方式均是在传感平面所在的平面建立坐标系的，本领域技术人员知道，坐标系的建立方式并不限于此，也可以根据回转中心坐标获取装置获取到的第三坐标以及待检测臂架系统1的延伸方向建立坐标系，即在臂架系统所在的平面建立坐标系。在上述坐标系中，旁弯值和幅度变动值的计算方式与上述方式类似，在此不再赘述。
为了提高人机交互便捷性，本实施例的检测装置还包括：显示器40，该显示器40与控制器30电连接用于实时显示检测状态及参数，比如第一坐标和第二坐标。优选地，显示器40可以为待检测臂架系统1的控制器的显示屏，比如起重机嵌入式控制器的显示屏。
为了提高检测精度，多个光传感器10在传感平面内呈矩阵状布置。检测精度是由光传感器10的尺寸大小、间距大小所决定的。优选地，多个光传感器10埋植在平整的试验场地内。
本申请还提供了一种臂架系统的检测方法，如图5所示，根据本申请的臂架系统的检测方法的实施例包括以下步骤：
步骤S10：安装在待检测臂架系统1的臂头2处的光发射源20在待检测臂架系统1处于初始位置时竖直地朝向传感平面发射第一光源，布置在传感平面内的多个光传感器10中与第一光源位置对应的光传感器10感应到第一光源并发出第一触发信号。
步骤S20：光发射源20在待检测臂架系统1处于吊载时竖直地朝向传感平面发射第二光源，与第二光源位置对应的光传感器10感应到第二光源并发出第二触发信号。
步骤S30：控制器30根据第一触发信号和第二触发信号确定待检测臂架系统1的旁弯值和幅度变动值。
优选地，坐标系的建立方式如下：传感平面所在的平面为xy平面，垂直方向为z轴方向，x、y、z轴满足右手定则，坐标原点为O点，同时设定好X轴和Y轴，控制器30预存该坐标系的坐标集合，坐标集合包括每个光传感器10所对应的坐标，这样，每个光传感器10所在的点的位置就可被唯一确定。
控制器30根据第一触发信号确定第一坐标，优选地，控制器30将第一触发信号与坐标集合匹配得到第一坐标，第一坐标为臂头2在尚未吊载时竖直投影至坐标系内的位置。同理，控制器30根据第二触发信号确定第二坐标，优选地，控制器30将第二触发信号与坐标集合匹配得到第二坐标，第二坐标为臂头2在吊载重物后竖直投影至坐标系内的位置。当使待检测臂架系统1的回转中心设定在原点，并使待检测臂架系统1沿Y轴方向延伸时，控制器30根据第一坐标和第二坐标就可以确定旁弯值和幅度变动值。第一触发信号和第二触发信号的传输的方式可以是无线传输也可是有线传输。优选地，控制器30可以为待检测臂架系统1的控制器，比如起重机嵌入式控制器，或是力矩限制器等。
如图4所示，当使待检测臂架系统1的回转中心设定在原点，并使待检测臂架系统1沿Y轴方向延伸时，第一坐标为（x0，y0），第二坐标为（x1，y1）。通过以下公式确定旁弯值和幅度变动值：
P=x1-x0，
F=y0-y1，
其中，P为旁弯值，F为幅度变动值，x0和y0为第一光源在坐标系内的坐标，x1和y1为第二光源在坐标系内的坐标。
在图中未示出的实施例中，臂架系统的检测装置还包括：回转中心坐标获取装置，用于获取待检测臂架系统1的回转中心的第三坐标。此时，待检测臂架系统1的回转中心可以不设定在原点，待检测臂架系统1也可以不沿Y轴方向延伸，即使臂架系统的回转中心处于任意点，待检测臂架系统1可以与Y轴平行或相交。此时，旁弯值为第二坐标到第一坐标和第三坐标之间连线的距离，幅度变动值为第二坐标在第一坐标和第三坐标之间连线上的投影点与第一坐标之间的距离。
上述两种方式均是在传感平面所在的平面建立坐标系的，本领域技术人员知道，坐标系的建立方式并不限于此，也可以根据回转中心坐标获取装置获取到的第三坐标以及待检测臂架系统1的延伸方向建立坐标系，即在臂架系统所在的平面建立坐标系。在上述坐标系中，旁弯值和幅度变动值的计算方式与上述方式类似，在此不再赘述。
优选地，在确定第一坐标和第二坐标之后还包括以下步骤：在显示器40上实时显示检测状态及参数，比如第一坐标和第二坐标。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种臂架系统的检测装置，其特征在于，包括：
多个光传感器(10)，多个所述光传感器(10)布置在传感平面内；
光发射源(20)，安装在待检测臂架系统(1)的臂头(2)处，其中，所述光发射源(20)在所述待检测臂架系统(1)处于初始位置时竖直地朝向所述传感平面发射第一光源，与所述第一光源位置对应的所述光传感器(10)感应到所述第一光源并发出第一触发信号，所述光发射源(20)在所述待检测臂架系统(1)处于吊载时竖直地朝向所述传感平面发射第二光源，与所述第二光源位置对应的所述光传感器(10)感应到所述第二光源并发出第二触发信号；
控制器(30)，与多个所述光传感器(10)均电连接，所述控制器(30)用于接收所述第一触发信号和所述第二触发信号，并根据所述第一触发信号和所述第二触发信号确定所述待检测臂架系统(1)的旁弯值和幅度变动值，其中，所述控制器(30)根据所述第一触发信号确定第一坐标，所述控制器(30)根据所述第二触发信号确定第二坐标，所述控制器(30)根据所述第一坐标和所述第二坐标确定所述旁弯值和所述幅度变动值；
回转中心坐标获取装置，用于获取所述待检测臂架系统(1)的回转中心的第三坐标，所述旁弯值为所述第二坐标到所述第一坐标和所述第三坐标之间连线的距离，所述幅度变动值为所述第二坐标在所述第一坐标和所述第三坐标之间连线上的投影点与所述第一坐标之间的距离。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述控制器(30)预存坐标集合，所述坐标集合包括每个所述光传感器(10)所对应的坐标，所述控制器(30)将所述第一触发信号和所述第二触发信号分别与所述坐标集合匹配得到所述第一坐标和所述第二坐标。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：
显示器(40)，与所述控制器(30)电连接用于实时显示检测状态及参数。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，多个所述光传感器(10)在所述传感平面内呈矩阵状布置。
5.一种臂架系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
安装在待检测臂架系统(1)的臂头(2)处的光发射源(20)在所述待检测臂架系统(1)处于初始位置时竖直地朝向传感平面发射第一光源，布置在所述传感平面内的多个光传感器(10)中与所述第一光源位置对应的所述光传感器(10)感应到所述第一光源并发出第一触发信号；
所述光发射源(20)在所述待检测臂架系统(1)处于吊载时竖直地朝向传感平面发射第二光源，与所述第二光源位置对应的所述光传感器(10)感应到所述第二光源并发出第二触发信号；
控制器(30)根据所述第一触发信号和所述第二触发信号确定所述待检测臂架系统(1)的旁弯值和幅度变动值，通过以下步骤确定所述旁弯值和所述幅度变动值：
所述控制器(30)根据所述第一触发信号确定第一坐标，所述控制器(30)根据所述第二触发信号确定第二坐标；
所述控制器(30)根据所述第一坐标和所述第二坐标确定所述旁弯值和所述幅度变动值；
回转中心坐标获取装置用于获取所述待检测臂架系统(1)的回转中心的第三坐标，所述旁弯值为所述第二坐标到所述第一坐标和所述第三坐标之间连线的距离，所述幅度变动值为所述第二坐标在所述第一坐标和所述第三坐标之间连线上的投影点与所述第一坐标之间的距离。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述控制器(30)预存坐标集合，所述坐标集合包括每个所述光传感器(10)所对应的坐标，通过以下步骤确定所述第一坐标和所述第二坐标：
所述控制器(30)将所述第一触发信号和所述第二触发信号分别与所述坐标集合匹配得到所述第一坐标和所述第二坐标。
7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，在确定所述第一坐标和所述第二坐标之后还包括以下步骤：
在显示器(40)上实时显示检测状态及参数。
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