CN106370887B - 一种绞盘旋转检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绞盘旋转检测装置及方法，属于甲板机械领域。所述装置包括感应块、三个接接近传感器和处理模块，其中，所述感应块以绞盘旋转轴为中心沿绞盘的圆周方向等距间隔布置，三个接近传感器正对感应块所在平面布置，处理模块接收三个传感器中输出的脉冲信号。本发明通过对检测装置各部件的尺寸和位置关系进行合理设置，使三个接近传感器输出的三路脉冲信号之间具有合适的相位差，再通过处理模块对三路脉冲信号进行分析，得出绞盘转动的方向和角度，检测装置工作时，接近传感器不与绞盘直接接触，避免了绞盘工作时振动对检测装置的影响。

Description

一种绞盘旋转检测装置及方法

技术领域

本发明涉及甲板机械领域，特别涉及一种绞盘旋转检测装置及方法。

背景技术

绞盘作为起抛锚设备，工作时通过动力驱动绞盘旋转来收放锚链，从而完成起抛锚动作，为了实现自动化控制，通常需要对其旋转的方向和旋转角度进行检测。通常采用旋转编码器进行旋转检测，将旋转编码器的输入轴和被测绞盘的旋转主轴同轴连接，绞盘工作时带动旋转编码器的输入轴转动，旋转编码器发出脉冲信号，通过旋转编码器发出的脉冲信号来得出绞盘的旋转方向和旋转角度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

绞盘在实际工作中往往会发生剧烈振动，振动带来的轴向和径向的剧烈跳动会对旋转编码器的轴承施加循环应力，导致编码器的使用寿命严重缩短。

发明内容

为了解决现有技术中旋转编码器在绞盘旋转检测时容易损坏的问题，本发明实施例提供了一种绞盘旋转检测装置及方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种绞盘旋转检测装置，包括：

多个感应块，所述多个感应块以绞盘的旋转轴为中心沿所述绞盘的圆周方向等距间隔布置且与所述绞盘同步转动；

三个接近传感器，所述三个接近传感器等间隔并排设置，且所述三个接近传感器与所述多个感应块的中心连线构成的感应块分布圆相对布置，相邻的两个所述接近传感器之间的间距S1不小于所述接近传感器不相互干扰的最小距离，所述感应块的长度S与相邻的所述两个接近传感器外侧距离之差的一半S4大于所述接近传感器的最小有效边缘检测距离，所述接近传感器与所述感应块相对的表面之间的间距S2不大于所述接近传感器的最大检测距离，所述接近传感器与所述感应块所在的平面间的间距S3不小于所述接近传感器的最小有效断开距离；其中，相邻的两个所述接近传感器之间的间距S1等于所述感应块的长度S与相邻的所述两个接近传感器外侧距离之差的一半S4的两倍与所述接近传感器的直径d之和，所述接近传感器与所述感应块相对的表面之间的间距S2等于所述接近传感器的最大检测距离，所述接近传感器与所述感应块所在的平面之间的间距S3等于所述接近传感器的最小有效断开距离，所述感应块的长度S等于所述S4的四倍与所述直径d的三倍之和，相邻的两个所述感应块之间的间距等于所述S4的两倍与所述直径d的三倍之和；

处理模块，用于根据所述三个接近传感器输出的脉冲信号，确定绞盘旋转的方向以及所述绞盘旋转的角度。

进一步地，所述三个接近传感器从一侧到另一侧分别为第一接近传感器、第二接近传感器和第三接近传感器，所述第一接近传感器和第二接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差、以及所述第二接近传感器和第三接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差为均为120度。

具体地，所述处理模块用于，当所述第一接近传感器输出为高电平、所述第二接近传感器输出为上升沿，或当所述第二接近传感器输出为高电平、所述第三接近传感器输出为上升沿时，确定所述绞盘的转动方向为正转，当所述第一接近传器输出为上升沿、所述第二接近传感器为高电平，或当所述第二接近传感器输出为上升沿、所述第三接近传感器输出为高电平时，确定所述绞盘的转动方向为反转。

具体地，所述处理模块用于，根据确定出的所述绞盘旋转的方向，对所述第一接近传感器、所述第二接近传感器、所述第三接近传感器输出的脉冲信号中的下降沿数量进行计数；

根据得到的脉冲数量确定所述绞盘旋转的角度。

可选地，所述感应块固定在所述绞盘的端面上，或者，所述感应块固定在与所述绞盘同轴设置的刹车轮的端面上且所述刹车轮与所述绞盘同步转动。

另一方面，本发明实施例提供了一种绞盘旋转检测方法，采用前述装置实现，所述方法包括：

在绞盘转动时，获取所述三个接近传感器受所述感应块触发输出的脉冲信号；

根据所述脉冲信号，确定绞盘旋转的方向以及所述绞盘旋转的角度。

进一步地，所述三个接近传感器从一侧到另一侧分别为第一接近传感器、第二接近传感器和第三接近传感器，所述第一接近传感器和第二接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差、以及所述第二接近传感器和第三接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差为均为120度。

具体地，所述根据所述脉冲信号，确定绞盘旋转的方向，包括：

当所述第一接近传感器输出为高电平、所述第二接近传感器输出为上升沿，或当所述第二接近传感器输出为高电平、所述第三接近传感器输出为上升沿时，确定所述绞盘的转动方向为正转；

当所述第一接近传器输出为上升沿、所述第二接近传感器为高电平，或当所述第二接近传感器输出为上升沿、所述第三接近传感器输出为高电平时，确定所述绞盘的转动方向为反转。

具体地，所述根据所述脉冲信号，确定所述绞盘旋转的角度，包括：

根据确定出的所述绞盘旋转的方向，对所述第一接近传感器、所述第二接近传感器、所述第三接近传感器输出的脉冲信号中的下降沿数量进行计数；

根据得到的脉冲数量确定所述绞盘旋转的角度。

本发明实施例通过以绞盘旋转轴为中心沿绞盘的圆周方向等间距间隔布置多个感应块，在感应块所在平面的对向设置三个并排的接近传感器，当感应块随着绞盘一起旋转时，感应块依次触发三个接近传感器，并输出三路脉冲信号，通过对检测装置各部件尺寸和位置的合理设计，使得相邻的两路脉冲信号波形之间存在合适相位差，处理模块接收三路脉冲信号并进行分析，最终得出绞盘旋转的方向和角度。此检测装置中接近传感器与绞盘不直接接触，避免了绞盘工作时的振动对检测装置的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的绞盘旋转检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的绞盘旋转检测装置的感应块布置位置示意图；

图3是本发明实施例提供的绞盘旋转检测装置各部件的尺寸和位置关系图；

图4是本发明实施例提供的接近传感器输出脉冲信号波形图；

图5是本发明实施例提供的绞盘旋转检测方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的处理模块识别绞盘转动方向的梯形图；

图7是本发明实施例提供的处理模块脉冲计数梯形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供的旋转检测装置，适用于检测绞盘的旋转方向和旋转角度。为了便于理解本发明实施例，下面首先介绍绞盘的基本结构和工作过程。绞盘机构一般包括驱动机构、旋转主轴、减速机、绞盘，其中减速机输入端与驱动机构输出轴相连，减速机输出端与绞盘通过旋转主轴相连，驱动机构转矩传递至绞盘，带动绞盘旋转完成卷绕绳索等动作。

本发明实施例提供了一种绞盘旋转检测装置，图1为本装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括多个感应块2、三个接近传感器3和处理模块4。

具体地，图2为多个感应块布置位置示意图，结合图1所示，多个感应块2以绞盘1的旋转轴为中心沿绞盘1的圆周方向等距间隔布置且与绞盘1同步转动。

进一步地，多个感应块2的中心连线构成感应块2的分布圆5，感应块2的分布圆5的直径与感应块2沿感应块2所在的端面的径向宽度的一半之和小于等于感应块2所在的端面的直径，感应块2的分布圆直径5与感应块2沿感应块2所在的端面的径向宽度的一半之和越趋近于感应块2所在的端面的直径，感应块2的分布圆5直径越大，能够布置的感应块2的数量越多，检测的分辨率也就越高。

需要说明的是，本实施例提供的附图2中感应块2的数量选为12只是为了说明本实施例中多个感应块2布置位置关系，但并不以此为限。

具体地，图3为该绞盘旋转检测装置各部件的尺寸和位置关系图，三个接近传感器3中各接近传感器等间隔并排设置，且三个接近传感器3与多个感应块2的分布圆6相对布置，三个接近传感器3中相邻的两个接近传感器之间的间距S1不小于接近传感器不相互干扰的最小距离，感应块2的长度S与相邻的两个接近传感器外侧距离之差的一半S4大于接近传感器的最小有效边缘检测距离，接近传感器与感应块2相对的表面之间的间距S2不大于接近传感器的最大检测距离，接近传感器与感应块2所在平面之间的间距S3不小于接近传感器的最小有效断开距离。其中，接近传感器的电气参数：不相互干扰的最小距离、最小有效边缘检测距离、最大检测距离、最小有效断开距离均可从接近传感器的产品技术手册上获得。通过限定检测装置中各部件的尺寸和位置关系，可以使检测装置中三个接近传感器3中的接近传感器能够可靠地触发和断开，也能保证三个接近传感器3中相邻两个接近传感器能够同时触发，即保证相邻接近传感器输出脉冲信号波形中具有高电平重叠区。

需要说明的是，本实施例中三个传感器3全部以倍加福齐平式安装接近传感器NBB8-18GM50-E2为例进行说明，该型号接近传感器被触发时输出高电平。

具体地，处理模块4用于，根据三个接近传感器3输出的脉冲信号，确定绞盘1旋转的方向以及绞盘1旋转的角度。

优选地，三个接近传感器3中相邻的两个接近传感器之间的间距S1等于感应块2的长度S与相邻的两个接近传感器外侧距离之差的一半S4的两倍与接近传感器的直径d之和，接近传感器与感应块2相对的表面之间的间距S2等于接近传感器的最大检测距离，接近传感器与感应块2所在平面之间的间距S3等于接近传感器的最小有效断开距离，感应块2的长度S等于S4的四倍与接近传感器直径d的三倍之和，相邻的两个感应块2之间的间距等于S4的两倍与接近传感器直径d的三倍之和。通过对检测装置中各部件的尺寸和位置关系的设置，可以使三个接近传感器3中相邻的两个接近传感器输出的脉冲波形相位差为120度。保证S4大于接近传感器最小有效边缘检测距离的前提下，减小S4可以减小感应块2的长度S，从而可以增加感应块2的布置数量，提高检测精度。

进一步地，再次参见图1，三个接近传感器3从一侧到另一侧分别为第一接近传感器31、第二接近传感器32和第三接近传感器33。图4为绞盘转动时，三个接近传感器3输出的脉冲信号波形图，如图4所示，当绞盘1正转时，第一接近传感31输出的脉冲信号波形比第二接近传感器32输出的脉冲信号波形超前120度，第二接近传感器32输出的脉冲信号波形比第三接近传感器33输出的脉冲信号波形超前120度；当绞盘1反转时，第一接近传感器31输出脉冲信号波形比第二传感器32输出的脉冲信号波形滞后120度，第二接近传感器32输出的脉冲信号波形比第三接近传感器33输出的脉冲信号波形滞后120度。三个接近传感器3中相邻接近传感器输出脉冲信号波形之间的相位差设置为120度可以提高检测装置的检测精度。

具体地，处理模块4接收三个传感器3输出的脉冲信号，根据三路脉冲信号波形之间的对比，确定绞盘1的旋转方向。具体实现时，当第一接近传感31输出为高电平、第二接近传感器32输出为上升沿，或当第二接近传感器32输出为高电平、第三接近传感器33输出为上升沿时，确定绞盘1的转动方向为正转，当第一接近传器31输出为上升沿、第二接近传感器32输出为高电平，或当第二接近传感器32输出为上升沿、第三接近传感器33输出为高电平时，确定绞盘1的转动方向为反转。

具体地，处理模块4用于，根据确定出的绞盘1旋转的方向，对第一接近传感器31、第二接近传感器32、第三接近传感器33输出的脉冲信号中的下降沿数量进行计数，再根据得到的脉冲数量确定绞盘1旋转的角度。

进一步地，当绞盘1正转时，处理模块4加计数，当绞盘1反转时，处理模块4减计数。

具体地，当感应块2的数量为N，两个感应块2之间对应的分布圆圆心角为2π/N，处理模块4累计一个下降沿脉冲绞盘转过的角度为2π/3N，处理模块4累积的下降沿脉冲为n时，则绞盘转过的角度为2πn/3N。处理模块4接收三路脉冲信号，且每路脉冲信号的下降沿之间的相位差为120度，可以使检测装置检测角度的分辨率达到2π/3N。

在其他实施例中，处理模块4也可以用于，根据确定出的绞盘1旋转的方向，还可以对第一接近传感器31、第二接近传感器32、第三接近传感器33输出的脉冲信号中的上升沿数量进行计数，再根据得到的脉冲数量确定绞盘1旋转的角度。

可选地，处理模块4可以得出绞盘1旋转的圈数，绞盘1旋转的圈数为n/3N。

可选地，处理模块4可以得出绞盘1旋转的转速，具体实现时，处理模块4还包括计时单元，计时单元计时为t时，处理模块4的计数值为N，转速为n/3Nt。

实现时，感应块2可固定在所述绞盘的端面上。或者，感应块2还可固定在与绞盘1同轴设置的刹车轮的端面上且刹车轮与绞盘1同步转动。

可选地，本发明实施例中处理模块4可以为PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)，具体实现时，可采用西门子300系列PLC。图6、图7为西门子300系列PLC实现绞盘1旋转方向判断和计数功能的梯形图。

本发明实施例还提供了一种绞盘旋转检测方法，该方法可以采用前述装置实现，如图5所示，该方法包括：

步骤S501：在绞盘转动时，获取三个接近传感器受感应块触发输出的脉冲信号；

步骤S502：根据获取的脉冲信号，确定绞盘旋转的方向以及绞盘旋转的角度。

具体地，三个接近传感器从一侧到另一侧分别为第一接近传感器31、第二接近传感器32和第三接近传感器33。当绞盘1正转时，第一接近传感31输出的脉冲信号波形比第二接近传感器32输出的脉冲信号波形超前120度，第二接近传感器32输出的脉冲信号波形比第三接近传感器33输出的脉冲信号波形超前120度；当绞盘1反转时，第一接近传感器31输出脉冲信号波形比第二传感器32输出的脉冲信号波形滞后120度，第二接近传感器32输出的脉冲信号波形比第三接近传感器33输出的脉冲信号波形滞后120度。三个接近传感器3中相邻接近传感器输出脉冲信号波形之间的相位差设置为120度可以提高检测装置的检测精度。

优选地，第一接近传感31输出第一脉冲信号，第二接近传感器32输出第二脉冲信号，第三接近传感器33输出第三脉冲信号，当绞盘1正转时，第一脉冲信号波形比第二脉冲信号波形超前120度，第二脉冲信号波形比第三脉冲信号波形超前120度；当绞盘1反转时，第一脉冲信号波形比第二脉冲信号波形滞后120度，第二脉冲信号波形比第三脉冲信号波形滞后120度。三个接近传感器3中相邻接近传感器输出脉冲信号波形之间的相位差设置为120度可以提高检测装置的检测精度。

具体地，处理模块4接收三个传感器3输出的脉冲信号，根据三路脉冲信号波形之间的对比，确定绞盘1的旋转方向。具体实现时，当第一接近传感31输出为高电平、第二接近传感器32输出为上升沿，或当第二接近传感器32输出为高电平、第三接近传感器33输出为上升沿时，确定绞盘1的转动方向为正转，当第一接近传器31输出为上升沿、第二接近传感器32输出为高电平，或当第二接近传感器32输出为上升沿、第三接近传感器33输出为高电平时，确定绞盘1的转动方向为反转。

具体地，当感应块2的数量为N，两个感应块2之间对应的分布圆圆心角为2π/N，处理模块4累计一个下降沿脉冲绞盘转过的角度为2π/3N,处理模块4累积的下降沿脉冲为n时，则绞盘转过的角度为2πn/3N。处理模块4接收三路脉冲信号，且每路脉冲信号的下降沿之间的相位差为120度，可以使检测装置检测角度的分辨率达到2π/3N。

可选地，处理模块4用于，根据确定出的绞盘1旋转的方向，还可以对第一接近传感器31、第二接近传感器32、第三接近传感器33输出的脉冲信号中的上升沿数量进行计数，再根据得到的脉冲数量确定绞盘1旋转的角度。

可选地，处理模块4可以得出绞盘1旋转的圈数，绞盘1旋转的圈数为n/3N。

可选地，处理模块4可以得出绞盘1旋转的转速，具体实现时，处理模块4还包括计时单元，计时单元计时为t时，处理模块4的计数值为N，转速为n/3Nt。

本发明实施例通过对检测装置各部件的尺寸和位置进行合理设置，使三个接近传感器输出的三路脉冲信号波形之间相位差为120度，绞盘正转时，第一接近传感器、第二接近传感器、第三接近传感器中输出的脉冲信号波形前者比后者超前120度，绞盘反转时，第一接近传感器、第二接近传感器、第三接近传感器中输出的脉冲信号波形前者比后者滞后120度，处理模块根据三个接近传感器输出波形的对比可以得出绞盘旋转的方向，处理模块对三路脉冲信号中下降沿或上升沿进行计数，可以得出绞盘旋转的角度。通过对检测装置中各部件尺寸和位置的设置使三个接近传感器输出的三路脉冲信号波形相位差为120度，可以使检测装置检测角度的分辨率达到2π/3N。同时，检测装置工作时，接近传感器不与绞盘直接接触，避免了绞盘工作时振动对检测装置的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种绞盘旋转检测装置，其特征在于，包括：

多个感应块，所述多个感应块以绞盘的旋转轴为中心沿所述绞盘的圆周方向等距间隔布置且与所述绞盘同步转动；

三个接近传感器，所述三个接近传感器等间隔并排设置，且所述三个接近传感器与所述多个感应块的中心连线构成的感应块分布圆相对布置，相邻的两个所述接近传感器之间的间距S1不小于所述接近传感器不相互干扰的最小距离，所述感应块的长度S与相邻的所述两个接近传感器外侧距离之差的一半S4大于所述接近传感器的最小有效边缘检测距离，所述接近传感器与所述感应块相对的表面之间的间距S2不大于所述接近传感器的最大检测距离，所述接近传感器与所述感应块所在的平面间的间距S3不小于所述接近传感器的最小有效断开距离；其中，相邻的两个所述接近传感器之间的间距S1等于所述感应块的长度S与相邻的所述两个接近传感器外侧距离之差的一半S4的两倍与所述接近传感器的直径d之和，所述接近传感器与所述感应块相对的表面之间的间距S2等于所述接近传感器的最大检测距离，所述接近传感器与所述感应块所在的平面之间的间距S3等于所述接近传感器的最小有效断开距离，所述感应块的长度S等于所述S4的四倍与所述直径d的三倍之和，相邻的两个所述感应块之间的间距等于所述S4的两倍与所述直径d的三倍之和；

处理模块，用于根据所述三个接近传感器输出的脉冲信号，确定绞盘旋转的方向以及所述绞盘旋转的角度。

2.根据权利要求1所述的绞盘旋转检测装置，其特征在于，所述三个接近传感器从一侧到另一侧分别为第一接近传感器、第二接近传感器和第三接近传感器，所述第一接近传感器和第二接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差、以及所述第二接近传感器和第三接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差为均为120度。

3.根据权利要求2所述的绞盘旋转检测装置，其特征在于，所述处理模块用于，当所述第一接近传感器输出为高电平、所述第二接近传感器输出为上升沿，或当所述第二接近传感器输出为高电平、所述第三接近传感器输出为上升沿时，确定所述绞盘的转动方向为正转，当所述第一接近传器输出为上升沿、所述第二接近传感器为高电平，或当所述第二接近传感器输出为上升沿、所述第三接近传感器输出为高电平时，确定所述绞盘的转动方向为反转。

4.根据权利要求3所述的绞盘旋转检测装置，其特征在于，所述处理模块用于，根据确定出的所述绞盘旋转的方向，对所述第一接近传感器、所述第二接近传感器、所述第三接近传感器输出的脉冲信号中的下降沿数量进行计数；

根据得到的脉冲数量确定所述绞盘旋转的角度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的绞盘旋转检测装置，其特征在于，所述感应块固定在所述绞盘的端面上，或者，所述感应块固定在与所述绞盘同轴设置的刹车轮的端面上且所述刹车轮与所述绞盘同步转动。

6.一种绞盘旋转检测方法，其特征在于，采用权利要求1所述的装置实现，所述方法包括：

在绞盘转动时，获取所述三个接近传感器受所述感应块触发输出的脉冲信号；

根据所述脉冲信号，确定所述绞盘旋转的方向以及所述绞盘旋转的角度。

7.根据权利要求6所述的绞盘旋转检测方法，其特征在于，所述三个接近传感器从一侧到另一侧分别为第一接近传感器、第二接近传感器和第三接近传感器，所述第一接近传感器和第二接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差、以及所述第二接近传感器和第三接近传感器输出的脉冲信号的波形的相位差为均为120度。

8.根据权利要求7所述绞盘旋转检测方法，其特征在于，所述根据所述脉冲信号，确定绞盘旋转的方向，包括：

当所述第一接近传感器输出为高电平、所述第二接近传感器输出为上升沿，或当所述第二接近传感器输出为高电平、所述第三接近传感器输出为上升沿时，确定所述绞盘的转动方向为正转；

当所述第一接近传器输出为上升沿、所述第二接近传感器为高电平，或当所述第二接近传感器输出为上升沿、所述第三接近传感器输出为高电平时，确定所述绞盘的转动方向为反转。

9.根据权利要求7所述绞盘旋转检测方法，其特征在于，所述根据所述脉冲信号，确定所述绞盘旋转的角度，包括：

根据确定出的所述绞盘旋转的方向，对所述第一接近传感器、所述第二接近传感器、所述第三接近传感器输出的脉冲信号中的下降沿数量进行计数；

根据得到的脉冲数量确定所述绞盘旋转的角度。