CN110864763B - 一种玻璃液面计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种玻璃液面计，包括用于与用户现场安装座固定的底座、用于与底座配合组成支撑框架的立柱、用于记录与传输信号的控制器、用于控制探针上下移动的单轴机器人、用于控制所述单轴机器人的伺服驱动器。立柱垂直设置于底座上方，控制器设置于立柱上且位于靠近所述底座的一端，单轴机器人设置于所述立柱上且位于与控制器相邻的一侧，伺服驱动器设置于立柱上且位于与单轴机器人相对的一侧。本发明采用一体化设计，结构紧凑、维修方便，有效降低了生产成本，提高了设备的可靠性；采用直线导轨导向以及滚珠丝杠传递位移，都是过盈配合，无传动间隙，从而实现了高精度、低惯性传动，确保了整个设备的测量精度。

Description

一种玻璃液面计

技术领域

本发明涉及玻璃行业专用设备技术领域，具体涉及一种玻璃液面高度测量装置。

背景技术

玻璃作为一种透光材料广泛引用建筑、汽车等行业以及日常生活中。玻璃制造厂商在制作玻璃过程中，需要进行监控玻璃多方面的情况，例如玻璃液面高度。

一般情况下，融化玻璃温度高达1500-1600度，沉淀后通过铂金通道进入成型工序拉伸成型，在这工艺流程中，需要控制一个重要工艺参数——融化玻璃液面高度，以保证成型和控制投料。传统的雷达、激光，由于环境以及介质特殊性，无法很好精确测量融化玻璃液面高度。

目前市面上代表性的有美国某公司生产的玻璃液面计，通过齿轮齿条传动,带动感测液面的探针上下运动,运动距离通过位移传感器计量，因为齿轮齿条传动之间存在间隙,且间隙不均匀,导致误差大且不稳定，采用位移传感器测量存在零点校准比较困难,输出存在漂移现象,传动机构惯性较大,探针触发后,因机械间隙等原因,探针会过冲,导致玻璃探针接触玻璃液太深，容易挂料。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

针对上述现有设备的不足，本发明目的在于提供了一种玻璃液面计，提高了测量精度和运行可靠性，有效避免了探针挂料。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该玻璃液面计，包括用于与用户现场安装座固定的底座、用于与所述底座配合组成支撑框架的立柱、用于记录与传输信号的控制器、用于控制探针上下移动的单轴机器人、用于控制所述单轴机器人的伺服驱动器；

所述立柱垂直设置于所述底座上方，所述控制器设置于所述立柱上且位于靠近所述底座的一端，所述单轴机器人设置于所述立柱上且位于与所述控制器相邻的一侧，所述伺服驱动器设置于所述立柱上且位于与所述单轴机器人相对的一侧；

其中，所述单轴机器人包括电机座、伺服电机、滚珠丝杠、直线导轨副和与所述直线导轨副配合的伸缩杆；所述伺服电机安装于所述电机座上，所述滚珠丝杠通过弹性联轴器与所述伺服电机连接，所述直线导轨副安装于所述滚珠丝杠上；

所述直线导轨副一侧设置有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块和第二滑块间隔预设距离；所述伸缩杆一端通过第一固定件和第二固定件锁紧安装在所述第一滑块和第二滑块上；所述直线导轨副与第一滑块和第二滑块相对的另一侧上依次设置有第一光电开关、第二光电开关和第三光电开关。

进一步地，还包括机壳，所述伸缩杆的另一端伸出所述机壳通过水平杆与探针连接。

进一步地，还包括冷却器，所述冷却器设置于所述机壳的外侧。

进一步地，上述控制器包括电源模块、隔离器和控制主板。

进一步地，上述控制主板包括电源接口端子、RS485通讯端子、电流输出端子和微控制单元。

进一步地，上述RS485通讯端子与远程控制柜电性连接。

进一步地，上述电流输出端子与远程控制柜电性连接。

进一步地，上述立柱与所述底座通过螺钉固定。

进一步地，上述单轴机器人通过螺钉安装在所述立柱上。

进一步地，上述控制主板采用维米克四键操作板。

本发明的有益效果：

1、本发明采用一体化设计，结构紧凑、维修方便，有效降低了生产成本，提高了设备的可靠性；

2、本发明采用直线导轨导向以及滚珠丝杠传递位移，都是过盈配合，无传动间隙，从而实现了高精度、低惯性传动，确保了整个设备的测量精度；

3、本发明的单轴机器人采用了双滑块结构,极大的提高了伸缩杆刚性,极大的减少了悬臂型探针结构目前存在的晃动现象,将测量精度提升到0.01mm；

4、本发明的机壳采用不锈钢,压缩空气进入机壳后,从机壳缝隙溢出,在内部形成微正压环境,有效阻止了外部高湿空气进入机壳内部。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明一实施例的结构示意图；

图4是图3的右视图；

图5是本发明伺服机器人的结构示意图；

图6是本发明的电气连接示意图。

图中：

1为机壳，2为底座,3为支柱，4为控制器,401为电源模块，402为隔离器，403为控制主板，5为伺服驱动器，6为单轴机器人，601为电机座，602为伺服电机，603为滚珠丝杠，604为直线导轨副，605为伸缩杆，606为弹性联轴器，607为第一滑块，608为第二滑块，609为第一固定件，610为第二固定件，611为第一光电开关，612为第二光电开关，611为第三光电开关，7为固定栓，8为冷却器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些结构图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

如图1-4所示的玻璃液面计，包括用于与用户现场安装座固定的底座2、用于与底座2配合组成支撑框架的立柱3、用于记录与传输信号的控制器4、用于控制探针上下移动的单轴机器人6、用于控制单轴机器人6的伺服驱动器5。立柱3通过螺钉垂直固定于底座2上方，控制器4固定于立柱3上且位于靠近底座2的一端，单轴机器人6设置于立柱3上且位于与控制器4相邻的一侧，伺服驱动器5设置于立柱3上且位于与单轴机器人6相对的一侧。

另外，该玻璃液面计安装有整机的机壳1和设置于机壳1的外侧的冷却器8，冷却器8采用涡流管制冷器，机壳顶面也设置有用于搬运的固定栓7。由于玻璃液面计为机械结构，且工作现场是高温高湿环境,而控制器4等设备正常运行时的温度不能超过85摄氏度,因此采用涡流管制冷器对机壳内温度进行调整；当压缩空气进入涡流管后被分为两部分，一部分为冷空气，一部分为热空气,热空气从外部释放,冷空气通过与上方弯管连接的软管进入机壳1内,通过调整冷热比例,将机壳1内部温度调整在大约45摄氏度，从而降低机壳1内温度，使温度保持在45摄氏度左右，为玻璃液面计提供较好的工作温度。机壳1可以为不锈钢外壳,避免高湿环境造成的腐蚀，压缩空气进入机壳1后,从机壳1缝隙溢出,在内部形成微正压环境,有效阻止了外部高湿空气进入机壳内部。

如图5所示的单轴机器人6包括电机座601、伺服电机602、滚珠丝杠603、直线导轨副604和与直线导轨副604配合的伸缩杆605。伺服电机602安装于电机座601上，滚珠丝杠603通过弹性联轴器606与伺服电机602连接，直线导轨副604安装于滚珠丝杠603上。直线导轨副604一侧设置有第一滑块607和第二滑块608，第一滑块607和第二滑块608间隔预设距离；伸缩杆605一端通过第一固定件609和第二固定件610锁紧安装在第一滑块607和第二滑块608上，伸缩杆605的另一端伸出机壳1通过水平杆与探针连接；直线导轨副604与第一滑块607和第二滑块608相对的另一侧上依次设置有第一光电开关611、第二光电开关612和第三光电开关613。

单轴机器人6工作时，伺服电机602转动，带动滚珠丝杠603旋转，推动滑块和固定件组成的滚珠螺母移动，滚珠螺母带动第一滑块607和第二滑块608移动从而带动伸缩杆605移动。

单轴机器人6上安装的三个光电开关，其中第一光电开关611限制第一滑块607继续向下移动(即图3中D点为下限位)，第三光电开关613限制第一滑块607继续向上移动(即图3中A点为上限位)，避免第一滑块607与直线导轨副604发生机械碰撞，第二光电开关612为零点开关(即图3中B点为液位测试零线)。

当第一滑块607向远离伺服电机602的方向移动到第二光电开关612处时，第三光电开关613检测到光束被安装在第一滑块607上的挡板遮挡或者反射，从而第三光电开关613的状态被改变，阻止第一滑块607继续向远离伺服电机602的方向移动，从而防止第一滑块607与直线导轨副604的一端相撞。

当第一滑块607向靠近伺服电机605的方向移动到第一光电开关611处时，第一光电开关611检测到光束被安装在第一滑块607上的挡板遮挡或者反射，从而第一光电开关611的状态被改变，阻止第一滑块607继续向靠近伺服电机602的方向移动。

当第一滑块607移动到第二光电开关612时，第二光电开关612检测到光束被安装在第一滑块607上的挡板遮挡或者反射，从而第二光电开关612的状态被改变，此时控制器4内部计数器清零，因此第二光电开关612处为测量的基准点。由于在每次测量时都会有一次控制器4内部计数器清零，可以有效的避免累积误差，所以零点开关即第二光电开关612的使用是该玻璃液面计的独创之一。

上述第一光电开关611、第二光电开关612和第三光电开关613的具体工作原理可参考现有技术，在此不做详细赘述。

单轴机器人6安装有第一滑块607和第二滑块608，两个滑块安装时保持一个特定距离，通过第一固定件609和第二固定610件锁紧在伸缩杆605上。本实施例选用两个滑块，可有效提高伸缩杆605与直线导轨副604之间的刚度，承载更大的弯曲力矩，将弯曲力矩转移到直线导轨副上，避免滚珠丝杠603承受弯曲力，在一定程度上极大的减少了悬臂型探针结构目前存在的晃动现象,将测量精度提升到0.01mm，从而在一定程度上保证了玻璃液面计的传动精度。

控制器4包括电源模块401、隔离器402和控制主板403。控制主板403包括电源接口端子、RS485通讯端子、电流输出端子和微控制单元；控制主板403采用维米克四键操作板。RS485通讯端子与电流输出端子分别与远程控制柜电性连接，电源接口端子与供电设备电性连接。

该玻璃液面计的立柱3和底座2组成整个玻璃液面计的主机框架，用于安装其他组件。该玻璃液面计的底座2与用户现场的安装座通过螺钉连接，此时整台玻璃液面计相对玻璃炉固定，只剩余伸缩杆605可上下移动，玻璃液面计通过固定在伸缩杆605上的探针感应玻璃液面的高度从而对玻璃液面高度进行测量。

当伸缩杆605向下移动时，第一滑块607改变零点开关的瞬间，内部计数器清零，当探针感应到玻璃液面的瞬间，锁住内部计数器值，然后伸缩杆605向上退回，控制器4根据计数器值计算出从零点开关到触碰液面瞬间伸缩杆走动的距离可以得到液位位置。

本实施例中的伺服电机602采用交流伺服电机，滚珠丝杠603选用的导程为5mm，交流伺服电机的转动由高精度编码器对其转动角度进行计数,分辨率高达每转131072个计数,并且针对于本实施例中选用的导程为5mm的滚珠丝杠603,其分辨率高达5/131072＝0.00003814mm。

本实施例中的玻璃液面计可以有两种工作模式,即手动模式和自动模式,可在现场通过维米克四键操作板上的切换键进行操作模式切换。其中，手动模式用于玻璃液面计的现场安装调试、输出电流校准等。输出电流校准一般可在出厂前调试好，因此手动模式主要用于现场安装调试，调试步骤如下:

1、上电后,伸缩杆605上行,直到上限位被触发,位移坐标清零；

2、按下Ent键,切换为手动模式；

3、手动调整伸缩杆605下降直到Z轴坐标为预设坐标(不同行程机型可不同)；

4、通过调整安装座高度,将本玻璃液面计上的玻璃液面调试线(即图3中C点)与目前液位对齐；

5、调整探针高度,尽量靠近玻璃液面。

玻璃液面计调试完成后，在进行工作时可采用自动模式，在进入自动模式后的工作步骤如下:

1、上电后,伸缩杆上行,直到上限位被触发,位移坐标清零；

2、伸缩杆605下行,控制器4记录零点开关释放瞬间的位移坐标Z₀；

3、伸缩杆605继续下行,当探针感测到液面时,液面电压耦合到隔离器,隔离器402对控制主板403发出信号,控制主板403记录触发瞬间的位移坐标Z₁,同时控制主板403控制伺服电机602反转,伸缩杆605上行；

4、伸缩杆605上行过程中,控制器4计算Z₁-Z₀得到本次位移值Z；

5、通过维米克四键标准操作板或连接在RS485接口上的触摸屏可以将本次Z记录为参考值Z_C并永久保存；

6、控制器4将Z-Z_C＝L作为本次测量结果,通过公式

I＝4+(L-L_min)*16/(L_max-L_min)

计算输出信号电流,通过4-20Ma二线制电流端口(即电流输出端子)输出,式中

L_min为测量下限值

L_max为测量上限值

本次测量结果保存在控制器中,上位机可以通过RS485端口读出；

7、伸缩杆605上行到零点开关动作位置(即Z₀),继续上行4mm停止；

8、控制器4记录停止时间,到达设定停顿时间后,执行第二步，如此循环往复。

本实施例中的玻璃液面计在自动模式下按照相应的步骤进行周期性测试，可测出一系列玻璃液面高度值，从而可以根据这些玻璃液面高度值反应出玻璃液面高度的变化情况。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种玻璃液面计，其特征在于:包括用于与用户现场安装座固定的底座(2)、用于与所述底座(2)配合组成支撑框架的立柱(3)、用于记录与传输信号的控制器(4)、用于控制探针上下移动的单轴机器人(6)、用于控制所述单轴机器人(6)的伺服驱动器(5)；

所述立柱(3)垂直设置于所述底座(2)上方，所述控制器(4)设置于所述立柱(3)的一侧面且位于靠近所述底座(2)的一端；所述单轴机器人(6)设置于所述立柱(3)上，且所述单轴机器人(6)位于与所述控制器(4)相邻的另一侧面；所述伺服驱动器(5)设置于所述立柱(3)上且位于与所述单轴机器人(6)相对的一侧面；

其中，所述单轴机器人(6)包括电机座(601)、伺服电机(602)、滚珠丝杠(603)、直线导轨副(604)和与所述直线导轨副(604)配合的伸缩杆(605)；所述伺服电机(602)安装于所述电机座(601)上，所述滚珠丝杠(603)通过弹性联轴器(606)与所述伺服电机(602)连接，所述直线导轨副(604)安装于所述滚珠丝杠(603)上；

所述直线导轨副(604)一侧设置有第一滑块(607)和第二滑块(608)，所述第一滑块(607)和第二滑块(608)间隔预设距离；所述伸缩杆(605)一端通过第一固定件(609)和第二固定件(610)锁紧安装在所述第一滑块(607)和第二滑块(608)上；所述直线导轨副(604)与第一滑块(607)和第二滑块(608)相对的另一侧上依次设置有第一光电开关(611)、第二光电开关(612)和第三光电开关(613)。

2.根据权利要求1所述玻璃液面计，其特征在于：还包括机壳(1)，所述伸缩杆(605)的另一端伸出所述机壳(1)通过水平杆与探针连接。

3.根据权利要求2所述玻璃液面计，其特征在于：还包括冷却器(8)，所述冷却器(8)设置于所述机壳(1)的外侧。

4.根据权利要求1或2或3所述玻璃液面计，其特征在于：所述控制器包括电源模块(401)、隔离器(402)和控制主板(403)。

5.根据权利要求4所述玻璃液面计，其特征在于：所述控制主板(403)包括电源接口端子、RS485通讯端子、电流输出端子和微控制单元。

6.根据权利要求5所述玻璃液面计，其特征在于：所述RS485通讯端子与远程控制柜电性连接。

7.根据权利要求6所述玻璃液面计，其特征在于：所述电流输出端子与远程控制柜电性连接。

8.根据权利要求7所述玻璃液面计，其特征在于：所述立柱(3)与所述底座(2)通过螺钉固定。

9.根据权利要求8所述玻璃液面计，其特征在于：所述单轴机器人(6)通过螺钉安装在所述立柱(3)上。

10.根据权利要求8所述玻璃液面计，其特征在于：所述控制主板(403)采用维米克四键操作板。

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