CN117553732A - 曲轴相对转角测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种曲轴相对转角测量装置及方法。该曲轴相对转角测量装置包括：测距模块和分析模块；所述测距模块用于测量第一距离和第二距离；所述第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，所述第二距离为所述曲轴的主轴外边缘与所述第一平面的距离，所述第一平面为与所述主轴平行的平面；所述分析模块用于根据所述第一距离和所述第二距离计算所述曲轴的相对转角。本公开能够解决相关技术中存在的难度大、测量误差大和成本高的问题。

Description

曲轴相对转角测量装置及方法

技术领域

本公开涉及测试测量技术领域，尤其涉及一种曲轴相对转角测量装置及方法。

背景技术

曲轴是模切机动力传输系统的核心部件之一，其正常的相对转角对于机器的稳定运行至关重要。只有在实际生产车间中进行全面有效的检测和维护，才能确保曲轴始终处于最佳状态，为模切机的高效稳定运行提供可靠的保障。传统的曲轴相对转角检测采用的是人工检测方法，主要存在以下问题：一是曲轴的形状复杂加之偏心角要求精度高，导致人工检测偏心角难度大；二是人工检测过程中工装与量具结合往往造成误差的累积，导致测量误差大；三是用人成本高。

发明内容

本公开实施例提供了一种曲轴相对转角测量装置及方法，以解决传统人工定时检测方法中存在的难度大、影响生产效率、测量误差大和成本高的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种曲轴相对转角测量装置，包括：

测距模块和分析模块；

所述测距模块用于测量第一距离和第二距离；所述第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，所述第二距离为所述曲轴的主轴外边缘与所述第一平面的距离，所述第一平面为与所述主轴平行的平面；

所述分析模块用于根据所述第一距离和所述第二距离计算所述曲轴的相对转角。

第二方面，本公开实施例提供了一种曲轴相对转角测量方法，包括：

根据所述第一距离和所述第二距离计算所述曲轴的相对转角；其中，所述第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，所述第二距离为所述曲轴的主轴外边缘与所述第一平面的距离，所述第一平面为与所述主轴平行的平面。

本公开实施例提供的曲轴相对转角测量装置及方法的有益效果在于：

本公开实施例提供一种曲轴相对转角测量装置及方法，通过设置测距模块测量第一距离和第二距离，将相对转角的测量问题转换为了测距问题，在此基础上，本公开实施例中的分析模块可以根据第一距离和第二距离计算得到曲轴的相对转角，简单可靠，解决了相关技术中存在的难度大和测量误差大的问题。同时，本公开实施例只需在原有曲轴上安装测距模块，结构简单、安全可靠，解决了相关技术中存在的用人成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的曲轴相对转角测量装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的曲轴相对转角的示意图；

图3是本公开实施例提供的曲轴横截面的相对转角示意图；

图4是本公开一示例性实施例提供的激光位移传感器布置侧视图；

图5是本公开一示例性实施例提供的激光位移传感器布置俯视图；

图6是本公开一示例性实施例提供的左曲轴的结构示意图；

图7是本公开一示例性实施例提供的右曲轴的结构示意图；

图8是本公开一示例性实施例提供的第一公式的推导过程示意图；

图9为本公开一示例性实施例提供的L₁、L₂和L₃的曲线图；

图10为本公开一示例性实施例提供的曲轴相对转角计算示例图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本公开的实现进行详细的描述：

模切机是印刷机械中的一个重要品类，用来精准切割包装纸。当前，模切机在对包装纸进行切割时，其动力来源于电机，通过电机转动传给蜗轮蜗杆，再通过蜗轮蜗杆将动力传送到曲柄机构带动整个双肘杆运动机构运转，最终实现对包装纸的切割。由于模切机主机部各传动部件的有效配合是正常工作的前提，并对机器的工作效率和运行稳定性都有很大的影响。模切机主机部的曲轴各个偏心轴相对转角就是表征传动部件有效配合的一个重要参数，对其进行实时测量有助于及时了解机器的运行状态，快速消除潜在的故障隐患。

曲轴作为模切机动力传输系统中的重要组成部分，扮演着至关重要的角色。由于模切机的运转过程是周期性的间歇运动，因此曲轴的偏心轴之间必须保持一定的相对转角，以确保机器的正常运行。曲轴的相对转角在实际生产过程中由专业的设备进行制造，并经过严格的质量控制和测试。然而，即使是最高质量的曲轴也必须在实际的生产车间中接受检测和维护，以确保它们的相对转角保持在合理范围内。这是因为任何偏差都可能导致曲轴失效或损坏，从而影响整个模切机的性能和寿命。因此，为了确保模切机能够持续地正常运转，生产车间需要定期对曲轴进行全面的检查和维护。这包括对曲轴的外观、尺寸和几何形状进行仔细检查，以及对曲轴的相对转角进行精确测量。如果发现任何问题或异常情况，必须立即采取措施予以修复或更换。总之，曲轴是模切机动力传输系统的核心部件之一，其正常的相对转角对于机器的稳定运行至关重要。只有在实际生产车间中进行全面有效的检测和维护，才能确保曲轴始终处于最佳状态，为模切机的高效稳定运行提供可靠的保障。

传统曲轴各个偏心轴相对转角的检测往往采用人工检测方法进行。人工检测存在的问题有：一是曲轴的形状复杂待检尺寸多，人工检测难度大；二是结果误差大；三是用人成本高。

因此，本公开实施例提供了一种曲轴相对转角测量装置10，可以在机器运行过程中实时检测曲轴的相对转角。图1为本公开实施例提供的一种曲轴相对转角测量装置10的结构示意图。参照图1，该曲轴相对转角测量装置10包括：

测距模块101和分析模块102。

其中，测距模块101可以包括位移传感器，分析模块102可以为上位机。位移传感器和上位机可以通过有线或无线方式连接。位移传感器可以采用激光位移传感器，激光位移传感器是一种非接触式的测量设备，利用激光技术进行精确的距离测量。上位机指可以直接发送操作指令的计算机或单片机，典型的设备类型有电脑、手机和平板等。

测距模块101用于测量第一距离和第二距离；第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，第二距离为曲轴的主轴外边缘与第一平面的距离，第一平面为与主轴平行的平面。

其中，测距模块101可以采用激光位移传感器，激光位移传感器主要由激光发射器、接收器、信号处理单元和输出接口等部分组成。激光发射器发出一束激光，照射在目标物体表面，激光在物体表面反射后，被接收器接收。通过测量激光发射和接收的时间差或相位差，可以计算出传感器与目标物体之间的距离。在本实施例中，激光发射器和接收器位于第一平面，激光发射器发出的激光照射在主轴和偏心轴的表面，激光在主轴和偏心轴的表面反射后被接收器接收，通过测量激光发射和接收的时间差或相位差，可以计算出第一距离和第二距离。

分析模块102用于根据第一距离和第二距离计算曲轴的相对转角。

其中，分析模块102可以直接根据第一距离和第二距离计算得到曲轴的相对转角，无需停止曲轴工作，解决了人工定时检测方法中存在的影响生产效率的问题，且可以实时测量相对转角，方便工作人员及时发现问题。曲轴的相对转角如图2和图3中所示，图中的即曲轴的相对转角。在图2中，O为曲轴中主轴的轴心，A、B分别为曲轴的两个偏心轴的轴心，三个轴心相连形成等腰三角形OAB，当边AB与主轴的纵坐标平行时，相对转角/>=。

综上，本公开实施例提供一种曲轴相对转角测量装置，通过设置测距模块101测量第一距离和第二距离，将相对转角的测量问题转换为了测距问题，在此基础上，本公开实施例中的分析模块102可以根据第一距离和第二距离计算得到曲轴的相对转角，简单可靠，解决了相关技术中存在的难度大和测量误差大的问题。同时，本公开实施例只需在原有曲轴上安装测距模块101，结构简单、安全可靠，解决了相关技术中存在的用人成本高的问题。

在本公开的一种示例性实施例中，测距模块101包括：

第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器。

第一位移传感器设置于第一平面上，用于测量曲轴的第一偏心轴外边缘与第一平面的距离以获得第一偏心轴对应的第一距离。

第二位移传感器设置于第一平面上，用于测量曲轴的第二偏心轴外边缘与第一平面的距离以获得第二偏心轴对应的第一距离。

第一偏心轴和第二偏心轴为曲轴中偏心方向不同的偏心轴。

第三位移传感器设置于第一平面上，用于测量曲轴的主轴外边缘与第一平面的距离以获得第二距离。

在本示例性实施例中，三个位移传感器位于同一平面上，且此平面与曲轴相平行，第一位移传感器的位置与第一偏心轴位置相对应用以测量第一偏心轴外边缘与第一平面的距离，第二位移传感器的位置与第二偏心轴位置相对应用以测量第二偏心轴外边缘与第一平面的距离，第三位移传感器的位置与主轴位置相对应用以测量主轴外边缘与第一平面的距离。例如，当位移传感器采用激光位移传感器时，一种激光位移传感器布置如图4-图7所示。其中，图4和图5是一具体实施例中激光位移传感器布置的侧视图和侧视图，图6是一左曲轴的激光位移传感器布置示意图，图7是一右曲轴的激光位移传感器布置示意图，图中1、2和3分别代表三个激光位移传感器，分别与曲轴的主轴和两个偏心轴的位置相对应。

在本公开的一种示例性实施例中，测距模块101包括多个位移传感器。其中一个位移传感器的位置与主轴位置相对应，其余位移传感器与偏心轴位置相对应，通过分别测量主轴外边缘和其中两个偏心轴外边缘与第一平面之间的距离，并经过计算就可以得到这两个偏心轴的相对转角。

在本公开的一种示例性实施例中，测距模块101还包括平板。

第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器设置在平板上，平板提供第一平面。

在本示例性实施例中，平板上设置有用于固定三个位移传感器的三个卡槽，卡槽可以分别对准曲轴上主轴及偏心轴最大外径位置。例如，平板可以安装在含有曲轴的机器内部的曲轴所在空间位置下方，则为了使第一个激光位移传感器发射的激光对准第一偏心轴的最大外径位置，将第一个激光位移传感器对应的卡槽设置于第一偏心轴最大外径位置的正下方；为了使第二个激光位移传感器发射的激光对准第二偏心轴的最大外径位置，将第二个激光位移传感器对应的卡槽设置于第二偏心轴最大外径位置的正下方；为了使第三个激光位移传感器发射的激光对准曲轴主轴的最大外径位置，将第三个激光位移传感器对应的卡槽设置于主轴最大外径位置的正下方。当机器运转时，第一个激光位移传感器开始记录第一偏心轴外边缘与其的距离，第二个激光位移传感器开始记录第二偏心轴外边缘与其的距离，第三个激光位移传感器开始记录曲轴转动过程中主轴外边缘与其的距离。

在本示例性实施例中，确定偏心轴和主轴的最大外径位置可以借助水准仪，将曲轴旋转到偏心轴处于同一水平位置时临时固定，并且在需要安装激光位移传感器的偏心轴和主轴上找到最大外径位置。

在本公开的一种示例性实施例中，分析模块102具体用于：

根据第一偏心轴对应的第一距离以及第二偏心轴对应的第一距离确定第一目标距离；第一目标距离为偏心轴平面与第一平面平行时，偏心轴外边缘与第一平面之间的距离，偏心轴平面为第一偏心轴与第二偏心轴组成的平面。

基于第一目标距离与第二距离计算曲轴的相对转角。

在本示例性实施例中，偏心轴平面指的是两个偏心轴的两个轴线确定的平面，偏心轴平面与第一平面平行时第一偏心轴对应的第一距离与第二偏心轴对应的第一距离相等。

在本公开的一种示例性实施例中，分析模块102具体用于：

在同一时刻所述第一偏心轴对应的第一距离与所述第二偏心轴对应的第一距离相等时，将所述第一偏心轴和所述第二偏心轴对应的第一距离确定为第一候选距离。

将所有第一候选距离中最小的第一候选距离确定为所述第一目标距离。

在本示例性实施例中，分析模块102记录第一偏心轴对应的第一距离与第二偏心轴对应的第一距离，并对同一时刻的第一偏心轴对应的第一距离与第二偏心轴对应的第一距离进行数值大小判断。当分析模块102判断在同一时刻的第一偏心轴对应的第一距离与第二偏心轴对应的第一距离相等时，将此时第一偏心轴和所述第二偏心轴对应的第一距离确定为第一候选距离，并选择所有第一候选距离中最小的第一候选距离确定为所述第一目标距离。

在本公开的一种示例性实施例中，分析模块102通过第一公式计算曲轴的相对转角。

第一公式为：

其中，为相对转角，R为主轴半径，r为偏心轴半径，/>为第一目标距离，/>为第二距离。

在本示例性实施例中，分析模块102可以根据第一公式、第二距离和根据第一距离得到的第一目标距离，直接自动计算曲轴的相对转角，整个过程中无需作业人员参与，不需要曲轴停止工作，结果可靠、精度高、安全性高、实时性好且不影响曲轴的工作效率。

在本公开的一种示例性实施例中，曲轴相对转角测量装置10还包括显示屏。

显示屏用于实时显示第一距离、第二距离和相对转角。

在本示例性实施例中，显示屏可以实时显示曲轴的相对转角，方便作业人员及时发现问题，防止相对转角超过预设值后，曲轴继续工作，导致加工出大量不合格的产品，造成很大的经济损失。显示屏可以设置在安装曲轴的机器外壳上或者其它终端上。

在本公开的一种示例性实施例中，曲轴相对转角测量装置10还包括无线通信模块，无线通信模块用于将分析模块102计算的相对转角传输到外部的移动终端和/或远程监控端，方便工作人员实时监控。

在本公开的一种示例性实施例中，曲轴相对转角测量装置10还包括报警器。

报警器用于响应于相对转角超过预设值，发出报警信息。

在本示例性实施例中，预设值可以包括预设的偏差值和预设的安全值，当曲轴偏心轴相对转角超过预设的偏差值后报警器发出警示，提示技术人员及时调整修复；当曲轴偏心轴相对转角超过预设的安全值后通过上位机控制机器停止运转，同时向技术人员发出报警信息。

在本公开的一种示例性实施例中，测距模块101用于实时测量第一距离和第二距离。第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，第二距离为所述曲轴的主轴外边缘与第一平面的距离，第一平面为与主轴平行的平面。

分析模块102用于根据第一距离和第二距离实时计算曲轴的相对转角。

相关技术中人工定时检测工序滞后于生产加工过程，一旦检测发现尺寸公差不符合要求时，往往有大量不合格的产品已经被加工出来，会造成很大的经济损失。在本示例性实施例中，测距模块101可以实时测量第一距离和第二距离，分析模块102可以实时计算曲轴的相对转角，可以在不影响曲轴工作效率的前提下，快速、精准并实时获得曲轴的相对转角，避免发生加工大量不合格产品的情况。

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例还提供了一种曲轴相对转角测量方法，曲轴相对转角测量方法包括：

根据第一距离和第二距离计算曲轴的相对转角。其中，第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，第二距离为曲轴的主轴外边缘与第一平面的距离，第一平面为与主轴平行的平面。

在本公开实施例中，曲轴相对转角测量方法可以根据第一距离和第二距离直接计算曲轴的相对转角，将相对转角的测量问题转换为了测距问题，简单直接、可靠性高。

在本公开的一种示例性实施例中，曲轴相对转角测量方法包括根据第一公式计算曲轴的相对转角。

第一公式为：

其中，为相对转角，R为主轴半径，r为偏心轴半径，/>为第一目标距离，/>为第二距离。

在本公开的一种示例性实施例中，第一公式的推导过程如图8所示，曲轴相对转角即三个轴圆心相连形成的三角形OAB中的AB，O为曲轴的主轴中心，A和B为曲轴的两个偏心轴的中心，L₁为主轴外边缘与第一平面间的距离，L₂和L₃分别为两个偏心轴外边缘与第一平面的距离，当L₂=L₃时三角形/>AB为等腰三角形，R为主轴半径，r为偏心轴半径，a为等腰三角形OAB的AB边的中垂线，b为等腰三角形OAB的边OB。根据图中图形关系可得a=R-(L₂-L₁)-r，则相对转角/>。

在本公开的一种示例性实施例中，使用曲轴相对转角测量方法得到曲轴相对转角过程如下：图10为一曲轴相对转角计算示例图，图9为图10中L₁、L₂和L₃的记录曲线，图中L₁为主轴外边缘与第一平面的距离，L₂为第一偏心轴外边缘与第一平面的距离，L₃为第二偏心轴外边缘与第一平面的距离，D为L₁与L₂相等时的取值点，R为主轴半径，r为偏心轴半径，则相对转角为：

在本示例性实施例中，根据第一公式和第一目标距离、第二距离可以直接自动计算曲轴的相对转角，整个过程中无需作业人员参与，不需要曲轴停止工作，结果可靠、精度高、安全性高、实时性好且不影响曲轴的工作效率。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种曲轴相对转角测量装置，其特征在于，包括：

测距模块和分析模块；

所述测距模块用于测量第一距离和第二距离；所述第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，所述第二距离为所述曲轴的主轴外边缘与所述第一平面的距离，所述第一平面为与所述主轴平行的平面；

所述分析模块用于根据所述第一距离和所述第二距离计算所述曲轴的相对转角。

2.如权利要求1所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，所述测距模块包括：

第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器；

所述第一位移传感器设置于所述第一平面上，用于测量所述曲轴的第一偏心轴外边缘与所述第一平面的距离以获得第一偏心轴对应的第一距离；

所述第二位移传感器设置于所述第一平面上，用于测量所述曲轴的第二偏心轴外边缘与所述第一平面的距离以获得第二偏心轴对应的第一距离；

所述第一偏心轴和所述第二偏心轴为所述曲轴中偏心方向不同的偏心轴；

所述第三位移传感器设置于所述第一平面上，用于测量所述曲轴的主轴外边缘与所述第一平面的距离以获得所述第二距离。

3.如权利要求2所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，所述测距模块还包括：平板；

所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述第三位移传感器设置在所述平板上，所述平板提供所述第一平面。

4.如权利要求2所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，所述分析模块具体用于：

根据所述第一偏心轴对应的第一距离以及所述第二偏心轴对应的第一距离确定第一目标距离；其中，所述第一目标距离为偏心轴平面与所述第一平面平行时，偏心轴外边缘与所述第一平面之间的距离，所述偏心轴平面为所述第一偏心轴与所述第二偏心轴组成的平面；

基于所述第一目标距离与所述第二距离计算所述曲轴的相对转角。

5.如权利要求4所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，所述分析模块具体用于：

在同一时刻所述第一偏心轴对应的第一距离与所述第二偏心轴对应的第一距离相等时，将所述第一偏心轴和所述第二偏心轴对应的第一距离确定为第一候选距离；

将所有第一候选距离中最小的第一候选距离确定为所述第一目标距离。

6.如权利要求4所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，所述分析模块通过第一公式计算所述曲轴的相对转角；

所述第一公式为：

其中，为所述相对转角，R为所述主轴半径，r为所述偏心轴半径，/>为所述第一目标距离，/>为所述第二距离。

7.如权利要求1所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，还包括：显示屏；

所述显示屏用于实时显示所述第一距离、所述第二距离和所述相对转角。

8.如权利要求1所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，还包括报警器；

所述报警器用于响应于所述相对转角超过预设值，发出报警信息。

9.如权利要求1所述的曲轴相对转角测量装置，其特征在于，所述测距模块用于实时测量第一距离和第二距离；所述第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，所述第二距离为所述曲轴的主轴外边缘与所述第一平面的距离，所述第一平面为与所述主轴平行的平面；

所述分析模块用于根据所述第一距离和所述第二距离实时计算所述曲轴的相对转角。

10.一种应用于权利要求1-9任一项所述的曲轴相对转角测量装置的曲轴相对转角测量方法，其特征在于，包括：

根据所述第一距离和所述第二距离计算所述曲轴的相对转角；其中，所述第一距离为曲轴的偏心轴外边缘与第一平面的距离，所述第二距离为所述曲轴的主轴外边缘与所述第一平面的距离，所述第一平面为与所述主轴平行的平面。