CN108006014B - 油缸行程测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种油缸行程测量装置，其特征在于，包括：安装壳体，第一拉线传感器，两台微型工业相机，两块标定板，数据采集处理组件；安装壳体具有一安装面，安装面上设置有一个通孔，第一拉线传感器固定设置在安装面下方，第一拉线传感器还包括第一拉线，第一拉线的第一端固定在第一拉线传感器上，第二端从通孔穿过并与待测油缸的测量点连接；两台所述微型工业相机和两块所述标定板分别设置在所述安装面的上方，两块所述标定板相邻设置在两个侧面且呈90°夹角设置，两台所述微型工业相机设置在另外两个相邻的侧面，且摄像头分别与所对应的所述标定板垂直；数据采集处理组件用于采集第一拉线传感器和微型工业相机的测量数据并完成被测油缸行程的计算。

Description

油缸行程测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械技术领域，尤其涉及油缸行程测量装置及其测量方法。

背景技术

液压油缸广泛应用于工程机械中，常作为动力执行部件，具有多品种、多功能、高质量及高效率等特点，而在工程机械使用过程中，液压油缸发生泄漏是液压系统的主要故障，严重影响了工程机械的产品质量和工作性能，所以及时检查液压油缸是否发生泄漏对工程机械的性能非常重要。

在油缸泄漏诊断中，通过对油缸行程测量来间接判断油缸是否发生泄漏是一种非常重要的方法。在现有技术中，对油缸行程的测量方法主要有以下两种方法：一、外置式测量方法。一般油缸行程的外置式测量是目前使用最为普遍的方法，通常采用位移传感器对油缸的行程进行测量。例如通过拉绳式传感器和标尺对油缸行程进行测量的装置，该装置将拉绳式传感器和标尺外置于油缸，拉绳式传感器的拉绳以及标尺应与油缸行程方向保持平行，但由于受重力以及安装误差的影响，拉绳不可能与油缸行程方向保持平行，故而存在系统误差，此外，工程机械工作时震动较大，这种对安装位置要求很高的测量装置不适用于工程机械油缸的行程测量。二、内置式测量方法。这种测量方法是传感部分安装在油缸内部，不占据油缸以外的空间，一般采用超声波位移传感器或威德曼效应传感器，这种内置传感器的油缸称为行程传感油缸。例如采用内置光电编码器的油缸行程测量装置，将该装置将传感器置于油缸内部，已投入使用的工程机械需要对油缸的结构进行改造，成本较高，且后期维护困难。

发明内容

本发明旨在提供一种油缸行程测量装置及其测量方法，能够快速、便捷地测量油缸的行程，具有适用广、操作简单、安装方便等优点，不用对油缸的结构进行改造便可完成测量，大幅提升工作效率。

第一方面，本发明提供的油缸行程测量装置，包括：安装壳体，第一拉线传感器，两台微型工业相机，两块标定板，数据采集处理组件；安装壳体具有一安装面，安装面上设置有一个通孔，第一拉线传感器固定设置在安装面下方，第一拉线传感器还包括第一拉线，第一拉线的第一端固定在第一拉线传感器上，第二端从通孔穿过并与待测油缸的测量点连接；两台微型工业相机和两块标定板分别设置在安装面的上方，两块标定板设置在两个相邻面且呈90°夹角设置，两台微型工业相机设置在另外两个相邻的面，且摄像头分别与所对应的标定板垂直；数据采集处理组件用于采集第一拉线传感器和微型工业相机的测量数据并完成被测油缸行程的计算。

通过第一拉线传感器和两台微型工业相机测得拉线的距离变化和角度变化，将测量数据传输给数据采集处理组件，由其进行数据处理计算出测量点的空间坐标，并通过空间坐标的变化计算出油缸的行程，故而无需对现有的油缸进行结构改造便能完成油缸行程的测量，且整个测量装置不需要设置在工程机械上，能有效地避免工程机械在工作过程中振动所带来的系统误差，具有适应性好等的优点。

进一步地，本油缸行程测量装置，安装壳体具有第一容纳空间，第一容纳空间位于安装面的下方，第一拉线传感器固定设置在第一容纳空间底部。

进一步地，本油缸行程测量装置，数据采集处理组件包括数据采集卡、工控机和显示器；数据采集卡用于采集第一拉线传感器和微型工业相机的测量数据；工控机用于计算测量点的空间坐标，工控机的输入接口与数据采集卡相连；显示器用于显示计算结果，显示器的输入接口与工控机的数据输出接口相连。

进一步地，本油缸行程测量装置，还包括：第二拉线传感器；第二拉线传感器固定设置在安装面下方，第一拉线传感器还包括第二拉线，第二拉线的第三端固定在第二拉线传感器上，第四端从通孔穿过并与待测油缸的测量点连接。

当油缸的两端都会发生移动时，此时通过增加第二拉线传感器，同时对油缸的两个铰接点进行测量，通过记录动作前后的数值，从而计算出两个铰接点的空间坐标，进而得出油缸的行程。

进一步地，本油缸行程测量装置，还包括：定滑轮；定滑轮固定设置在第一容纳空间底部，第一拉线和第二拉线从定滑轮穿过。

进一步地，本油缸行程测量装置，第一拉线传感器和第二拉线传感器的出线口和定滑轮的进线口位于同一高度。

通过设置定滑轮，可以有效提高第一拉线传感器和第二拉线传感器的使用寿命。

进一步地，本油缸行程测量装置，通孔位于两台微型工业相机的拍摄中心线的交汇处，通孔直径为2mm。

进一步地，本油缸行程测量装置，第一拉线和所述第二拉线的粗细不一致或者颜色不一致，从而可以识别第一拉线和第二拉线，进而区分第一拉线传感器和第二拉线传感器的测量数据。

第二方面，本发明还提供一种油缸测量的方法，包括：将第一拉线传感器的第二端与油缸的固定铰接点连接，数据采集处理组件记录下第一组测量数据；将第一拉线传感器的第二端与油缸的活动铰接点连接，数据采集处理组件记录下第二组测量数据；待油缸完成动作后，数据采集处理组件记录下第三组测量数据，并输出油缸行程数据。

进一步的本发明还提供一种油缸测量的方法，包括：将第一拉线传感器的第二端与油缸的第一活动铰接点连接，同时将第二拉线传感器的第四端与油缸的第二活动铰接点连接，数据采集处理组件记录下第一组测量数据；待油缸完成动作后，数据采集处理组件记录下第二组测量数据，并输出油缸行程数据，从而可以完成油缸有两个活动铰接点时的行程的测量。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1中实施例的俯视图；

图3为实施例的测量原理图；

图4为实施例的油缸行程计算原理图；

图5为实施例拉线引出示意图；

图6为另一实施例的测量原理图。

附图标记：1000：安装壳体；1100：安装面；通孔：1200；2000：第一拉线传感器；2100：第一拉线；2100a：第一端；2100b：第二端；2200：定滑轮；3000：微型工业相机；4000：标定板；5000：数据采集处理组件；6000：第二拉线传感器；6100：第二拉线；6100a：第三端；6100b：第四端；10000：油缸行程测量装置；20000：油缸。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，本实施例所述的油缸行程测量装置包括安装壳体1000、第一拉线传感器2000，两台微型工业相机3000，两块标定板4000，数据采集处理组件5000；安装壳体1000具有一安装面1100和第一容纳空间1300，安装面1100上有一通孔1200，第一容纳空间1300位于安装面1100的下方。第一拉线传感器2000固定设置在安装面1100的下方，即第一容纳空间1300的底部，第一拉线传感器2000具有第一拉线2100，第一拉线2100的第一端2100a固定在第一拉线传感器2000上，第二端2100b从设置安装面1100的通孔1200穿过，并与待测油缸的测量点连接。

参考图1及图2，两块标定板4000设置在安装面1100的上方，且呈90°夹角设置在相邻，两台微型工业相机3000同样地也设置在安装面1100的上方，与两块标定板4000围成口字型，为了获取测量数据，摄像头与分别与所对应的所述标定板4000垂直。

数据采集处理组件5000(图中未示出)用于采集第一拉线传感器2000和微型工业相机3000的测量数据并完成油缸行程的计算，具体包括数据采集处理组件5000包括数据采集卡5100、工控机5200和显示器5300；数据采集卡5100用于采集第一拉线传感器2000和微型工业相机3000的测量数据；工控机5200用于计算测量点的空间坐标，工控机5200的输入接口与数据采集卡5100相连；显示器5300用于显示计算结果，显示器5300的输入接口与工控机5200的数据输出接口相连，这样测量人员可以直接读取测量数值。

本实施例所述的油缸行程测量装置包括定滑轮2200，定滑轮2200固定设置在第一容纳空间1300的底部，第一拉线2100和第二拉线6100从定滑轮2200穿过，并且为了使得第一拉线2100和第二拉线6100更好地出线和收线，定滑轮2200的进线口与第一拉线传感器2000和第二拉线传感器6000的出线口位于同一高度。

通孔1200位于两台所述微型工业相机3000的拍摄中心线的交汇处，此时可以充分利用标定板的尺寸进行投影并测量数据。通孔1200的直径尺寸为2mm，该孔的直径尺寸越小，便可获得更高的测量精度。

参考图3和图4，本实施例所述的油缸行程测量装置的测量原理如下：第一拉线传感器2000从为O点，第一拉线传感器2000的第一拉线2100的第二端2100b与油缸的测量点相连为P点，OP的距离d可以由第一拉线传感器2000获得，OP分别投影在两块标定板4000上，以O点为坐标系原点，与两块标定板4000平行的平面为XOZ平面和YOZ平面建立三维坐标系，两台微型工业相机拍照便分别可获取第一拉线2100投影至XOZ平面的夹角a和投影至YOZ平面的夹角b可以由两台微型工业相机3000获取，并由数据采集卡5100负责采集测量数据，并传输给工控机5200负责处理数据，设定P点的坐标为(x，y，z)，那么可以得出：

x²+y²+z²＝d² (3)

令则x＝Az，y＝Bz代入(3)中，可以得到：

(A²+B²+1)·z²＝d² (4)

同时由于z>0，可以求得：

再将(5)代入x＝Az，y＝Bz中可得：

最后将代入(5)、(6)、(7)，可得：

可见a、b、d都可以通过测量获得，从而可以计算出P点的空间坐标，实际测量时如图3所示，先将第一拉线传感器2000的第一拉线2100的第二端2100b固定在油缸20000的固定铰接点Pf，测得第一组测量数据，计算出Pf点的空间坐标，然后再将第二端2100b从油缸20000的固定铰接点Pf取下，并固定到油缸20000的活动铰接点Pe，测得第二组测量数据，从而计算出Pe点的空间坐标，待油缸20000完成动作后，再测得第三组测量数据，从而计算出Pe0点的空间坐标，通过空间坐标可以计算出Pf点到Pe点的距离L1，计算出Pf点到Pe0点的距离L2，于是油缸20000的行程为：l＝︱L1-L2|。

在实际测量过程中，由于很多工程机械的油缸的两端都会发生移动，此时仅仅只有一个第一拉线传感器2000不足以完成测量，所以为了测量此种情况下的油缸位移，对前述实施例进一步改进从而提出第二实施例，具体测量原理和前述实施例一致。

参考图6，在前述实施例的基础上，第二实施例还包括第二拉线传感器6000，第二拉线传感器6000固定设置在安装面1100下方，固定设置第一容纳空间1300内，第二拉线传感器6000还包括第二拉线6100，第二拉线6100的第三端6100a固定在第二拉线传感器6000上，第四端6100b从通孔1200穿过并与待测油缸20000的测量点连接。为了便于区分第一拉线2100和第二拉线6100，可以设置成不同的粗细的拉线，也可以设置成不同的颜色，从而识别第一拉线2100和第二拉线6100，进而区分第一拉线传感器2000和第二拉线传感器6000的测量数据。

需要测量油缸行程时，可将第一拉线传感器2000的第二端2100b与油缸的第一活动铰接点Pe1连接，同时将第二拉线传感器6000的第四端6100b与油缸的第二活动铰接点Pf1连接，开始测量时，先记录下第一组测量数据，计算出Pf1和Pe1点的空间坐标，待油缸20000完成动作后，在开始测量，记录下第二组测量数据，计算出Pf2和Pe2的空间坐标，通过Pf1和Pe1点的坐标可以计算出油缸动作前的长度L1，通过Pf2和Pe2点的坐标可以计算出油缸动作后的长度L2，数据采集处理组件5000从而可以计算出油缸的行程为：l＝︱L1-L2︱。

参考图5，前述两个实施例所示计算方案还可以包括定滑轮2200，定滑轮固定设置在第一容纳空间1300的底部，第一拉线传感器2000的第一拉线2100和/或第二拉线传感器6000的第二拉线6100从定滑轮穿过，从而能延长第一拉线传感器2000和第二拉线传感器6000的使用寿命。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种油缸行程测量装置，其特征在于，包括：

安装壳体(1000)，第一拉线传感器(2000)，两台微型工业相机(3000)，两块标定板(4000)，数据采集处理组件(5000)；

所述安装壳体(1000)具有一安装面，所述安装面(1100)上设置有一个通孔(1200)，所述第一拉线传感器(2000)固定设置在安装面(1100)下方，所述第一拉线传感器(2000)还包括第一拉线(2100)，所述第一拉线(2100)的第一端(2100a)固定在所述第一拉线传感器(2000)上，第二端(2100b)从所述通孔(1200)穿过并与待测油缸(20000)的测量点连接；

两台所述微型工业相机(3000)和两块所述标定板(4000)分别设置在所述安装面(1100)的上方，两块所述标定板(4000)设置在两个相邻面且呈90°夹角设置，两台所述微型工业相机(3000)设置在另外两个相邻的面，且摄像头分别与所对应的所述标定板(4000)垂直；

所述数据采集处理组件(5000)用于采集所述第一拉线传感器(2000)和微型工业相机(3000)的测量数据并完成待测油缸行程的计算。

2.根据权利要求1所述的油缸行程测量装置，其特征在于：

所述安装壳体(1000)具有第一容纳空间(1300)，所述第一容纳空间(1300)位于所述安装面(1100)的下方，所述第一拉线传感器(2000)固定设置在所述第一容纳空间(1300)底部。

3.根据权利要求1所述的油缸行程测量装置，其特征在于：

所述数据采集处理组件(5000)包括数据采集卡(5100)、工控机(5200)和显示器(5300)；

所述数据采集卡(5100)用于采集所述第一拉线传感器(2000)和微型工业相机(3000)的测量数据；

所述工控机(5200)用于计算测量点的空间坐标，所述工控机(5200)的输入接口与所述数据采集卡(5100)相连；

所述显示器(5300)用于显示计算结果，所述显示器(5300)的输入接口与所述工控机(5200)的数据输出接口相连。

4.根据权利要求2所述的油缸行程测量装置，其特征在于，还包括：

第二拉线传感器(6000)；

所述第二拉线传感器(6000)固定设置在所述安装面(1100)下方，所述第二拉线传感器(6000)还包括第二拉线(6100)，所述第二拉线(6100)的第三端(6100a)固定在所述第二拉线传感器(6000)上，第四端(6100b)从所述通孔(1200)穿过并与待测油缸的测量点连接。

5.根据权利要求4所述的油缸行程测量装置，其特征在于，还包括：

定滑轮(2200)；

所述定滑轮(2200)固定设置在所述第一容纳空间(1300)底部，所述第一拉线(2100)和所述第二拉线(6100)从所述定滑轮(2200)穿过。

6.根据权利要求5所述的油缸行程测量装置，其特征在于：

所述第一拉线传感器(2000)和所述第二拉线传感器(6000)包括出线口，定滑轮(2200)包括进线口；

所述第一拉线传感器(2000)和所述第二拉线传感器(6000)的出线口和所述定滑轮(2200)的进线口位于同一高度。

7.根据权利要求6所述的油缸行程测量装置，其特征在于：

所述通孔(1200)位于两台所述微型工业相机(3000)的拍摄中心线的交汇处，所述通孔(1200)直径为2mm。

8.根据权利要求4所述的油缸行程测量装置，其特征在于：

所述第一拉线(2100)和所述第二拉线(6100)采用不同粗细或者采用不同颜色。

9.一种利用权利要求1所述的油缸行程测量装置进行油缸行程测量的方法，其特征在于：

将所述第一拉线传感器(2000)的所述第二端(2100b)与油缸的固定铰接点连接，所述数据采集处理组件(5000)记录下第一组测量数据；

将所述第一拉线传感器(2000)的所述第二端(2100b)从油缸的固定铰接点取下，并与油缸的活动铰接点连接，所述数据采集处理组件(5000)记录下第二组测量数据；

待油缸完成动作后，所述数据采集处理组件(5000)记录下第三组测量数据，并输出油缸行程数据。

10.一种利用权利要求4所述的油缸行程测量装置进行油缸行程测量的方法，其特征在于：

将所述第一拉线传感器(2000)的所述第二端(2100b)与油缸的第一活动铰接点连接，同时将第二拉线传感器(6000)的第四端(6100b)与油缸的第二活动铰接点连接，所述数据采集处理组件(5000)记录下第一组测量数据；

待油缸完成动作后，所述数据采集处理组件(5000)记录下第二组测量数据，并输出油缸行程数据。