CN108562220A - 一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器 - Google Patents

一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，位移滑动体包括轴承、轴和触头，轴承套设在轴上，轴承固定设置在箱体中，触头的一端固定设置在轴的一端，触头另一端均伸出箱体抵靠在待检测管道上；还包括与触头位移量成线性关系的位移检测体，位移检测体均固定设置在箱体上，位移检测体包括滑片和线性检测装置，线性检测装置的滑动端固定连接滑片一端，滑片另一端均固定连接一轴，触头所在直线均经过待检测管道的圆心位置。本发明通过滑动变阻器或电子计的滑动端的位移与电压的变化成线性比例关系，可直观地、准确地获取到待检测X/Y轴方向上的位移量，便于焊接的技术人员准确地了解待焊接管道的偏移量，提高了焊接的准确性。

Description

一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器
技术领域
本发明涉及一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，属于检测膜式水冷壁变形量的位移传感器技术领域。
背景技术
膜式水冷壁的发展最初是为了得到良好的炉膛气密封，减少炉膛漏风和采用微正压燃烧，为取消引风机运行创造条件。但膜式水冷壁因烟气的作用容易腐蚀和磨蚀，因此需要采用堆焊的方法在膜式水冷壁迎火面堆焊一层耐蚀层。膜式水冷壁是管板结构，管子的长度远远大于管子的外径，因而刚度小，堆焊过程中管子易发生弯曲变形，如不采用传感器，会导致焊接位置错位，影响堆焊质量。在进行自动堆焊时，需要设计传感器，用于检测管子实际位置，确保焊枪指向待焊位置。
膜式水冷壁结构如图1所示，由管子和偏钢焊接而成。管子的直径为Φ38mm，壁厚为 5mm，长10m，材料为Q235B，偏钢宽度22mm，壁厚为5mm，长10m，材料为Q235B，膜式水冷壁的宽度一般为1-2m。长度方向上的尺寸远远大于其他两个方向上的尺寸，这会造成水冷壁长度方向的刚度很小，很容易发生弯曲变形，而且在水冷壁制造时，也可能出现左右变形，这就需要设计出一种传感器，检测焊接位置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，实现了焊枪对管子的实时追踪，解决了因管子变形导致焊接位置偏移的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，包括箱体、若干个位移滑动体，若干个所述位移滑动体包括轴承、轴和触头，所述轴承套设在所述轴上，所述轴沿着所述轴承轴向位移，所述轴承固定设置在所述箱体中，所述触头的一端固定设置在所述轴的一端，若干个所述触头另一端均伸出所述箱体抵靠在待检测管道上；还包括若干个与所述触头位移量成线性关系的位移检测体，若干个位移检测体均固定设置在所述箱体上，所述位移检测体包括滑片和线性检测装置，所述线性检测装置的滑动端固定连接所述滑片一端，所述滑片另一端均固定连接一所述轴，所述触头所在直线均经过待检测管道的圆心位置。
优先地，本发明中所述线性检测装置包括滑动变阻器、电阻R和电源，所述滑动变阻器的滑动端固定连接所述滑片一端，所述滑片另一端均固定连接一所述轴，所述电源串联电阻 R、滑动变阻器形成回路，所述滑动变阻器的滑动端、所述滑动变阻器的接地端之间的电压与所述触头的位移成线性关系。
优先地，本发明中所述线性检测装置包括电位计，所述电位计的滑动端固定连接所述滑片，所述电位计的滑动端与电位计某一端之间的输出电压与所述触头的位移成线性关系。
优先地，本发明中包括至少两个位移滑动体，至少两个所述位移滑动体对称地围绕待检测管道分布。
优先地，本发明中包括三个位移滑动体，三个所述位移滑动体对称地围绕待检测管道分布，三个所述位移滑动体位于同一平面上，相邻所述位移滑动体之间的夹角范围为0～68.91°或90°。
优先地，本发明中所述位移滑动体包括U形轴套，所述轴中部沿半径方向向外环形延伸形成台阶凸起，所述台阶凸起上横向切削形成平台，所述平台上开设螺纹孔一，所述U形轴套套设在所述轴中部上，所述U形轴套上开设配合所述台阶凸起的U型凹槽；所述滑片外形为U型，所述滑动变阻器的滑动端或所述电位计的滑动端均为横截面为十字形的柱体，所述滑片包括左竖板、横板和右竖板，所述左竖板固定连接所述横板左端，所述横板右端固定连接所述右竖板，所述左竖板上开设配合所述柱体的十字通孔，所述横板向前后两侧延伸两个耳朵凸起，所述箱体中开设配合两个所述耳朵凸起的滑槽，所述右竖板上开设配合所述螺纹孔一的螺纹孔二。
优先地，本发明中所述位移滑动体还包括弹簧，所述轴靠近触头的一端开设半径变小的台阶孔，所述弹簧套设在所述触头上，所述弹簧位于箱体外侧，所述触头远离所述轴的一端沿半径方向向外环形延伸形成扩径段，所述扩径段的直径大于所述弹簧直径。
优先地，本发明中所述箱体包括上箱盖、下箱盖，所述上箱盖包括扇形上盖和配合所述扇形上盖的大圆弧形侧盖，所述扇形上盖固定连接所述大圆弧形侧盖，所述下箱盖包括两个长方体形侧盖、小圆弧形侧盖和扇形下盖，两个所述长方体形侧盖对称地固定连接所述扇形下盖，所述两个长方体形侧盖左侧壁、右侧壁和底壁分别固定连接两个所述长方体形侧盖、所述扇形下盖，所述上箱盖盖合在下箱盖上。
本发明所达到的有益效果：
本发明通过滑动变阻器或电子计的滑动端的位移与电压的变化成线性比例关系，可直观地、准确地获取到待检测X/Y轴方向上的位移量，便于焊接的技术人员准确地了解待焊接管道的偏移量，提高了焊接的准确性，进而提高了膜式水冷壁的结构的坚固程度；本发明中扇形的箱体有利于更贴合待检测管道，提高了检测的准确率。
附图说明
图1是现有技术中膜式水冷壁的截面图；
图2是本发明实施例一的立体图；
图3是本发明实施例一的透视图；
图4是本发明中实施例一中位移传感器的结构图；
图5是本发明中轴的主视图和立体图；
图6是本发明中滑片的主视图和立体图；
图7是本发明中滑动凸台的结构图；
图8是本发明中轴套的主视图和立体图；
图9是本发明中轴承的主视图和立体图；
图10是本发明中开口挡圈的主视图和立体图；
图11是本发明中箱体的仰视图；
图12是本发明中实施例一的电路图；
图13是本发明中实施例一的示意图；
图14是本发明实施例一的原理图；
图15是本发明实施例一的原理图；
图16是本发明实施例二的原理图。
附图中标记含义，1-触头；2-弹簧；3-轴承；4-滑片；5-U形轴套；6-滑动变阻器；7-挡圈；8-轴；9-箱体；10-上箱盖；11-下箱盖；12-台阶凸起；13-台阶孔；14-螺纹孔一；15-耳朵凸起；16-十字通孔；17-螺纹孔二；18-柱体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，包括箱体9、若干个位移滑动体，若干个所述位移滑动体包括轴承3、轴8和触头1，所述轴承3套设在所述轴8上，所述轴8沿着所述轴承3轴向位移，所述轴承3固定设置在所述箱体9中，所述触头1的一端固定设置在所述轴8的一端，若干个所述触头1另一端均伸出所述箱体9抵靠在待检测管道上；还包括若干个与所述触头1位移量成线性关系的位移检测体，若干个位移检测体均固定设置在所述箱体9上，所述位移检测体包括滑片4和线性检测装置，所述线性检测装置的滑动端固定连接所述滑片4一端，所述滑片4另一端均固定连接一所述轴8，所述触头所在直线均经过待检测管道的圆心位置。
进一步地，本发明中所述线性检测装置包括滑动变阻器6、电阻R和电源，所述滑动变阻器6的滑动端固定连接所述滑片4一端，所述滑片4另一端均固定连接一所述轴8，所述电源串联电阻R、滑动变阻器6形成回路，所述滑动变阻器6的滑动端、所述滑动变阻器6 的接地端之间的电压与所述触头1的位移成线性关系。
进一步地，本发明中包括至少两个位移滑动体，至少两个所述位移滑动体对称地围绕待检测管道分布。
进一步地，本发明中包括三个位移滑动体，三个所述位移滑动体对称地围绕待检测管道分布，三个所述位移滑动体位于同一平面上，三个所述位移滑动体的轴线经过待检测管道未变形前的圆心，相邻所述位移滑动体之间的夹角范围为0～68.91°，本实施例中取值68.91°，可以外接控制器和显示屏，用于显示本发明检测的数值。
进一步地，如图8所示，本发明中所述位移滑动体包括U形轴套5，所述轴8中部沿半径方向向外环形延伸形成台阶凸起12，所述台阶凸起12上横向切削形成平台，所述平台上开设螺纹孔一14，所述U形轴套5套设在所述轴8中部上，所述U形轴套5上开设配合所述台阶凸起12的U型凹槽；所述滑片4外形为U型，所述滑动变阻器6的滑动端或所述电位计的滑动端均为横截面为十字形的柱体18，如图7所示；如图6所示，所述滑片4包括左竖板、横板和右竖板，所述左竖板固定连接所述横板左端，所述横板右端固定连接所述右竖板，所述左竖板上开设配合所述柱体18的十字通孔16，所述横板向前后两侧延伸两个耳朵凸起15，所述箱体中开设配合两个所述耳朵凸起15的滑槽，所述右竖板上开设配合所述螺纹孔一14的螺纹孔二17，滑槽防止三个位移传感器轴出现转动，对滑动变阻器的滑动端凸台产生力的作用，造成滑动端的损坏。
进一步地，如图2所示，本发明中所述位移滑动体还包括弹簧2，所述轴8靠近触头1的一端开设半径变小的台阶孔13，所述弹簧2套设在所述触头1上，所述弹簧2位于箱体9 外侧，所述触头1远离所述轴8的一端沿半径方向向外环形延伸形成扩径段，所述扩径段的直径大于所述弹簧2直径。
进一步地，包括开口挡圈7，所述轴承3包括轴承一、轴承二，U形轴套5位于轴承一、轴承二之间，所述开口挡圈固定设置在轴远离触头1的一端，开口挡圈为标准件，起到限制轴承3轴上方向运动。
进一步地，本发明中所述箱体9包括上箱盖10、下箱盖11，所述上箱盖10包括扇形上盖和配合所述扇形上盖的大圆弧形侧盖，所述扇形上盖固定连接所述大圆弧形侧盖，所述下箱盖11包括两个长方体形侧盖、小圆弧形侧盖和扇形下盖，两个所述长方体形侧盖对称地固定连接所述扇形下盖，所述两个长方体形侧盖左侧壁、右侧壁和底壁分别固定连接两个所述长方体形侧盖、所述扇形下盖，所述上箱盖10盖合在下箱盖11上。
本发明中中弹簧起到预压紧作用；触头固定在轴的一端，触头上的扩径段一方面防止弹簧从主轴上滑掉，另一方面和管子接触，探测管子的实际位置；轴承3约束轴的周向运动，使轴只能沿轴向运动。轴套约束两直线轴承的轴向距离，开口挡圈用于限定轴承的轴向位置；滑动变阻器的移动端通过滑片与轴固定，因此当轴上下移动时，带动滑片上下移动，滑动变阻器的移动端上下移动，进而调节变阻器的电阻大小，箱体上表面上有三个径向方孔用于固定滑动变阻器。
如图12所示，三个位移传感器都是采用的滑动变阻器来检测管子的变形，当管子与初始圆的位置发生前后左右移位时，UA，UB，UC输出的电压正比于轴移动的距离,据此可以检测到管子新的位置。在开始时，调节传感器的触头位置，使触头所在直线与待检测管道的半径重合，三个触头所在直线均经过待检测管道的圆心位置。
如图13，由于初始传感器调节到待检测管道对中位置，建立以待检测管道的中心为坐标原点，X轴平行于梁，Y轴垂直于梁的坐标系。此时三个位移传感器与待检测管道接触，三个接触点的坐标分别为(-13.433，-13.433)，(0，-19)，(13.433,-13.433)。当待检测管道偏移时，表现为发生前后左右偏移。
如图14，当管子向右下方偏移时，管排由AB变为A’B’的位置，设位移传感器1、设位移传感器2、位移传感器3的变化为Δl1、Δl2、Δl3，当轴伸长时，Δl1、Δl2、Δl3为正，当轴缩短时，Δl1、Δl2、Δl3为负。
则对应的三个接触点的坐标为
(-13.433+Δl1×cos45°,-13.433+Δl1×sin45°)，(0,-19+Δl2)，
(13.433-Δl3×cos45°,-13.433+Δl3×sin45°)
设变形后管子的圆心为(a,b)，则
a2+(-19+Δl2-b)2＝192
c1＝Δl1 2-Δl3 2-38(Δl1-Δl3)
c2＝Δl3 2-Δl2 2-38(Δl3-Δl2)
实施例二
与实施例一不同的是，本发明中所述线性检测装置为电位计，所述电位计的滑动端固定连接所述滑片4，所述电位计的滑动端与电位计某一端之间的输出电压与所述触头1的位移成线性关系，电源给电位计供电，扇形上盖、扇形下盖的弧度为π；如图16所示，本实施例还包括三个触头，三个触头包括L形触头A、L形触头B、L形触头C,L形触头B位于L形触头A、L形触头C之间,L形触头B所在直线经过待检测管道的圆心，L形触头B垂直L 形触头A、L形触头C分布，L形触头A、L形触头C之间的夹角为180°，三个电位计包括电位计A、电位计B和电位计C,电位计A、电位计C均横向设置，电位计B竖向设置， L形触头A垂直固定连接电位计A的滑动端，L形触头B垂直固定连接电位计B的滑动端,L 形触头C垂直固定连接电位计A的滑动端。
L形触头A、L形触头C在同一水平线上，且与模式水冷壁中的扁钢平行，L形触头A、L形触头C与扁钢的距离为a，因为钢管的半径为19mm，考虑最大变形为2mm，为防止水冷壁在X方向产生大变形时，A、B触头接触为图14所示的状态，取a为10mm。L形触头 B与扁钢垂直，L形触头B与L形触头C的距离为b，取值为15mm。
当触头在待焊面上移动时，电位计的滑动端与电位计一侧的两端间的输出电压UA、UB、 UC发生变化，该输出电压与给定的电压作比较，得到电压差值。因为输出电压与触头的位移成线性关系，所以电压差值也与触头的位移成线性关系，电压差值的符号与大小即是触头移动的方向与大小，也是膜式水冷壁产生变形的方向与大小。至此，完成了数据的采集，通过其他外置的装备可进一步对数据进行处理，可得到焊枪的调整方向及调整大小。
当水冷壁由于变形使得传感器A、B、C的触头发生水平位移，且位移量分别为ΔLA、ΔLB、ΔLC时，可通过这3个数据获得水冷壁的变形方向及变形大小：
①当|ΔLA|＝|ΔLB|且触头A、B位移的方向相反时，表明水冷壁只在X方向上产生变形，变形量大小为，变形方向与触头C的位移方向相同；
②当|ΔLA|＝|ΔLB|且触头A、B位移的方向相同时，表明水冷壁只在Y方向上产生变形，变形量大小为，变形方向与触头A的位移方向相同；
③当|ΔLA|≠|ΔLB|时，表明水冷壁在X、Y方向上均产生变形，此时变形量大小和方向需进一步确定。
实施例三
与实施例一不同的是，本发明中包括五个位移滑动体，五个所述位移滑动体等间距、对称地围绕待检测管道分布，五个位移滑动体位于同一平面上，五个位移滑动体组合形成的最大夹角为180°，扇形上盖、扇形下盖的弧度为π。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，包括箱体(9)、若干个位移滑动体，若干个所述位移滑动体包括轴承(3)、轴(8)和触头(1)，所述轴承(3)套设在所述轴(8)上，所述轴(8)沿着所述轴承(3)轴向位移，所述轴承(3)固定设置在所述箱体(9)中，所述触头(1)的一端固定设置在所述轴(8)的一端，若干个所述触头(1)另一端均伸出所述箱体(9)抵靠在待检测管道上；还包括若干个与所述触头(1)位移量成线性关系的位移检测体，若干个位移检测体均固定设置在所述箱体(9)上，所述位移检测体包括滑片(4)和线性检测装置，所述线性检测装置的滑动端固定连接所述滑片(4)一端，所述滑片(4)另一端均固定连接一所述轴(8)，所述触头(1)所在直线均经过待检测管道的圆心位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，所述线性检测装置包括滑动变阻器(6)、电阻R和电源，所述滑动变阻器(6)的滑动端固定连接所述滑片(4)一端，所述滑片(4)另一端均固定连接一所述轴(8)，所述电源串联电阻R、滑动变阻器(6)形成回路，所述滑动变阻器(6)的滑动端、所述滑动变阻器(6)的接地端之间的电压与所述触头(1)的位移成线性关系。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，所述线性检测装置包括电位计，所述电位计的滑动端固定连接所述滑片(4)，所述电位计的滑动端与电位计某一端之间的输出电压与所述触头(1)的位移成线性关系。
4.根据权利要求1所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，包括至少三个位移滑动体，至少三个所述位移滑动体对称地围绕待检测管道分布。
5.根据权利要求1所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，包括三个位移滑动体，三个所述位移滑动体对称地围绕待检测管道分布，三个所述位移滑动体位于同一平面上，相邻所述位移滑动体之间的夹角范围为0～68.91°或90°。
6.根据权利要求1所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的传感器，其特征在于，包括三个位移滑动体，三个所述位移滑动体对称地围绕待检测管道分布。
7.根据权利要求2或3所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，所述位移滑动体包括U形轴套(5)，所述轴(8)中部沿半径方向向外环形延伸形成台阶凸起(12)，所述台阶凸起(12)上横向切削形成平台，所述平台上开设螺纹孔一(14)，所述U形轴套(5)套设在所述轴(8)中部上，所述U形轴套(5)上开设配合所述台阶凸起(12)的U型凹槽；所述滑片(4)外形为U型，所述滑动变阻器(6)的滑动端或所述电位计的滑动端均为横截面为十字形的柱体(18)，所述滑片(4)包括左竖板、横板和右竖板，所述左竖板固定连接所述横板左端，所述横板右端固定连接所述右竖板，所述左竖板上开设配合所述柱体(18)的十字通孔(16)，所述横板向前后两侧延伸两个耳朵凸起(15)，所述箱体中开设配合两个所述耳朵凸起(15)的滑槽，所述右竖板上开设配合所述螺纹孔一(14)的螺纹孔二(17)。
8.根据权利要求1所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，所述位移滑动体还包括弹簧(2)，所述轴(8)靠近触头(1)的一端开设半径变小的台阶孔(13)，所述弹簧(2)套设在所述触头(1)上，所述弹簧(2)位于箱体(9)外侧，所述触头(1)远离所述轴(8)的一端沿半径方向向外环形延伸形成扩径段，所述扩径段的直径大于所述弹簧(2)直径。
9.根据权利要求1所述的一种用于检测膜式水冷壁变形的位移传感器，其特征在于，所述箱体(9)包括上箱盖(10)、下箱盖(11)，所述上箱盖(10)包括扇形上盖和配合所述扇形上盖的大圆弧形侧盖，所述扇形上盖固定连接所述大圆弧形侧盖，所述下箱盖(11)包括两个长方体形侧盖、小圆弧形侧盖和扇形下盖，两个所述长方体形侧盖对称地固定连接所述扇形下盖，所述两个长方体形侧盖左侧壁、右侧壁和底壁分别固定连接两个所述长方体形侧盖、所述扇形下盖，所述上箱盖(10)盖合在下箱盖(11)上。
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