CN110132142A - 一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，装置包括***装置、三向凸轮自锁装置、底座装置和位移检测装置，所述***装置用以在安装位移监测装置时传递扭矩；所述三向凸轮自锁装置接受所传递的扭矩，旋转某一较小角度，推动推杆卡紧钢卷内壁，并在拔出***装置后形成自锁；所述底座装置起到固定作用，使钢卷位移监测装置在安装时与安装平面平行；所述位移检测装置包括位移信息采集模块和主控模块，所述位移信息采集模块用以采集钢卷的位移，所述主控模块将采集的钢卷位移进行处理得到钢卷移动的距离，并发给上位机。本发明利用三向凸轮机构，固定在钢卷内壁，随着钢卷的位移，实现对位移变化的精确测量，安全可靠；该装置所用单片机为超低功耗，成本低，电路简单；采用该装置对钢卷行业安全、成本管控、高效率运行起着重要的作用；对未来钢卷在工厂存放和运输过程的安全性方面有极好的使用价值和广阔的应用前景。

Description

一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置

技术领域

本发明涉及一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，属于机械工程及自动化技术领域。

背景技术

钢铁行业一直是我国一个特色产业，在国民经济中占据很大比重，其中大型钢卷是一个重要的产品，产品广泛应用于医药、化工、环保、粮油、饲料、建材等行业，是当今社会必不可少的基本材料。由于钢卷的体积一般很大，而且钢卷一般都不容易被固定，无论是在厂房存放，还是在运输的过程中十分容易滚动，很容易将钢卷甩出去，对运输人员的安全及道路安全造成极大的危害，这一因素制约其在今后的发展。

现有的监测钢卷位移的方法一般是人工不定时的现场监测和简单的监测设备检测，对超载、偏移发出报警，目前的这些监测方法都不能做到实时监控，准确程度低，有安全隐患；而且现有的技术监测智能程度不高，必须人员到达现场才能监测，导致效率低下，人工成本高。这样的人工监测的结果一是不准确，微小的位移肉眼可能识别不了，积攒成多，必然会埋下隐患；二是不能做到实时远程监测，浪费了大量的人力物力，智能化程度低，效率极低。

目前还有一些重要场合利用激光位移传感器进行位移监测，激光位移传感器通过激光发射器每秒发射激光脉冲到检测物并返回至接收器，处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。该方法精确度略低，成本较高，适应条件较为苛刻。

发明内容

为避免以上问题，提高钢卷管理自动化程度和减少人工成本，本发明提出一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，即在纵向放置的钢卷内部安装本装置，实现了钢卷移动距离的实时检测。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

本发明实施例提供的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，包括***装置、三向凸轮自锁装置、底座装置和位移检测装置，所述***装置用以在安装位移监测装置时传递扭矩；所述三向凸轮自锁装置接受所传递的扭矩，旋转某一较小角度，推动推杆卡紧钢卷内壁，并在拔出***装置后形成自锁；所述底座装置起到固定作用，使钢卷位移监测装置在安装时与安装平面平行；所述位移检测装置包括位移信息采集模块和主控模块，所述位移信息采集模块用以采集钢卷的位移，所述主控模块将采集的钢卷位移进行处理得到钢卷移动的距离，并发给上位机。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述***装置由上、下两部分组成，该上部分是转动杆，下部分是传动长轴，该上、下部分采用间隙配合，方便安装与拆卸。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述三向凸轮自锁装置由三向凸轮齿轮轴、推杆、弹簧、斜楔、轴承和轴承垫组成，在弹簧的作用下，斜楔与三向凸轮相互干涉，使推杆与钢卷内壁卡紧，起到自锁的功能，在一对推力球轴承中间加装有轴承垫，使三向凸轮齿轮轴与水平面垂直放置。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述底座装置由底座、底座支架、连杆套和支撑座组成，底座与底座支架由双头螺柱连接，底座支架与推杆由连杆套连接，保证三向凸轮与推杆作用后，推杆延底座支架方向伸出，与钢卷内壁卡紧，支撑座与底座支架采用过盈配合，保证整个装置与水平面平行。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述位移检测装置包括位移信息采集模块和主控模块，所述位移信息检测模块由橡胶球、光栅轮、红外发光组件和红外接收组件组成；所述主控模块由核心控制芯片MSP430F149以及分别与之连接的电源模块、电源电量监测模块、GPRS模块、警示灯、初始化按键，所述GPRS模块与上位机连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述主控模块有两种工作方式：低功耗待机模式和工作模式，根据红外接收组件引脚的高低电平变化，来判断钢卷是否移动，红外接收组件引脚的电平通过与非门传给控制芯片，控制芯片检测到上升沿信号，触发外部中断，切换主控模块的工作发式。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述主控模块留有编码器串口，可使用编码器进行编码。

本发明的优点及功效在于使用一个加装在纵向放置钢卷内侧的装置，即可实现钢卷位移的实时监测，以极低的成本，提高钢卷日常管理和运输过程的自动化程度，减少钢材行业人工成本，获取更大利润。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置内部示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置外形示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置的卡紧原理图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置的自锁原理图；

图5是本发明的斜楔和三向凸轮齿轮轴的截面图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置的位移检测原理图；

图7是本发明的一种钢卷位移方向及距离判断示意图；

图8是根据一示例性实施例示出的一种红外接收组件输出的电脉冲图；

图9是根据一示例性实施例示出的一种钢卷位移示意图；

图10是根据一示例性实施例示出的一种主控模块的原理框图；

图11是根据一示例性实施例示出的一种主控模块的电子线路原理图；

图12是本发明的成本预算。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置内部示意图。如图1和图2所述，本发明实施例提供的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，包括***装置1、三向凸轮自锁装置2、底座装置3和位移检测装置4，所述***装置1底部***三向凸轮自锁装置2，三向凸轮自锁装置2底部***底座装置3，位移检测装置4置于底座装置内部，底座装置3与安装地面平行；所述***装置1由上、下两部分组成，该上部分是转动杆101，下部分是传动长轴102，该上、下部分采用间隙配合，方便安装与拆卸；所述三向凸轮自锁装置2由三向凸轮齿轮轴201、推杆202、弹簧203、斜楔204、轴承205和轴承垫206组成，在一对推力球轴承205中间加装有轴承垫206，使三向凸轮齿轮轴201与水平面垂直放置；所述底座装置3由底座301、底座支架302、连杆套303和支撑座304组成，底座301与底座支架302由双头螺柱连接，底座支架302与推杆202由连杆套303连接，保证三向凸轮201与推杆202作用后，推杆202延底座支架302方向伸出，与钢卷内壁卡紧，支撑座304与底座支架302采用过盈配合，保证整个装置与水平面平行；所述位移检测装置4包括位移信息采集模块401、402和主控模块403，所述位移信息采集模块由橡胶球401、光栅轮402、红外发光组件和红外接收组件构成，所述主控模块403包括核心控制芯片MSP430F149以及分别与之连接的电源模块、电源电量监测模块、GPRS模块、警示灯、初始化按键，所述GPRS模块与上位机连接。

图3是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置的卡紧原理图。本发明根据内径为762mm的钢卷进行设计，初始位置时推杆最外端与钢卷内径距离为2mm，只需旋转转动杆一个较小的角度，传动长轴将扭矩传到三向凸轮自锁装置，三向凸轮齿轮轴作用推杆，导致推杆外推，卡紧钢卷内壁。

图4是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置的自锁原理图。在钢卷运输过程中车体会有震动和颠簸，为防止本装置脱落，位移检测失真，本装置带有自锁功能。如图4所示，传动长轴前端***三向凸轮自锁装置，传动长轴底部外侧挤压斜楔，斜楔向外侧移动，斜楔下侧脱离三向凸轮齿轮轴（截面如图5所示），三向凸轮齿轮轴可进行旋转；当旋转到位后，推杆外侧卡紧钢卷内壁，拔出传动长轴，斜楔由于弹簧作用，向内侧移动，斜楔下侧与三向凸轮齿轮轴干涉，互相作用，三向凸轮齿轮轴卡死，不能旋转，形成自锁。

图6是根据一示例性实施例示出的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置的位移检测原理图。本装置安装在纵向钢卷内侧，钢卷移动带动本装置移动，橡胶球随之滚动，橡胶球滚动又摩擦分管水平和垂直两个方向的光栅轮，驱动光栅轮转动，将钢卷在平面上的运动分解为水平和垂直方向的运动。

如图7所示，水平方向和垂直方向分别设有光栅轮，光栅轮轮沿为栅格状，光栅轮两侧分别是红外发光组件和红外接收组件。正常工作时，钢卷的移动分解为水平和垂直光栅轮不同方向和转速的转动，光栅轮的栅格周期性遮挡红外发光组件发出的红外线照射到接收组件的甲管和乙管，甲管和乙管的输出端的电脉冲传到主控模块的控制芯片，由于甲管和乙管输出的电脉冲存在相位差，通过判断甲管和乙管的导通次序来得知光栅轮的转动方向，从而判断钢卷的位移方向，电脉冲如图8所示，a图为水平方向红外接收组件的电脉冲，b图为垂直方向红外接收组件的电脉冲。

光栅轮轮沿可平均分布18条至36条光栅，通过改变光栅轮的光栅条数，可改变位移测量的最小刻度，随着光栅轮的光栅条数增加，位移测量的最小刻度逐渐减小，但耗电量增加，在实际应用中可根据具体情况设计光栅轮的条数。本发明设计为18条光栅，即电脉冲的一个周期代表光栅轮旋转了20度，根据几何关系旋转的弧长为20ΠR/180,其中R为光栅轮的半径，本发明光栅轮半径设计为10mm,及电脉冲的一个周期代表光栅轮旋转的弧长为3.49mm，及钢卷移动了3.49mm。水平光栅轮与垂直光栅轮旋转的弧长综合为钢卷的位移距离，最小的刻度为3.49mm，如图9所示。钢卷在实际运输过程中，小的位移可忽略不计，可认为是车体的震动，因此最小刻度为3.49mm符合实际需求。根据最小刻度为3.49mm，钢卷在实际位移了20mm时，可测得移动了17.45mm,误差为12.7%；钢卷在实际位移了30mm时，可测得移动了27.92mm,误差为仅7%。

作为本实施例一种可能的实现方式，如图10所示，所述主控模块包括核心控制芯片MSP430F149以及分别与之连接的电源模块、电源电量监测模块、GPRS模块、警示灯、初始化按键，所述GPRS模块与上位机连接。

如图11所示，主控模块的电路设计在充分考虑钢卷位移实时监测的基础上，将模拟电路与高性能的数字信号控制器的优势相结合，设计出低成本、智能化、易推广的电路。电源模块采用3.7V蓄电池及12V蓄电池，3.7V电源给CPU供电，12V电源经过转换电路转为5V电源，给GPRS模块及红外发射组件、红外接收组件、警示灯供电。电源电量监测模块通过对电源电压的测量实现对电源电量的监测，CPU将测量的电源电压与设定的阈值进行比较，当电源电压对应的电量大于满电的50%时，CPU控制警示灯10秒闪烁一次，当电源电压对应的电量大于满电的25%时，CPU控制警示灯5秒闪烁一次，当电源电压对应的电量小于满电的25%时，CPU控制警示灯1秒闪烁一次。CPU有2种工作方式：低功耗待机模式及工作模式，低功耗待机模式下，CPU进入低功耗模式，关闭大部分功能，电源不给GPRS模块供电，当CPU的P1.4引脚检测到上升沿信号时触发外部中断，唤醒CPU，电源给GPRS模块供电，进入工作模式。

本发明的具体安装过程及工作过程：

1、按下电源按键，电源给钢卷位移在线监测装置（以下简称本装置）供电；

2、安装人员记录每个车厢安装本装置的编号，汇总后输入至上位机，也可使用编码器对本装置进行编码，将每个车厢的本装置编号输入至本装置，通过GPRS发送至上位机；

3、在纵向放置的钢卷内侧放置本装置，调整本装置的位置，使本装置与安装平面保持水平；

4、旋转转动杆一个较小角度，使推杆与钢卷内壁卡紧，拔出传动长轴，三向凸轮自锁装置形成自锁，整个装置安装完成；

5、按下初始化按键，CPU将本装置的初始位置作为原点，绘制坐标图，通过GPRS发送至上位机，随后进入低功耗待机模式；

6、若钢卷移动，触发外部中断进入工作模式，本装置将测量的钢卷位移通过GPRS发送至上位机，如果位移量超过预定阈值则发出警报，如果位移量未超过预定阈值，且长时间内位移无变化，本装置再次进入低功耗待机模式。

本实施例通过一个加装在纵向放置钢卷内侧的装置，即可实现钢卷位移的实时监测；成本预算如图12所示，在日常使用过程中，由于主控模块在底座内部，刮风、下雨等天气原因不会影响主控模块工作，定期拆机清除灰尘即可，以极低的成本，提高钢卷日常管理和运输过程的自动化程度，减少钢材行业人工成本，获取更大利润。

Claims (8)

1.一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征在于：它包括***装置、三向凸轮自锁装置、底座装置和位移检测装置，***装置底部***三向凸轮自锁装置，三向凸轮自锁装置底部***底座装置，位移检测装置置于底座装置内部，底座装置与安装地面平行。

2.根据权利要求1所述的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征是，所述***装置由上、下两部分组成，该上部分是转动杆，下部分是传动长轴，该上、下部分采用间隙配合，方便安装与拆卸。

3.根据权利要求1所述的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征是，所述三向凸轮自锁装置由三向凸轮齿轮轴、推杆、斜楔、弹簧、轴承和轴承垫组成，在一对推力球轴承中间加装有轴承垫，使三向凸轮齿轮轴与水平面垂直放置。

4.根据权利要求1所述的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征是，所述底座装置由底座、底座支架、连杆套和支撑座组成，底座与底座支架由双头螺柱连接，底座支架与推杆由连杆套连接，保证三向凸轮与推杆作用后，推杆延底座支架方向伸出，与钢卷内壁卡紧，支撑座与底座支架采用过盈配合，保证整个装置与水平面平行。

5.根据权利要求1所述的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征是，所述位移检测装置包括位移信息采集模块和主控模块，所述位移信息采集模块用于采集钢卷的位移，所述主控模块将采集的钢卷位移进行处理得到钢卷移动的距离，并发给上位机。

6.根据权利要求1-5所述的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征是，所述位移检测装置包括位移信息采集模块和主控模块，位移信息采集模块由橡胶球、光栅轮、红外发光组件和红外接收组件构成，所述主控模块包括核心控制芯片MSP430F149以及分别与之连接的电源模块、电源电量监测模块、GPRS模块、警示灯、初始化按键，所述GPRS模块与上位机连接。

7.根据权利要求6所述的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征是，所述主控模块有两种工作方式：低功耗待机模式和工作模式，根据红外接收组件引脚的高低电平变化，来判断钢卷是否移动，钢卷发生位移，红外接收组件引脚由高电平变为低电平，红外接收组件引脚的电平通过与非门传给控制芯片，当控制芯片检测到上升沿信号时，触发外部中断，唤醒CPU，切换主控模块的工作发式。

8.根据权利要求6所述的一种应用于钢卷运输过程发生位移的在线自动检测装置，其特征是，所述主控模块留有编码器串口，可使用编码器进行编码。