CN103791975B - 卧式金属罐容积自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卧式金属罐容积自动测量装置，该装置包括支撑架、上部夹持于支撑架上的导杆和顶部与导杆底部连接的伸缩顶尖，导杆上安装有测头，测头上安装至少一个测距机，测头通过第一驱动装置与导杆传动连接并相对导杆上下直线移动，测距机通过第二驱动装置与测头转动连接并绕导杆中心轴线转动；第一驱动装置通过与其连接的高度编码器和控制电路控制测头上下移动，第二驱动装置通过与其连接的角度编码器和控制电路控制测距机转动，高度编码器和角度编码器均与控制电路连接。本发明机械结构简单、可靠性高，定位精准，操作及调整便捷，可用于卧式金属罐水平断面的逐层自动扫描测量，然后在相应软件的处理后获得卧式金属罐容积。

Description

卧式金属罐容积自动测量装置

技术领域

本发明涉及自动测量技术，尤其涉及一种卧式金属罐容积自动测量装置。

背景技术

卧式金属罐是一种常见的工业设备，其广泛地应用于化工、冶金、环保、电厂、制药、酿造、储运、石油、食品等行业。这种卧式金属罐呈规则的几何的形状，由位于中间的圆筒形筒体11和位于两头顶板12组合而成，顶板按其形状可分为平顶、弧形顶、圆台顶、锥形顶、球缺顶、椭球顶等。圆筒形筒体11顶部具有与一开口13，卧式是指金属罐横置，参见图1，由于卧式金属罐通常埋设于地面下，内部装有油或其他物品，卧式金属罐在使用过程中会发生变形，当变形达到一定程度时就会影响到卧式金属罐的正常使用，为了得知卧式金属罐的变形状况，过一段时间就需要对其体积进行测量，通过其体积变化给出新的卧式金属罐容积表。

现有技术的一种卧式金属罐容积的测量方式采用几何法，这种方法需要测量人员进入金属罐内部测量金属罐内部的直径、长度及顶板高度等参数，进而获得卧式金属罐的容积，这种方法操作复杂、测量时间长、测量精度低。

现有技术的一种卧式金属罐容积的测量方式采用容积法，这种方法需要向金属罐中不断注入已知体积的溶液，直至加满为止，这种方法操作繁琐、测量时间长、并且测量精度低。

现有技术的另一种卧式金属罐容积测量方法，在金属罐中某一高度固定一激光测头，不断调整激光测头的仰角或俯角测量金属罐各水平截面上各点的极坐标，通过这些极坐标计算各水平截面面积及垂直截面方向的金属罐高度获得金属罐的容积。这种测量方法需要不断调整激光测头的仰角或俯角以保证测量的极坐标在同一高度水平截面上，容易产生误差，并且这种方法控制过程复杂，测量速度慢，且只是对测量到的金属罐各水平截面上各点的极坐标进行简单的计算得出金属罐容积，测量精度低。

发明内容

本发明提供一种卧式金属罐容积自动测量装置，用于克服现有技术中的缺陷，简化了操作，提高了测量速度，测量误差较小。

本发明提供的卧式金属罐容积自动测量装置，该装置包括用于夹持在卧式金属罐开口上的支撑架、上部夹持于支撑架上的导杆和顶部与导杆底部连接的伸缩顶尖，导杆上安装有测头，测头上安装有至少一个测距机，测头通过第一驱动装置和控制电路与导杆传动连接并相对导杆上下直线移动，测距机通过第二驱动装置与测头转动连接并绕导杆中心轴线转动；第一驱动装置通过与其连接的高度编码器和控制电路控制测头依次上升或下降至导杆长度方向上的多个预定位置，第二驱动装置通过与其连接的角度编码器和控制电路控制测距机在每上升或下降至一预定位置后绕所述导杆中心轴线在水平面上转动，高度编码器和角度编码器均与控制电路连接。

本发明提供的卧式金属罐容积自动测量装置，机械结构简单、可靠性高，定位精准，操作及调整便捷，可用于卧式金属罐水平断面的逐层自动扫描测量，然后在相应软件的处理后获得卧式金属罐容积。

附图说明

图1为本发明实施例提供的卧式金属罐容积自动测量装置的使用参考示意图；

图2为本发明实施例提供的卧式金属罐容积自动测量装置的局部剖视图一；

图3为本发明实施例提供的卧式金属罐容积自动测量装置的局部剖视图二；

图4为本发明实施例提供的导杆单元的剖视图；

图5为本发明实施例提供的相邻两导杆单元之间的装配图；

图6a为本发明实施例提供的伸缩顶尖的剖视图；

图6b为图6a中局部A进入卡位前的结构示意图；

图6c为图6a中局部A进入卡位后的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的支撑架的俯视图；

图8为图7中沿B-B向剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提供一种卧式金属罐容积自动测量装置，该装置包括用于夹持在卧式金属罐开口13上的支撑架2、上部夹持于支撑架2上的导杆3和顶部与导杆底部连接的伸缩顶尖4，导杆3上安装有测头5，测头5上安装有至少一个测距机6，测头5通过第一驱动装置与导杆传动连接并相对导杆上下直线移动，测距机6通过第二驱动装置与测头5转动连接并绕导杆中心轴线转动；第一驱动装置通过与其连接的高度编码器7和控制电路9控制测头5依次上升或下降至导杆长度方向上的多个预定位置，第二驱动装置通过与其连接角度编码器8和控制电路9控制测距机6在每上升或下降至一预定位置后绕所述导杆中心轴线在水平面上转动，高度编码器7和角度编码器8均与控制电路9连接。

本发明提供的卧式金属罐容积自动测量装置，具体使用时，首先根据卧式金属罐内的液位调整伸缩顶尖的长度，将调整好长度的伸缩顶尖顶部安装在导杆的底端，然后将导杆及顶尖整体从支撑架2中下入罐内，并使得顶尖底端与卧式金属罐底壁抵触，然后将支撑架安装在卧式金属罐开口13上调整支撑架，使得支撑架将导杆抱紧固定，测头位于液面上方，控制电路启动第一驱动装置，测头沿导杆直线下降至预设在控制电路内部程序中的第一高度时，高度编码器向控制电路发出信号使得第一电机停止转动，同时启动第二驱动装置，测距机绕导杆中心轴线转动，在转动过程中通过测距机测量获得卧式金属罐水平截面边缘预设各点的极坐标，当转动至360度时角度编码器向控制电路发出信号使得第二驱动装置停止转动，同时启动第一电机转动；循环上述动作，使测头沿导杆依次下降至数个预设高度直至下降至第二高度，在每一预设高度，测距机均绕导杆中心轴线水平旋转一周，通过测距机测量卧式金属罐在该水平截面边缘预设各点的极坐标，根据所测点的极坐标获取第一高度对应的水平截面以上的容积、第二高度对应的水平截面以下的容积以及第一高度对应的水平截面与第二高度对应的水平截面之间的容积；从而获得整个卧式金属罐的容积。若安装一个测距机，则需要测距机绕导杆中心轴线360度方向转动，若对称安装两个测距机，则需要测距机绕导杆中心轴线180度方向转动，若安装三个测距机，则需要测距机绕导杆中心轴线120度方向转动，以此类推，若安装M个测距机，则需要测距机绕导杆中心轴线转动的角度：

作为上述实施例的具体实施方式，如图2、图3所示，第一驱动装置包括齿条71、与齿条71啮合的齿轮72和第一电机73，齿条71直接加工在导杆3上，齿轮72与第一电机73输出轴连接，第一电机73与测头5固定连接，高度编码器7设在第一电机上，控制电路9分别连接高度编码器7与第一电机73的控制电源。

第二驱动装置包括一设在测头上的蜗轮81、与该蜗轮81啮合的蜗杆82和与蜗杆82连接的第二电机83，蜗轮81与测头转动连接，第二电机83与测头5固定连接，蜗轮81套设在导杆上且蜗轮81中心线与导杆3中心线重合，角度编码器8设在测距机上，控制电路9分别连接角度编码器8与第二电机83的控制电源。

高度编码器7能够感应到第一电机的输出轴转过的转数，通过齿轮与齿条的传动比能够计算获得第一电机输出轴转过的转数与测头相对导杆上升或下降的位移之间的精确比例，通过该比例能够调整第一电机的输出轴总转数使得测头下降至每一预定高度；角度编码器8的工作原理与高度编码器7的工作原理相同，角度编码器8能够感应到测距机转过的角度；若与测头移动的第一高度对应的第一电机的转数为N1，与测头移动的第二高度对应的第一电机的转数为N2，则可在控制电路内部程序中设定，当高度编码器测得第一电机的转数达到N1时，高度编码器向控制电路发送信号，切断第一电机的电源同时启动第二电机转动，当角度编码器测得测距机转过的角度达到设定的角度φ（本实施例中选用两个测距机，设定角度为180度）时，角度编码器向控制电路发送信号，切断第二电机电源同时启动第一电机转动，当高度编码器的转数达到N2时，高度编码器再次向控制电路发送信号，切断第一电机的电源同时启动第二电机转动，当角度编码器测得测距机转过的角度达到设定角度2φ时，切断第二电机电源。

为了保证测头能够沿导杆直线上下移动，测头上具有导块51，导杆外壁上具有导块51配合的导向面52。导块51可选用两个滚动轴承，减小摩擦。

如图4、图5所示，为了能够适用于不同高度的卧式金属罐以及内部液位高低不等的卧式金属罐，导杆3由多节导杆单元30首尾连接而成。导杆单元30包括轴套31和固定在轴套两端的接头32，接头上外凸面321和内凹面322，其中一个接头的外凸面321朝向导杆单元外端，另一接头的内凹面322朝向导杆单元外端；相邻两接头之间通过内置螺栓33固定连接。内置螺栓33上穿设有第一弹簧34，用于防止内置螺栓33松动引起两导杆单元之间连接松动。相邻两导杆单元连接时，后一导杆单元前端的接头外凸面伸入前一导杆单元后端的接头内部并与其内凹面配合，起保证导杆单元拼接后的直线度要求。

如图6a、图6b、如图6c所示，轴芯顶部具有导向座44，外套管41上具有至少一个环状凹槽45，导向座上具有横向的通孔，该通孔内安装有弹簧46，弹簧两端具有能与环状凹槽45配合的钢珠47。

顶尖的伸缩是通过人工拉出和推进轴芯来实现，轴芯头部伸出于外套管外底面，轴芯尾部连接一导向座内置于管内部，该导向座为圆柱体，尺寸与外套管内壁尺寸为间隙配合，可为轴芯的伸缩运动做直线导向作用，在导向座径向方向开有一圆形通孔，内置一弹簧，弹簧两头各压入一钢珠，在外套管内壁加工有至少一个环形凹槽卡位，当轴芯带动导向座沿外套管内壁滑动到某定长尺寸时，导向座的内置钢珠与环形凹槽位置重合，钢珠在弹簧压力下向两侧运动进入到环状凹槽空隙部分与环状凹槽接触点充分接触，此时轴芯在轴向方向运动受到一定阻力，会有明显的卡滞感，即完成了卡位动作，外套管下端的紧固螺钉起到定位锁紧的作用，使轴芯位置固定，参见图6b。松开外套管下端的紧固螺钉，用力拉或者推轴芯头部，只要力度大于钢珠与环形凹槽卡位的力度，钢珠则会退回到导向座内，此时轴芯的定长卡位功能解除。本实施例中，当轴芯伸出外套管的长度最短时即位于轴芯最下端的卡槽与紧固螺钉配合时，导向座上的钢珠与环状凹槽配合；当然也可以对应于每个卡槽位置在外套管内壁设一环状凹槽，用于轴芯顶部的卡位并进一步加强顶尖的稳定性，参见图6c。

如图7、图8所示，支撑架包括一连接板21、一端均铰接在该连接板上的至少三根伸缩杆22和设在连接板21上的至少三个紧固卡爪23，伸缩杆22以铰接轴为轴心向连接板21外侧旋转的角度在-90°至+90°之间，以分别调整各所述伸缩杆在固定时的撑开角度；连接板21上具有一用于穿设导杆3的穿设孔24，伸缩杆22另一端具有与卧式金属罐开口配合的直角卡圈25；紧固卡爪23均与连接板21螺纹连接并沿穿设孔24径向布置。将直角卡圈25放置于卧式金属罐开口13上，通过旋转螺旋套延长3根伸缩杆的长度，使支撑架与金属罐口开口上的法兰13贴紧，直角卡圈25与法兰13上边沿搭接，使支撑架不会脱落，紧固卡爪23用于将导杆3抱紧固定，这里的紧固卡爪23是螺钉。

伸缩杆22包括螺纹套221和一端设在该螺纹套221内并与其配合的螺纹轴222。通过将螺纹轴222旋进或旋出螺纹套221内部调整伸缩杆22整体的长度，使之与卧式金属罐开口大小适配。伸缩杆还包括一连接套223和设在该连接套223内的第二弹簧224，该连接套一端封闭，另一端具有端盖，其中封闭的一端与连接板21铰接，端盖上具有导向孔，螺纹轴伸出螺纹套的一端具有一缓冲头225，该缓冲头225穿入该导向孔内并与第二弹簧224一端连接，第二弹簧224另一端与连接套封闭的端部抵触或连接。缓冲头225在连接套223内伸缩，防止螺纹轴与螺纹套之间螺纹连接的松动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，该装置包括用于夹持在卧式金属罐开口上的支撑架、上部夹持于支撑架上的导杆和顶部与导杆底部连接的伸缩顶尖，导杆上安装有测头，测头上安装有至少一个测距机，测头通过第一驱动装置与导杆传动连接并相对导杆上下直线移动，测距机通过第二驱动装置与测头转动连接并绕导杆中心轴线转动；第一驱动装置通过与其连接的高度编码器和控制电路控制测头依次上升或下降至导杆长度方向上的多个预定位置，第二驱动装置通过与其连接的角度编码器和控制电路控制测距机在每上升或下降至一预定位置后绕所述导杆中心轴线在水平面上转动，高度编码器和角度编码器均与控制电路连接；

所述顶尖包括与所述导杆下端固定连接的外套管和设在所述外套管内的轴芯，所述轴芯上间隔设有多个卡槽，所述外套管上设有至少一个端部伸入该卡槽内的紧固螺钉；

所述轴芯顶部具有导向座，所述外套管上具有至少一个环状凹槽，所述导向座上具有横向的通孔，该通孔内安装有第一弹簧，所述第一弹簧两端具有能与所述环状凹槽配合的钢珠。

2.根据权利要求1所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，第一驱动装置包括直接加工于导杆上的齿条、与齿条啮合的齿轮和第一电机，齿轮与第一电机输出轴连接，第一电机与测头固定连接，高度编码器设在第一电机上，控制电路分别连接高度编码器与第一电机的控制电源。

3.根据权利要求1所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，第二驱动装置包括一设在测头上的蜗轮、与该蜗轮啮合的蜗杆和与蜗杆连接的第二电机，蜗轮与测头转动连接，第二电机与测头固定连接，蜗轮套设在导杆上且蜗轮中心线与导杆中心线重合，角度编码器设在测距机上，角度编码器控制电路分别连接角度编码器与第二电机的控制电源连接。

4.根据权利要求1所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，测头上具有导块，导杆外壁上具有导块配合的导向面。

5.根据权利要求1所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，所述导杆由多节导杆单元首尾连接而成。

6.根据权利要求5所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，导杆单元包括轴套和固定在轴套两端的接头，接头上具有外凸面和内凹面，其中一个接头的外凸面朝向导杆单元外端，另一接头的内凹面朝向导杆单元 外端；相邻两接头之间通过内置螺栓固定连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，所述支撑架包括一连接板、一端均铰接在该连接板上的至少三根伸缩杆和设在所述连接板上的至少三个紧固卡爪，所述伸缩杆以铰接轴为轴心向所述连接板外侧旋转的角度在-90°至+90°之间；

所述连接板上具有一用于穿设所述导杆的穿设孔，所述伸缩杆另一端具有与所述卧式金属罐开口配合的直角卡圈；所述紧固卡爪均与所述连接板螺纹连接并沿所述穿设孔径向布置。

8.根据权利要求7所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，所述伸缩杆包括螺纹套和一端设在该螺纹套内并与其配合的螺纹轴。

9.根据权利要求8所述的卧式金属罐容积自动测量装置，其特征在于，所述伸缩杆还包括一连接套和设在该连接套内的第二弹簧，该连接套一端封闭，另一端具有端盖，其中封闭的一端与所述连接板铰接，端盖上具有导向孔，所述螺纹轴伸出螺纹套的一端具有一缓冲头，该缓冲头穿入该导向孔内并与所述第二弹簧一端连接，所述第二弹簧另一端与连接套封闭的端部抵触或连接。