CN104121887B - 一种自动化高程传动坐标仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动化高程传动坐标仪，包括挂线部件（1）、拉线（2）、读数部件（3）、升降部件（4）、砝码部件（5）和台架部件（6）；拉线（2）的顶端与挂线部件（1）相连接，穿过读数部件（3）后伸入到台架部件（6）内，拉线（2）的底端连接砝码部件（5）；读数部件（3）设置在台架部件（6）上，升降部件（4）设置台架部件（6）内；升降部件（4）包括托盘（406），砝码部件（5）设置在托盘（406）上方，本发明完全实现了自动化控制与测量，测量精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及混凝土坝高程测量领域，特别是一种自动化、高精度的高程传递测量装置。
背景技术
在混凝土坝建设及后期监测阶段，测量坝内部不同高程面的沉降是一项重要的工作，测量精度要求高、难度大。实际应用中，混凝土坝高程监测一般在坝内廊道内进行，不同于一般建筑物的高程坐标测量。由于空间环境的限制及高差大等因素的影响，工程现场通常采用高程传递的方法监测各高程的坐标和沉降（如图1所示）。高程传递是一种利用已知点高程，采用一定方法逐层传递求出待定点高程的方法。
目前工程现场应用较多的是钢带尺式高程传递坐标仪，一般通过人工读数，结构相对简单，现场人员通过读数部件上的瞄准线读取钢带尺上的上的读数，然后通过高程传递的方法分别计算各测点高程。钢带尺式高程传递坐标仪结构简单、成本底，在工程现场有实际应用，但此类装置也存在一些缺陷：
（1）纯人工操作，无自动化功能，测量时需操作人员亲赴现场读取各测点数值，劳动强度大；
（2）钢带尺本身分辨率低，最小读数约为1～2mm，另，人工瞄准的读数方法误差也相对较大；
（3）钢带尺长时间处于最大拉力状态，容易造成本身应力变形，精度降低。
发明内容
本发明实施的目的在于克服钢带尺式高程传递坐标仪劳动强度大、测量精度低的缺点，提供一种自动化、高精度的高程传递坐标仪。
本发明技术方案如下：
一种自动化高程传动坐标仪，包括挂线部件、拉线、读数部件、升降部件、砝码部件和台架部件。其中拉线为弹性形变较小的线性装置，例如，钢丝。
拉线的顶端与挂线部件相连接，穿过读数部件后伸入到台架部件内，拉线的底端连接砝码部件；读数部件设置在台架部件上，升降部件设置台架部件内；升降部件包括托盘，砝码部件设置在托盘上方。
升降部件还包括手轮、第一联轴器、第二联轴器、蜗轮蜗杆减速机、电动机、丝杆、底座和防转杆。
手轮通过第一联轴器与涡轮蜗杆减速机连接，可人工操作带动蜗轮蜗杆减速机旋转；
电动机通过第二联轴器与蜗轮蜗杆减速机连接，提供蜗轮蜗杆减速机自动旋转的动力；蜗轮蜗杆减速机不仅可以将水平方向的旋转运动转化成竖直方向的旋转运动，而且可以增大输出扭矩；
丝杆与涡轮蜗杆减速机连接，丝杆上的矩形螺纹用于传动作用；
托盘与丝杆通过螺纹连接；底座固定设置在台架部件内，防转杆竖直设置在底座上，防转杆穿过托盘。托盘设置在底座上方，涡轮蜗杆减速机的下方，托盘与丝杆通过螺纹连接，丝杆与涡轮蜗杆减速机连接，涡轮蜗杆减速机的转动，能够带动丝杆转动，丝杆转动过程中能够使托盘产生竖直方向的位移，防转杆用于限位托盘水平方向移动。
防转杆为两根竖直相互平行设置的钢管，从托盘中间穿过，起到限制托盘水平方向旋转的作用。
读数部件包括支架、游标卡尺、连接装置、位移传感器和传感器固定座；游标卡尺竖直设置在支架上，连接装置连接游标卡尺和位移传感器，游标卡尺和位移传感器分居在连接装置的左右两侧，位移传感器设置在传感器固定座上，支架固定设置在台架部件上；拉线穿过连接装置并与之固定为一体。拉线的上下位置变化可以通过游标卡尺和位移传感器反映出来；位移传感器连接远程的数据采集终端，实现数据的远程采集，不需要人工亲赴现场瞄准读数。
连接装置包括拉线夹头、壳体、滚动部件；滚动部件包括基座端和伸出端，伸出端设置在基座端上，伸出端与基座端一体压铸成型，基座端设置壳体内，伸出端伸出壳体；拉线夹头设置在伸出端的顶部；拉线夹头中心位置设置有用于夹紧拉线的拉线穿线孔，滚动部件的中心位置设置有用于拉线穿过的通孔；壳体的两端分别连接位移传感器和游标卡尺。拉线穿过丝夹头和滚动部件，当拉线产生竖直位移时，能够带动壳体竖直位移，由于壳体的两端分别连接位移传感器和游标卡尺，拉线的位移数据便能够被位移传感器和游标卡尺获取。本连接装置避免拉线水平位移对沉降测值的影响，将拉线的水平位移和竖直位移分别独立开来，避免了由于拉线水平位移造成读数部件卡住的现象，规避了拉线水平位移对本套装置测量精度的影响。
滚动部件的上下表面均设置有凹槽，凹槽内设置有若干钢珠，钢珠的直径大于凹槽的深度，钢珠降低了滚动部件与壳体间的摩擦力，使滚动部件在水平方向上的一定范围内能自由顺畅的平移。
台架部件通过角钢焊接而成。
电动机与外置电源装置电连接，位移传感器与外置的信号采集装置连接。
拉线为铟钢丝，直径为1.5mm~2.5mm，铟钢丝线胀系数仅为1*10-6，最大程度的降低了温度变化对拉线长度的影响。
本发明整个工作流程如下：系统（外置的控制平台和数据采集平台）接到测量指令后，控制电动机正转，通过第二联轴器带动涡轮蜗杆减速机工作，进而带动丝杆转动，托盘与丝杆通过螺纹连接，丝杆转动带动托盘下降，托盘脱离砝码部件，将砝码部件放下至悬空，拉线被拉紧，静置分钟后，系统采集位移传感器信号；采集完毕后，系统控制电动机反转，通过第二联轴器带动涡轮蜗杆减速机工作，丝杆反转，托盘上升，接触到砝码部件，并将砝码部件托起，拉线不再受拉力，流程完毕。拉线仅在测量的时候保持受力拉紧状态，避免了拉线由于长时间处于最大拉力状态造成本身应力变形，提高了测量精度，同时游标卡尺读数可单独记录作用于后期比对用，防止位移传感器的出错产生的错误数据，数据准确。
本发明的技术方案有益效果包括：
（1）一种自动化高程传递坐标仪，读数部件结构完全实现了自动化测量，测量时不需操作人员亲赴现场读取各测点数值；连接装置避免拉线水平位移对沉降测值的影响，将拉线的水平位移和竖直位移分别独立开来，避免了由于拉线水平位移造成读数部件卡住的现象，规避了拉线水平位移对本套装置测量精度的影响，测量精度高；
（2）本发明升降部件防止拉线由于长时间处于最大拉力状态造成本身应力变形，进一步提高了测量精度，可以广泛应用在混凝土坝等类似工程的内部沉降监测上。
附图说明
图1为现有技术高程传递坐标仪坝内使用示意图；
图2为本发明自动化高程传递坐标仪的主视图；
图3为本发明自动化高程传递坐标仪的侧视图；
图4为本发明升降部件主视图；
图5为本发明升降部件侧视图；
图6为读数部件示意图；
图7为连接装置结构图示意图；
图8为连接装置结构三维图；
图9为连接装置的拉线夹头和滚动部件三维图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2和图3所示，一种自动化高程传动坐标仪，包括挂线部件1、拉线2、读数部件3、升降部件4、砝码部件5和台架部件6。本实施例中，拉线2为钢丝。
拉线2的顶端与挂线部件1相连接，穿过读数部件3后伸入到台架部件6内，拉线2的底端连接砝码部件5；读数部件3设置在台架部件6上，升降部件4设置台架部件6内；升降部件4包括托盘406，砝码部件5设置在托盘406上方。
如图4和图5所示，升降部件4还包括手轮401、第一联轴器402a、第二联轴器402b、蜗轮蜗杆减速机403、电动机404、丝杆405、底座407和防转杆408。
手轮401通过第一联轴器402a与涡轮蜗杆减速机403连接，可人工操作带动蜗轮蜗杆减速机旋转；
电动机404通过第二联轴器402b与蜗轮蜗杆减速机403连接，提供蜗轮蜗杆减速机自动旋转的动力；蜗轮蜗杆减速机不仅可以将水平方向的旋转运动转化成竖直方向的旋转运动，而且可以增大输出扭矩；
丝杆405与涡轮蜗杆减速机403连接，丝杆405上的矩形螺纹用于传动作用；
托盘406与丝杆405通过螺纹连接；底座407固定设置在台架部件6内，防转杆408竖直设置在底座407上，防转杆408穿过托盘406。较优地，防转杆由两个钢管组成，从托盘中间穿过，防止托盘水平方向旋转。
如图6所示，读数部件3包括支架301、游标卡尺303、连接装置304、位移传感器305和传感器固定座306；游标卡尺303竖直设置在支架301上，连接装置304连接游标卡尺303和位移传感器305，位移传感器305设置在传感器固定座306上，支架301固定设置在台架部件6上；拉线2穿过连接装置304并与之固定成一体。拉线的上下位置变化可以通过游标卡尺和位移传感器反映出来；位移传感器连接远程的数据采集终端，实现数据的远程读数，不需要人工亲赴现场瞄准读数。
如图7、图8和图9所示，连接装置304包括拉线夹头304-1、壳体304-2、滚动部件304-3；滚动部件304-3包括基座端和伸出端，伸出端设置在基座端上，伸出端与基座端一体压铸成型，基座端设置壳体304-2内，伸出端伸出壳体304-2；拉线夹头304-1设置在伸出端的顶部；拉线夹头304-1中心位置设置有用于夹紧拉线的拉线穿线孔，滚动部件304-3的中心位置设置有用于拉线穿过的通孔；壳体304-2的两端分别连接位移传感器305和游标卡尺303。拉线穿过丝夹头304-1和滚动部件304-3，当拉线产生竖直位移时，能够带动壳体304-2竖直位移，由于壳体304-2的两端分别连接位移传感器305和游标卡尺303，拉线的位移数据便能够被位移传感器305和游标卡尺303获取。本连接装置304避免拉线水平位移对沉降测值的影响，将拉线的水平位移和竖直位移分别独立开来，避免了由于拉线水平位移造成读数部件卡住的现象，规避了拉线水平位移对本套装置测量精度的影响。
滚动部件304-3的上下表面均设置有凹槽，凹槽内设置有若干钢珠，钢珠的直径大于凹槽的深度，钢珠降低了滚动部件与壳体间的摩擦力，使滚动部件在水平方向上的一定范围内能自由顺畅的平移。
台架部件6通过角钢焊接而成。
电动机04与外置电源装置电连接，位移传感器305与外置的信号采集装置连接。拉线为铟钢丝，直径为1.5mm~2.5mm，铟钢丝线胀系数仅为1*10-6，最大程度的降低了温度变化对拉线长度的影响。
本发明整个工作流程如下：系统（外置的控制平台和信号采集装置）接到测量指令后，控制电动机正转，通过第二联轴器402b带动涡轮蜗杆减速机403工作，进而带动丝杆转动，托盘406与丝杆405通过螺纹连接，丝杆转动带动托盘下降，托盘脱离砝码部件，将砝码部件放下至悬空，拉线被拉紧，静置20分钟后，系统采集位移传感器信号；采集完毕后，系统控制电动机反转，通过第二联轴器带动涡轮蜗杆减速机403工作，丝杆反转，托盘上升，接触到砝码部件，并将砝码部件托起，拉线不再受拉力，流程完毕。拉线仅在测量的时候保持受力拉紧状态，避免了拉线由于长时间处于最大拉力状态造成本身应力变形，提高了测量精度，同时游标卡尺读数可单独记录作用于后期比对用，防止位移传感器的出错产生的错误数据，数据准确。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，包括挂线部件（1）、拉线（2）、读数部件（3）、升降部件（4）、砝码部件（5）和台架部件（6）；
所述拉线（2）的顶端与挂线部件（1）相连接，拉线（2）穿过所述读数部件（3）后伸入到台架部件（6）内，所述拉线（2）的底端连接砝码部件（5）；
所述读数部件（3）设置在台架部件（6）上，升降部件（4）设置台架部件（6）内；
所述升降部件（4）包括托盘（406），所述砝码部件（5）设置在托盘（406）上方；
所述升降部件（4）还包括手轮（401）、第一联轴器（402a）、第二联轴器（402b）、蜗轮蜗杆减速机（403）、电动机（404）、丝杆（405）、底座（407）和防转杆（408）；
所述手轮（401）通过第一联轴器（402a）与涡轮蜗杆减速机（403）连接；
所述电动机（404）通过第二联轴器（402b）与蜗轮蜗杆减速机（403）连接；
所述丝杆（405）与涡轮蜗杆减速机（403）连接；
所述托盘（406）与丝杆（405）通过螺纹连接；
所述底座（407）固定设置在台架部件（6）内，所述防转杆（408）竖直设置在所述底座（407）上，所述防转杆（408）穿过所述托盘（406）。
2.根据权利要求1所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述读数部件（3）包括支架（301）、游标卡尺（303）、连接装置（304）、位移传感器（305）和传感器固定座（306）；
所述游标卡尺（303）竖直设置在支架（301）上，连接装置（304）连接所述游标卡尺（303）和位移传感器（305），位移传感器（305）设置在传感器固定座（306）上，所述支架（301）固定设置在台架部件（6）上；
所述拉线（2）穿过所述连接装置（304），并与所述连接装置（304）固定成一体。
3.根据权利要求2所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述连接装置（304）包括拉线夹头（304-1）、壳体（304-2）、滚动部件（304-3）；
所述滚动部件（304-3）包括基座端和伸出端，所述伸出端设置在基座端上，所述基座端设置所述壳体（304-2）内，所述伸出端伸出所述壳体（304-2）；
所述拉线夹头（304-1）设置在所述伸出端的顶部；
所述拉线夹头（304-1）中心位置设置有用于夹紧拉线（2）的拉线穿线孔，
所述滚动部件（304-3）的中心位置设置有用于拉线（2）穿过的通孔；
所述壳体（304-2）的左右两端分别连接位移传感器（305）和游标卡尺（303）。
4.根据权利要求3所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述滚动部件（304-3）的上下表面均设置有凹槽，所述凹槽内设置有若干钢珠，所述钢珠的直径大于凹槽的深度。
5.根据权利要求1所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述台架部件（6）通过角钢焊接而成。
6.根据权利要求2所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述电动机（404）与外置电源装置电连接，所述位移传感器（305）与外置的信号采集装置连接。
7.根据权利要求1所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述防转杆（408）为两根竖直相互平行设置的钢管，所述钢管穿过所述托盘（406）。
8.根据权利要求1所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述拉线（2）为铟钢丝。
9.根据权利要求8所述的一种自动化高程传动坐标仪，其特征在于，所述拉线（2）的直径为1.5mm~2.5mm。
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