CN108168417A - 一种立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置及其检测方法，装置包括多个FPC排线单元、多个电压检测电路单元、控制系统和数据显示设备，其中，立井钢丝绳罐道滑套的两端端面分别设置有多个FPC排线单元，多个FPC排线单元绕钢丝绳绳孔外周依次粘贴至立井钢丝绳罐道滑套端部表面构成闭合；每个FPC排线单元分别连接一个电压检测电路单元；所述控制系统的信号输入端分别与多个电压检测电路单元信号连接，控制模块的信号输出端通过输出电路连接无线传输模块；所述数据显示设备通过数据接收模块接收无线传输模块传输的数据。本发明以FPC排线代替了传统的传感器进行磨损量的检测，具有工作可靠、效率高等优点。

Description

一种立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于磨损检测领域，具体涉及一种基于FPC的立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测方法及装置。
背景技术
随着我国现代化工业发展，各个行业对于生产设备的零部件磨损或者由其他原因引发的材料磨损越来越重视，当一些设备中某些零部件发生的磨损量超过预定值时，会对生产造成一定的危害，将直接影响到产品的产值。针对矿山立井钢丝绳罐道的提升机，其导向装置——滑套经常受到钢丝绳的磨损，而根据《煤矿安全规程》指出，当磨损量超过一定值，导致滑套内壁与钢丝绳间距达到15mm时需要更换滑套，因此设计一款能够实时检测滑套磨损量的装置，能够有效的避免因磨损量过大对生产带来的不良影响，并且可以实时检测出磨损发生的位置以及当前磨损量，这对于现代社会工业的生产有着十分重要的意义。
传统对于零件厚度的检测都是采用传感器进行监测，传统传感器对于厚度的检测通常包括接触式和非接触式，具体又可以分为光电编码盘式、位移传感式、超声波式、射线式、同位素式、涡流式、电容式和激光式等等，其检测原理大都均与其字面意义相同，通过声波、射线、涡流等等进行相应的测量，但是传统的传感器对于环境因素敏感、受制于设备工作条件，工作形式也影响着测量精度，并且在某些狭小的空间中也不便于安装传感器，所以传统的传感器检测存在很大的局限性，因此需要设计一种新颖的并且可靠的检测方法，来弥补传统传感器的缺陷。
FPC的全称是柔性电路板（Flexible Printed Circuit 简称FPC），是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。传统FPC排线适用范围主要应用于连接主板与显示设备，起到传输数据的作用。
发明内容
本发明目的是克服现有的传统传感器对于环境因素敏感、受制于设备工作条件、稳定性较低、价格昂贵、安装不便等诸多问题，提供了一种检测方式新颖，可以不受环境设备约束、工作稳定且成本较低的基于FPC的立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置及装方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，包括多个FPC排线单元、多个电压检测电路单元、控制系统和数据显示设备，其中，
立井钢丝绳罐道滑套的两端端面设置有多个FPC排线单元，多个FPC排线单元绕钢丝绳绳孔外周依次粘贴至立井钢丝绳罐道滑套端部表面构成闭合；每个FPC排线单元分别连接一个电压检测电路单元；
所述控制系统包括控制模块、控制电源和数据传输模块，其中，控制模块的信号输入端分别与多个电压检测电路单元信号连接，控制模块的信号输出端通过输出电路连接无线传输模块；所述控制电源为控制模块供电；
所述数据显示设备包括数据接收模块和上位机，上位机通过数据接收模块接收无线传输模块传输的数据。
每个所述电压检测电路单元均包括PCB板、分压电阻和检测电路单元电源；其中，所述PCB板由FPC排线插座和贴片电阻组成，FPC排线插座的插槽数与FPC排线单元上的铜丝根数相同，每个贴片电阻一端与FPC排线插座单个输出引脚相连，另一端汇聚于一点输出；每个所述FPC排线单元均具有第一输出端和第二输出端，FPC排线单元的第一输出端为PI加强输出端，所述PI加强输出端与PCB板上的FPC排线插座相连，PCB板输出端通过导线依次和分压电阻、电压检测电路单元电源以及FPC排线的第二输出端串联以构成一个电压检测电路单元。
所述立井钢丝绳罐道滑套的两端端面还固定连接电压检测电路单元外壳，所述电压检测电路单元均固定在所述电压检测电路单元外壳内。
每个FPC排线单元均采用0.1mm的铜丝进行布线，最内圈的圆弧段直径为40mm，然后以1mm等距阵列铜丝，共10根圆弧状铜丝。
所述控制模块为STM32单片机。
所述STM32单片机包括STM32芯片、复位电路、时钟电路、串行通讯电路以及数据传输模块，复位电路和时钟电路分别与STM32芯片NRST引脚和XTAL1、XTAL2引脚连接，构成单片机最小系统；
串行通讯电路连接在STM32芯片的PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PB0、PB1和GND口，实现外部多个电压检测电路单元电压的采集；
数据传输模块接在STM32的ATK MODULE引脚，用来将STM32芯片在运行过程中获得的数据通过无线发送出去。
一种基于所述立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置的磨损量检测方法，
a.在提升机运行前启动此检测装置；
b.多个电压检测电路单元和控制系统接通，控制系统不断的读取数据并发送给数据传输模块；
c．当滑套的某一方向发生磨损时，多个电压检测电路单元中的其中一个FPC排线单元中的铜丝将发生断裂，根据磨损的厚度不同，FPC排线单元中的铜丝断裂根数也不相同，致使和所述FPC排线单元相对应的电压检测电路单元检测到的电压值变小，控制系统实时获得分压电阻两端的电压值，然后通过数据传输模块发出，由数据接收模块获得，然后传输给上位机；
d.上位机通过比对数据的变化，通过分压电阻两端电压示数与磨损量之间的关系，可以得出当前的磨损量；并且还可以通过多个电压检测电路单元中每个电压示数的变化得出磨损发生的位置从而实时显示当前磨损位置。
所述FPC排线单元的数量为8个，立井钢丝绳罐道滑套的两端端面分别设置4个FPC排线单元，4个FPC排线单元在立井钢丝绳罐道滑套端部表面绕钢丝绳绳孔外周依次粘贴构成闭合。
有益效果：
（1）本发明结构紧凑、操作简单、安装方便、便于维护，安全可靠、造价低。
（2）与传统的传感器检测系统相比，本发明用FPC排线进行磨损量的检测，其检测方式新颖，对于环境因素敏感较低、不受制于设备工作条件以及工作形式带来的测量精度的影响，易于在某些狭小的不便于安装传感器的空间下使用。
（3）用户可以通过数据显示设备进行观测，检测装置可以实时检测出滑套的当前磨损量以及磨损发生的位置，数据显示直观清晰。
（4）控制系统采用STM32单片机作为核心处理器，能够精准的实现数据的读取以及传送，控制精度高，稳定性好。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为本发明等轴侧视图；
图3为本发明FPC排线单元的结构图；
图4为本发明PCB板俯视机构图；
图5为本发明电压检测电路单元结构原理图；
图6为本发明控制系统结构图；
图7为本发明STM32单片机控制系统硬件框图；
图8为本发明工作流程图；
图中：1、立井钢丝绳罐道滑套；2、FPC排线单元；3、PCB板；4、分压电阻；5、电压检测电路单元电源；6、电压检测电路单元外壳；7、数据接收模块；8、上位机；9、STM32单片机；10、控制电源；11、数据传输模块；12、控制系统外壳；13、PI加强输出端；14、FPC排线插座；15、贴片电阻；16、钢丝绳。
具体实施方式
本发明所提供的一种基于FPC的立井钢丝绳罐道滑套磨损量的检测方法及装置，为了使本发明的目的、技术方案及优化点更加清晰、明确，下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明一种立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，包括多个FPC排线单元、多个电压检测电路单元、控制系统和数据显示设备。
立井钢丝绳罐道滑套的两端端面分别设置有多个FPC排线单元，多个FPC排线单元绕钢丝绳绳孔外周依次粘贴至立井钢丝绳罐道滑套端部表面构成闭合；每个FPC排线单元分别连接一个电压检测电路单元；
如图1所示，立井钢丝绳罐道滑套的两端固定连接有电压检测电路单元外壳6，电压检测电路单元外壳6依据FPC排线的安装位置而固定在滑套的两端。
如图1所示，所述的数据显示设备包括数据接收模块7和上位机8，数据接收模块7连接于上位机8，数据接收模块7和上位机8可以放置于数据监控室内，设备运行时，用于实时检测该装置的运行状况以及对于磨损量的数据显示。
如图1至5所示，本实施例中，电压检测电路单元包括8个电压检测电路单元，立井钢丝绳罐道滑套的两端各4个，每个电压检测电路单元包括一个FPC排线单元2、PCB板3、分压电阻4和电压检测电路单元电源5。4个FPC排线单元2依次粘贴至零件表面构成闭合，每个电压检测电路单元中的FPC排线单元2的PI加强输出端13与PCB板3相连，并固定于电压检测电路单元外壳6中，分压电阻4与电压检测电路单元电源5分别固定于电压检测电路单元外壳6内，通过导线将FPC排线单元2另一不含PI加强输出端13与分压电阻4串联，再将分压电阻4与PCB板3输出端分别接至电压检测电路单元电源5，将FPC排线单元2、PCB板3、分压电阻4和电压检测电路单元电源5构成闭合回路。
本实施例中，FPC排线单元2通过打烊而成，其中，由于立井钢丝绳罐道滑套1为内径40mm，外径80mm的半环半方形零件且内壁发生磨损，磨损厚度大于10mm即需更换，所以FPC排线单元2同样设计成环状，并且排线内部采用0.1mm的铜丝进行布线，最内圈的圆弧段直径为40mm，然后以1mm等距阵列铜丝，共10根圆弧状铜丝，最外层直径为49mm，FPC排线单元2的一端进行PI加强使其与FPC排线插座14相连，FPC排线单元2另一端将9根铜丝并联汇聚于一点输出，4个FPC排线单元2排列成封闭圆环状固定在立井钢丝绳罐道滑套1的端面上。
本实施例中，FPC排线单元2的安装：由于滑套是内壁发生磨损，所以设计的FPC排线单元2内部最内圈的铜丝直径与滑套内径相同，因此安装时，FPC排线单元最内圈的铜丝与滑套的内径进行同心安装，FPC排线单元最内圈铜丝段将会与滑套内径完全重合，使得最终的FPC排线在滑套端面构成封闭。
本实施例中，PCB板由FPC排线插座14和贴片电阻15构成，FPC排线插座14的插槽数与FPC排线单元的铜线根数相同，贴片电阻15数目也与FPC排线单元上的铜丝数目相同，每个贴片电阻一端与FPC排线插座单个输出引脚相连，另一端汇聚于一点输出。
如图6所示，所述控制系统包括STM32单片机9、控制电源10和数据传输模块11，STM32单片机通过数据线分别连接电压检测电路单元中的分压电阻两端进行数据的读取，STM32单片机通过输出电路连接无线传输模块，以及通过电源线连接控制电源。
进一步的，如图7所示，所述的STM32单片机控制系统包括STM32芯片、复位电路、时钟电路、串行通讯电路、数据传输模块。复位电路和时钟电路分别与STM32芯片NRST引脚和XTAL1、XTAL2引脚连接，构成单片机最小系统；串行通讯电路连接在STM32芯片的PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PB0、PB1和GND口，实现外部8个电压检测电路单元电压的采集；数据传输模块接在STM32的ATK MODULE引脚，用来将STM32在运行过程中获得的数据通过无线发送出去。
本实施例中电压检测电路单元工作原理为：在磨损量检测的过程中，FPC排线单元内部的每根铜丝分别跟一根贴片电阻单独串联，然后再总体并联，当单侧4个电压检测电路单元中的其中一个FPC排线单元中的铜丝发生断裂时即滑套的某一方向发生磨损时，根据磨损的厚度不同，FPC中的铜丝断裂根数也不相同，致使断裂的铜丝所连接的贴片电阻发生断路，并联电阻个数变少，导致该电路总电阻变大，总电流变小，分压电阻两端的电压值变小，控制系统实时获得分压电阻两端的电压值，然后通过数据传输模块发出，由数据接收模块获得，然后传输给上位机，通过分压电阻两端电压示数与磨损量之间的关系，可以得出当前的磨损量；并且还可以通过8个电压检测电路单元中每个电路示数的变化得出磨损发生的位置。
如图8所示，装置运行过程：
a.在提升机运行前启动此检测装置。
b.电压检测电路单元和控制系统接通，控制系统不断的读取数据并发送给数据传输模块。
c.数据接收模块接收传输模块发出的信息，然后传送给上位机。
d.上位机通过比对数据的变化，实时显示当前磨损量以及磨损位置。
以上所述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 (8)

1.一种立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，其特征在于，包括多个FPC排线单元、多个电压检测电路单元、控制系统和数据显示设备，其中，
立井钢丝绳罐道滑套的两端端面分别设置有多个FPC排线单元，多个FPC排线单元绕钢丝绳绳孔外周依次粘贴至立井钢丝绳罐道滑套端部表面构成闭合；每个FPC排线单元分别连接一个电压检测电路单元；
所述控制系统包括控制模块、控制电源和数据传输模块，其中，控制模块的信号输入端分别与多个电压检测电路单元信号连接，控制模块的信号输出端通过输出电路连接无线传输模块；所述控制电源为控制模块供电；
所述数据显示设备包括数据接收模块和上位机，上位机通过数据接收模块接收无线传输模块传输的数据。
2.根据权利要求1所述的立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，其特征在于，每个所述电压检测电路单元均包括PCB板、分压电阻和检测电路单元电源；其中，所述PCB板由FPC排线插座和贴片电阻组成，FPC排线插座的插槽数与FPC排线单元上的铜丝根数相同，每个贴片电阻一端与FPC排线插座单个输出引脚相连，另一端汇聚于一点输出；每个所述FPC排线单元均具有第一输出端和第二输出端，FPC排线单元的第一输出端为PI加强输出端，所述PI加强输出端与PCB板上的FPC排线插座相连，PCB板输出端通过导线依次和分压电阻、电压检测电路单元电源以及FPC排线的第二输出端串联以构成一个电压检测电路单元。
3.根据权利要求1所述的立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，其特征在于，所述立井钢丝绳罐道滑套的两端端面还固定连接电压检测电路单元外壳，所述电压检测电路单元均固定在所述电压检测电路单元外壳内。
4.根据权利要求1所述的立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，其特征在于，每个FPC排线单元均采用大于或等于0.05mm的铜丝进行布线，最内圈的圆弧段直径与待测零件磨损内壁直径相同，然后以大于或等于0.05mm等距阵列铜丝。
5.根据权利要求1所述的立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，其特征在于，所述控制模块为STM32单片机。
6.根据权利要求5所述的立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置，其特征在于，所述STM32单片机包括STM32芯片、复位电路、时钟电路、串行通讯电路以及数据传输模块，复位电路和时钟电路分别与STM32芯片NRST引脚和XTAL1、XTAL2引脚连接，构成单片机最小系统；
串行通讯电路连接在STM32芯片的PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PB0、PB1和GND口，实现外部多个电压检测电路单元电压的采集；
数据传输模块接在STM32的ATK MODULE引脚，用来将STM32芯片在运行过程中获得的数据通过无线发送出去。
7.一种基于权利要求1所述立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置的磨损量检测方法，其特征在于，
a.在提升机运行前启动此检测装置；
b.多个电压检测电路单元和控制系统接通，控制系统不断的读取数据并发送给数据传输模块；
c．当滑套的某一方向发生磨损时，多个电压检测电路单元中的其中一个FPC排线单元中的铜丝将发生断裂，根据磨损的厚度不同，FPC排线单元中的铜丝断裂根数也不相同，致使和所述FPC排线单元相对应的电压检测电路单元检测到的电压值变小，控制系统实时获得分压电阻两端的电压值，然后通过数据传输模块发出，由数据接收模块获得，然后传输给上位机；
d.上位机通过比对数据的变化，通过分压电阻两端电压示数与磨损量之间的关系，可以得出当前的磨损量；并且还可以通过多个电压检测电路单元中每个电压示数的变化得出磨损发生的位置从而实时显示当前磨损位置。
8.根据权利要求7所述立井钢丝绳罐道滑套磨损量检测装置的磨损量检测方法，其特征在于，所述FPC排线单元的数量为8个，立井钢丝绳罐道滑套的两端端面分别设置4个FPC排线单元，4个FPC排线单元在立井钢丝绳罐道滑套端部表面绕钢丝绳绳孔外周依次粘贴构成闭合。
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