CN112232475A - 一种可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置及数据记录方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，包括一齿轮、一信息处理器、一扭矩测量元件和多个感应元件；信息处理器上设置有多个输入端口，多个感应元件分别与多个所述输入端口电性连接，任一感应元件设置在轮齿的齿尖处，其余感应元件依次处于齿缝M等分的等分位置处；信息处理器具有一信息输出端口连接外部监控后台。本发明还公开一种高圈数分辨率、可识别动力钳旋扣方向的动力钳旋扣监控方法，根据感应元件采集的脉冲信号，可计算出电机的转速、转角和圈数，结合扭矩测量元件采集到的扭矩信息，可表征出动力钳旋扣过程中旋扣圈数和扭矩间的对应关系，还可实现对动力钳紧扣和松扣动作的识别。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置及数据记录方法。
背景技术
油气管道中，管道接口的连接质量影响着生产作业的质量与安全，因此需要对旋扣作业的全过程进行监控，动力钳的旋扣圈数和旋扣扭矩之间的对应关系是衡量接口质量的一项重要的指标。
光电传感器或者电磁式接近传感器具有成本低、安装方便等优点，在工控场合广泛使用。
目前，对于旋扣圈数的获取，简单的装备通过直接感知电机输出轴上齿轮的齿数来获得，在齿轮模数较高的情况下，采集到的监控数据的圈数分辨率较低，记录数据和实际工作情况间的误差较大，并且不能对旋扣过程中的紧扣和松扣动作加以区分，影响了数据的准确性与客观性。
发明内容
本发明的目的是提供一种高圈数分辨率的、一种可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置及数据记录方法，以解决背景技术中所提出的缺陷或问题。
为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，包括一安装在电机输出轴上的齿轮、一信息处理器、一扭矩测量元件和多个感应元件；其中，所述感应元件的个数为M个，M≥3；所述信息处理器上设置有多个脉冲输入端口和一信息输入端口，多个所述感应元件分别与多个所述脉冲输入端口电性连接，用于采集M个脉冲感应元件的感应信号；任一所述感应元件处于轮齿的齿尖处，其余所述感应元件依次处于任意相邻两轮齿的齿尖距离M等分的各等分位置处；所述扭矩测量元件与信息处理器的信息输入端口电性连接，用于获取旋扣过程中的扭矩变化情况；信息处理器具有一信息输出端口，所述信息输出端口电性连接外部监控后台。
进一步的，所述感应元件的个数为3且分别为第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件，所述信息处理器上设置有3个输入端口且分别为第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口，所述第一感应元件与第一输入端口电性连接，所述第二感应元件与第二输入端口电性连接，所述第三感应元件与第三输入端口电性连接；当所述第一感应元件位于轮齿的某一齿尖位置时，所述第二感应元件应置于任意两相邻轮齿齿尖之间顺时针1/3位置处，所述第三感应元件应置于任意两相邻轮齿齿尖之间顺时针2/3位置处。
优选的，所述第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件采用电磁式传感器，所述电磁式传感器安装在正对轮齿的外侧端或安装在轮齿的上方或下方。
优选的，所述第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件采用光电传感器，所述光电传感器安装在轮齿的上方、下方或上下方。
进一步的，所述信息处理器包括一控制器、脉冲耦合器、AD转换器、信号放大器和电源模块，所述电源模块为整个装置供电，所述第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件分别通过第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口与控制器的脉冲耦合器连接，转换为控制器可识别的脉冲信号；所述扭矩测量元件经信号放大器后送AD转换器，所述AD转换器连接控制器的信号输入端。
优选的，所述电源模块包括蓄电池及电源插口，所述电源插口内部电性连接蓄电池，所述电源插口外部通过电源适配器连接外部220V交流电。
优选的，所述信息处理器上具有一用于控制信号输出的开关按键。
进一步的，所述齿轮在每个轮齿的齿尖位置及任意相邻两轮齿之间的M等分位置处设置有一标记线，所述标记线的颜色与所选用的感应元件的类型相适配。
进一步的，多个所述感应元件均通过一固定架固定。
本发明的实施例还提供一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置的数据记录方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件分别与信息处理器的第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口电连接，将扭矩测量元件与信息处理器的信息输入端口电连接，将信息处理器的信息输出端口电连接至外部监控后台；
S2、将第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件分别安装在固定架上，当所述第一感应元件置于轮齿的任一齿尖位置，第二感应元件应置于任意两相邻轮齿的齿尖之间的顺时针方向1/3的位置处，第三感应元件应置于任意两相邻轮齿的齿尖之间的顺时针方向2/3的位置处；扭矩测量元件用于采集动力钳旋扣过程中的扭矩值；
S3、打开信息处理器的开关按键开始采集信号；
S4、当第一感应元件对准轮齿的某一齿尖时，该第一感应元件将采集到感应信号，此时，第二感应元件应当正对任意两相邻轮齿的齿尖之间顺时针方向1/3位置处，第二感应元件未采集到感应信号；第三感应元件应当正对任意两相邻轮齿的齿尖之间顺时针方向2/3位置处，第三感应元件未采集到感应信号；当齿轮在电机作用下旋转两相邻轮齿的齿尖之间距离的1/3长度所对应的弧度时，此时，第一感应元件处于任意相邻两轮齿的齿尖之间顺时针1/3或2/3的位置处，第一感应元件未采集到感应信号，而第二感应元件或第三感应元件正对轮齿的某一齿尖位置，第二感应元件或第三感应元件发出脉冲信号；当齿轮在电机作用下再次旋转两相邻轮齿的齿尖之间距离的1/3长度所对应的弧度时，第一感应元件处于任意两轮齿的齿尖之间顺时针2/3或1/3位置处，第三感应元件或第二感应元件正对轮齿的某一齿尖位置，第三感应元件或第二感应元件发出脉冲信号；当齿轮具有N个轮齿时，齿轮旋转一周，第一感应元件和第二感应元件一共可采集3*N个感应信号，且输出端口输出端口输出3*N个脉冲信号；
S5、利用S4步骤中产生的每一个脉冲信号，触发控制器执行一次AD转换过程，读取扭矩测量元件上采集到的动力钳的扭矩值，实现计算电机的转速和转角，同时，表征旋扣圈数和旋扣扭矩之间的对应关系，通过多个感应元件上多个脉冲出现的先后关系，可进一步判断出动力钳的旋扣方向，从而区分紧扣动作和松扣动作，实现对动力钳旋扣过程的监控。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明中通过设置有M个感应元件并将这M（M≥3）个感应元件依次处于M等分的位置处，若齿轮具有N个轮齿时，M感应元件一共可采集M*N个感应信号，且输出端口输出端口输出M*N个脉冲信号；根据所采集到的脉冲，可计算出电机的转速、转角和圈数；利用该脉冲，触发控制器执行AD采集过程，获取动力钳旋扣过程中的扭矩值，从而表征出旋扣圈数和旋扣扭矩之间的相互关系，判断出接口旋扣质量是否合格。本发明相对于单感应元件的脉冲触发方式，本发明可成倍增加计数脉冲，特别对于电机齿轮模数较高齿数较少的情况，能大幅度提高记录数据的圈数分辨率和准确性，还可以区分旋扣过程中的紧扣和松扣动作，防止错误记录松扣状态的情况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路关系图。
附图标记说明：1、齿轮；11、轮齿；12、齿缝；13、标记线；2、信息处理器；21、第一输入端口；22、第二输入端口；23、第三输入端口；24、AD转换器；25、信号放大器；26、控制器；27、电源模块；28、信息输入端口；29、脉冲耦合器；20、信息输出端口；3、第一感应元件；4、第二感应元件；5、第三感应元件；6、监控后台；7、扭矩测量元件。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，包括一安装在电机输出轴上的齿轮1、一信息处理器2、一扭矩测量元件7和多个感应元件；其中，所述感应元件的个数为M个，M≥3；在本实施例中，有三个感应元件，分别为第一感应元件3、第二感应元件4和第三感应元件5；所述信息处理器上设置有多个脉冲输入端口和一信息输入端口，相应的在本实施例中，脉冲输入端口的个数为3，分别为第一输入端口21、第二输入端口22和第三输入端口23；多个所述感应元件分别与多个所述脉冲输入端口电性连接，用于采集M个脉冲感应元件的感应信号；任一所述感应元件处于轮齿11的齿尖处，其余所述感应元件依次处于相邻轮齿11的齿尖距离M等分的各等分位置处；在本实施例中，某一感应元件处于齿尖位置处时，其余两个感应元件分别位于两相邻轮齿11的齿尖距离顺时针方向1/3和2/3的位置处，所述扭矩测量元件7与信息处理器2的信息输入端口28电性连接，用于获取旋扣过程中的扭矩变化情况；信息处理器2具有一信息输出端口20，所述信息输出端口20电性连接外部监控后台6。在本发明中，M可以是3、4、5...，来增加脉冲输出的个数，从而提高分辨率。
在本发明进一步的实施例中，所述感应元件的个数为3且分别为第一感应元件3、第二感应元件4和第三感应元件5，所述信息处理器2上设置有3个输入端口且分别为第一输入端口21、第二输入端口22和第三输入端口23，所述第一感应元件3与第一输入端口21电性连接，所述第二感应元件4与第二输入端口22电性连接，所述第三感应元件5与第三输入端口23电性连接；两所述第一感应元件3设置在轮齿11的齿尖位置；所述第二感应元件4设置在任意两相邻轮齿11之间顺时针1/3位置处；所述第三感应元件5设置在任意两相邻轮齿11之间顺时针2/3位置处。
在本发明进一步的实施例中，所述第一感应元件3、第二感应元件4和第三感应元件5采用电磁式传感器，所述电磁式传感器安装在正对轮齿11的外侧端或安装在轮齿11的上方或下方。可行的，所述电磁式传感器可采用接近开关。
在本发明进一步的实施例中，所述第一感应元件3、第二感应元件4和第三感应元件5采用光电传感器，所述光电传感器安装在轮齿的上方、下方或上下方（上下方设置的光电传感器可采用对接式的光电传感器）。
在本发明进一步的实施例中，如图2所示，所述信息处理器2包括一控制器26、信号耦合器29、AD转换器24、信号放大器25和电源模块27，所述电源模块27为整个装置供电，所述第一感应元件3、第二感应元件4和第三感应元件5分别通过第一输入端口21、第二输入端口22和第三输入端口23连接至信号耦合器29，所述扭矩测量元件7通过信息输入端口28连接信号放大器25，再经所述AD转换器24后电性连接控制器26的输入端。作为本发明一种可实施的方式，AD转换器24可选择双通道AD7705或ADS1212U等；所述信号放大器25可采用IN128；所述控制器26可选用STC12C5A32S2。
优选的，为便于充电和保持在没有电源插座情况下进行工作的需要，所述电源模块27包括蓄电池及电源插口，所述电源插口内部电性连接蓄电池，所述电源插口外部通过电源适配器连接外部220V交流电。
优选的，所述信息处理器2上具有一用于控制信号输出的开关按键，控制开关按键的开关能够控制是否进行信号采集。
在本发明进一步的实施例中，为了便于放置多个感应元件，所述齿轮1在每个轮齿11的齿尖位置及任意相邻两轮齿11之间的M等分位置处设置有一标记线13，所述标记线13的颜色与所选用的感应元件的类型相适配。所述标记线13的颜色与所选用的多个感应元件的类型相适配，在不影响信号采集的情况下，选用标记线13的颜色，在安装时，只需要将多个感应元件所对应的位置处在相应标记线13处，即可准确定位。
在本发明进一步的实施例中，多个所述感应元件均通过一固定架固定，便于了多个感应元件的安装。
本发明的实施例还提供一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置的工作方法，包括以下步骤：
S1、将第一感应元件3、第二感应元件4和第三感应元件5分别与信息处理器的第一输入端口21、第二输入端口22和第三输入端口23电连接，将扭矩测量元件7与信息处理器2的信息输入端口28电连接，将信息处理器2的信息输出端口20电连接至外部监控后台6；
S2、将第一感应元件21、第二感应元件22和第三感应元件23分别安装在固定架上，当所述第一感应元件21置于轮齿11的齿尖位置时，第二感应元件22应置于任意两相邻轮齿的齿尖之间顺时针方向1/3的位置处，第三感应元件23应置于任意两相邻轮齿的齿尖之间顺时针方向2/3的位置处；扭矩测量元件7用于采集动力钳旋扣过程中的扭矩值；
S3、打开信息处理器2的开关按键开始采集信号；
S4、当第一感应元件21对准轮齿的某一齿尖时，该第一感应元件21将采集到感应信号，此时，第二感应元件22应当正对任意两相邻轮齿11顺时针方向1/3位置处，第二感应元件22未采集到感应信号；第三感应元件23应当正对任意两相邻轮齿11的顺时针方向2/3位置处，第三感应元件23未采集到感应信号；当齿轮1在电机作用下旋转两相邻轮齿11之间距离的1/3长度所对应的弧度时，此时，第一感应元件21处于任意相邻两轮齿11之间顺时针1/3或2/3的位置处，第一感应元件21未采集到感应信号，而第二感应元件22或第三感应元件23处于轮齿11的齿尖位置，第二感应元件22或第三感应元件23发出脉冲信号；当齿轮1在电机作用下再次旋转两相邻轮齿11之间距离的1/3长度所对应的弧度时，第一感应元件21处于任意两轮齿11之间顺时针2/3或1/3位置处，第三感应元件23或第二感应元件22处于轮齿11的齿尖位置处，第三感应元件23或第二感应元件22发出脉冲信号；当齿轮1具有N个轮齿11时，齿轮1旋转一周，第一感应元件21和第二感应元件22一共可采集3*N个感应信号，且输出端口输出端口输出3*N个脉冲信号；
S5、利用S4步骤中产生的每一个脉冲信号，触发控制器执行一次AD转换过程，读取扭矩测量元件上采集到的动力钳的扭矩值，因此不仅可计算电机的转速和转角，还可表征旋扣圈数和旋扣扭矩之间的对应关系，通过多个感应元件上脉冲出现的先后关系，可进一步判断出动力钳的旋扣方向，从而实现对动力钳旋扣过程的监控。
其中，若为顺时针旋转时，第二感应元件22会优先到达轮齿11的齿尖位置；若为逆时针旋转，第三感应元件23会优先到达轮齿11的齿尖位置；从而，控制器26通过是第二感应元件22或第三感应元件23到达轮齿11的齿尖位置，判定电机的旋转方向。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，包括一安装在电机输出轴上的齿轮、一信息处理器、一扭矩测量元件和多个感应元件；其中，所述感应元件的个数为M个，M≥3；所述信息处理器上设置有多个脉冲输入端口和一信息输入端口，多个所述感应元件分别与多个所述脉冲输入端口电性连接，用于采集M个脉冲感应元件的感应信号；任一所述感应元件处于轮齿的齿尖处，其余所述感应元件依次处于任意相邻两轮齿的齿尖距离M等分的各等分位置处；所述扭矩测量元件与信息处理器的信息输入端口电性连接，用于获取旋扣过程中的扭矩变化情况；所述信息处理器具有一信息输出端口，所述信息输出端口电性连接外部监控后台。
2.根据权利要求1一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，所述感应元件的个数为3且分别为第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件，所述信息处理器上设置有3个输入端口且分别为第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口，所述第一感应元件与第一输入端口电性连接，所述第二感应元件与第二输入端口电性连接，所述第三感应元件与第三输入端口电性连接；当所述第一感应元件位于轮齿的某一齿尖位置时，所述第二感应元件应置于任意两相邻轮齿齿尖之间顺时针1/3位置处，所述第三感应元件应置于任意两相邻轮齿齿尖之间顺时针2/3位置处。
3.根据权利要求2所述的一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，所述第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件采用电磁式传感器，所述电磁式传感器安装在正对轮齿的外侧端或安装在轮齿的上方或下方。
4.根据权利要求2所述的一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，所述第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件采用光电传感器，所述光电传感器安装在轮齿的上方、下方或上下方。
5.根据权利要求1所述的一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，所述信息处理器包括一控制器、脉冲耦合器、AD转换器、信号放大器和电源模块，所述电源模块为整个装置供电，所述第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件分别通过第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口与控制器的脉冲耦合器连接，转换为控制器可识别的脉冲信号；所述扭矩测量元件经信号放大器后送AD转换器，所述AD转换器连接控制器的信号输入端。
6.根据权利要求5所述的一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，所述电源模块包括蓄电池及电源插口，所述电源插口内部电性连接蓄电池，所述电源插口外部通过电源适配器连接外部220V交流电。
7.根据权利要求5所述的一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，所述信息处理器上具有一用于控制信号输出的开关按键。
8.根据权利要求1所述的一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，所述齿轮在每个轮齿的齿尖位置及任意相邻两轮齿之间的M等分位置处设置有一标记线，所述标记线的颜色与所选用的感应元件的类型相适配。
9.根据权利要求1所述的一种高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置，其特征在于，多个所述感应元件均通过一固定架固定。
10.一种根据权利要求2所述高圈数分辨率的、可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置的数据记录方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件分别与信息处理器的第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口电连接，将扭矩测量元件与信息处理器的信息输入端口电连接，将信息处理器的信息输出端口电连接至外部监控后台；
S2、将第一感应元件、第二感应元件和第三感应元件分别安装在固定架上，当所述第一感应元件置于轮齿的任一齿尖位置，第二感应元件应置于任意两相邻轮齿的齿尖之间的顺时针方向1/3的位置处，第三感应元件应置于任意两相邻轮齿的齿尖之间的顺时针方向2/3的位置处；扭矩测量元件用于采集动力钳旋扣过程中的扭矩值；
S3、打开信息处理器的开关按键开始采集信号；
S4、当第一感应元件对准轮齿的某一齿尖时，该第一感应元件将采集到感应信号，此时，第二感应元件应当正对任意两相邻轮齿的齿尖之间顺时针方向1/3位置处，第二感应元件未采集到感应信号；第三感应元件应当正对任意两相邻轮齿的齿尖之间顺时针方向2/3位置处，第三感应元件未采集到感应信号；当齿轮在电机作用下旋转两相邻轮齿的齿尖之间距离的1/3长度所对应的弧度时，此时，第一感应元件处于任意相邻两轮齿的齿尖之间顺时针1/3或2/3的位置处，第一感应元件未采集到感应信号，而第二感应元件或第三感应元件正对轮齿的某一齿尖位置，第二感应元件或第三感应元件发出脉冲信号；当齿轮在电机作用下再次旋转两相邻轮齿的齿尖之间距离的1/3长度所对应的弧度时，第一感应元件处于任意两轮齿的齿尖之间顺时针2/3或1/3位置处，第三感应元件或第二感应元件正对轮齿的某一齿尖位置，第三感应元件或第二感应元件发出脉冲信号；当齿轮具有N个轮齿时，齿轮旋转一周，第一感应元件和第二感应元件一共可采集3*N个感应信号，且输出端口输出端口输出3*N个脉冲信号；
S5、利用S4步骤中产生的每一个脉冲信号，触发控制器执行一次AD转换过程，读取扭矩测量元件上采集到的动力钳的扭矩值，实现计算电机的转速和转角，同时，表征旋扣圈数和旋扣扭矩之间的对应关系，通过多个感应元件上多个脉冲出现的先后关系，可进一步判断出动力钳的旋扣方向，从而区分出紧扣动作和松扣动作，实现对动力钳旋扣过程的监控。
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| CN202011128092.3A Pending CN112232475A (zh) | 2020-10-21 | 2020-10-21 | 一种可识别旋扣方向的动力钳旋扣监控装置及数据记录方法 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201680871U (zh) * | 2010-05-24 | 2010-12-22 | 上海神舟汽车设计开发有限公司 | 四磁钢椭圆齿轮流量计 |
| US20110214477A1 (en) * | 2010-03-02 | 2011-09-08 | Gray Nathan D | Torque calibrating system |
| CN204346489U (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-20 | 重庆大学 | 基于复合信息传感器齿轮箱的位置序列采样装置 |
| CN210948544U (zh) * | 2019-07-12 | 2020-07-07 | 南通蓝石机械技术有限公司 | 多作用自动纠错的石油钻井和修井用动力钳 |
-
2020
- 2020-10-21 CN CN202011128092.3A patent/CN112232475A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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