起重機大小車用座標式相對位移檢測磁尺的製作方法

2024-02-01 19:46:15

專利名稱：起重機大小車用座標式相對位移檢測磁尺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種起重機大、小車用線位移檢測磁尺，特點是採用了座標式的相對位移檢測技術，屬較大範圍的線位移測量傳感技術領域。
背景技術：
軌道式龍門起重機大、小車工作時的位移檢測，屬較大距離檢測的範圍；其特點是檢測距離較大，檢測精度要求較高，而又希望檢測設備結構簡單。過去採用的檢測方法有:1.先採用機械變換裝置，將大、小車工作時的線位移變換成一個測量輪的角位移；然後採用光電軸角編碼器，檢測出測量輪的角位移大小，經過電裝置換算後，再求出大、小車工作時的線位移值。這種方法的缺點是:①機械結構多了一套將線位移變成角位移的變換裝置，增加了機械結構的複雜性；②大、小車運行時，由於大、小車車輪有時會打滑，這種打滑會影響到機械變換裝置的變換，從而引起檢測的積累誤差。2.上海振華港機股份有限公司，前幾年將絕對位置檢測磁尺用於起重機大、小車的位移檢測，雖然解決了積累誤差的問題，但是絕對位置檢測磁尺的結構比較複雜。結構複雜的原因是，絕對位置檢測磁尺為了獲得絕對位置信息，必須有磁性標尺和磁傳感裝置兩個重要部件；磁性標尺是許多磁鐵的集合，磁傳感裝置是許多磁敏感元件的集合。磁鐵在集合中的排列或者是磁敏感兀件在集合中的排列，必須有一方按一定的編碼規律排列在一根鋁管或塑料管中，另一方只要簡單的等間距排列；而且測量的距離越長，測量的精度越高，編碼就越複雜；編碼越複雜，排列施工就越困難。振華港機選擇的是磁鐵在集合中按編碼規律排列的方案；實用新型《數位化接近型位移傳感器》(ZL03235453.3)也是一種絕對位置檢測磁尺，但它選擇的是磁敏感元件在集合中按編碼規律排列的方案；這兩種方案，不論採用那種方案，編碼都會使結構變得複雜，會使加工和調試增加困難。

發明內容
本發明設計了一種座標式相對位移檢測磁尺，用於起重機大、小車工作時線位移的檢測，它結構簡單，調試方便，且不會產生積累誤差，非常適合於起重機大小車的自動化檢測和數字控制。座標式相對位移檢測磁尺的結構如圖1所示。磁尺由I磁性標尺、2磁傳感裝置和3電子數據處理裝置三部分組成。本發明的核心技術是磁性標尺、磁傳感裝置的設計。參考圖2，磁性標尺I是許多磁鐵塊在一條線上的集合，集合的基體可以是塑料條或鋁管或其它非導磁材料,其中磁鐵塊A4和磁鐵塊A5的間距是I個長度單位；在A4的左邊有N個磁鐵塊(圖中只示意畫出了 Al A3)，相鄰的兩個磁鐵塊之間的距離是3個長度單位；在八5的右邊也有N個磁鐵塊(圖中只示意畫出了 A6 A8 )，相鄰的兩個磁鐵塊之間的距離也是3個長度單位。磁鐵塊之間的距離與檢測的精度正相關，磁鐵塊之間的距離越小，檢測的精度越高；N的數目與被檢測的線位移的長度有關，長度越長，N的值越大。磁傳感裝置2是4隻磁敏感元件B1、B2、B3、B4在一條線上的集合，集合的基體可以是印刷線路板或集成電路塊，相鄰的兩個磁敏感元件之間的距離是I個長度單位。很明顯，無論磁鐵塊在集合中的排列，還是磁敏感元件在集合中的排列都是簡單的等間距排列，結構非常簡單。座標式相對位移檢測磁尺的工作原理說明如下。磁尺的磁性標尺部分一般是裝在大車或者小車的軌道上；磁尺的磁傳感裝置部分一般是裝在大車或者小車的車架上，方向和磁性標尺的方向平行；磁傳感裝置和磁性標尺之間有一個間隙，間隙的大小以兩者做相對移動時不會發生碰撞，但是磁敏感元件又能對磁鐵塊產生感應信號為宜。大車或者小車在運行時，磁傳感裝置中的磁敏感元件B1、B2、B3、B4，如果有誰運行到有磁鐵塊所在的位置，那麼它就會有磁感應脈衝信號產生。圖2所在的位置，B2、B3同時有磁感應脈衝信號產生，它是座標的原點。大車或者小車離開原點向右移動，磁傳感裝置移動到圖3的位置，B1、B2同時有磁感應脈衝信號產生，表不大車或者小車在座標的正方向移動了一個長度單位。當磁傳感裝置的B1、B2同時有磁感應脈衝信號產生時，這組信號還有一個功能，即表明大車或者小車開始進入座標的正方向區域； 在座標的正方向區域，通過電子數據處理裝置3的處理，可以屏蔽掉磁敏感元件BI的信號，只讓磁敏感元件B2、B3、B4的信號有效。大車或者小車繼續向右移動，磁傳感裝置移動到圖4的位置，由於BI的磁感應脈衝信號已被屏蔽，所以只有B4的磁感應脈衝信號被後面的電子數據處理裝置利用，表示大車或者小車在座標的正方向又移動了一個長度單位。,大車或者小車再繼續向右移動，磁傳感裝置移動到圖5的位置，B3有磁感應脈衝信號產生，表示大車或者小車在座標的正方向又移動了一個長度單位。依此類推，大車或者小車在座標的正方向區域每進一步，將會按B2 — B4 — B3 — B2 — B4 — B3 —…的順序，有一個磁敏感元件會感應到一個脈衝信號，電子數據處理裝置將這類脈衝信號進行加計數；反之在座標的正方向區域每退一步，將會按B4 — B2 — B3 — B4 — B2 — B3…的順序，有一個磁敏感元件會感應到一個脈衝信號，電子數據處理裝置將這類脈衝信號進行減計數；力口計數和減計數的綜合結果，就是大車或者小車在座標的正方向區域運動時，離開座標原點的距離。上面通過圖3、圖4、圖5闡述了座標式相對位移檢測磁尺在座標的正方向區域運動時的測距原理；下面闡述磁尺在座標的反方向區域運動時的測距原理。大車或者小車離開座標的原點向左移動，磁傳感裝置移動到圖6的位置，B3、B4同時有磁感應脈衝信號產生，表示大車或者小車在座標的反方向移動了一個長度單位。當磁傳感裝置的B3、B4同時有磁感應脈衝信號產生時，這組信號還有一個功能，即表明大車或者小車開始進入座標的反方向區域；在座標的反方向區域，通過電子數據處理裝置的處理，可以屏蔽掉磁敏感元件B4的信號，只讓磁敏感元件B1、B2、B3的信號有效。大車或者小車繼續向左移動，磁傳感裝置移動到圖7的位置，由於B4的磁感應脈衝信號已被屏蔽，所以只有BI的磁感應脈衝信號被後面的電子裝置利用，表示大車或者小車在座標的反方向區域又移動了一個長度單位。大車或者小車再繼續向左移動，磁傳感裝置移動到圖8的位置，B2有磁感應脈衝信號產生，表示大車或者小車反方向又移動了一個長度單位。依此類推，大車或者小車在座標的反方向區域每進一步，將會按B3 — BI — B2 — B3 — BI — B2…的順序，有一個磁敏感元件會感應到一個脈衝信號，電子數據處理裝置將這類脈衝信號進行加計數；反之在座標的反方向上每退一步，將會按BI — B3 — B2 — BI — B3 — B2…的順序，有一個磁敏感元件會感應到一個脈衝信號，電子數據處理裝置將這類脈衝信號進行減計數；加計數和減計數的綜合結果，就是大車或者小車沿座標的反方向運動時，離開座標原點的距離。上面詳細闡述了座標式相對位移檢測磁尺的測距原理。下面解釋一下座標式相對位移檢測磁尺可以消除積累誤差的工作原理。本發明磁尺雖然採用的是相對位移檢測的工作原理，也就是增量式檢測的工作原理，按理說增量式檢測都會有積累誤差的，本發明裝置應當也不例外；但是由於本發明裝置採用了座標式的設計方案，大、小車在軌道上來來回回運動時，會頻繁地通過座標的原點，而每過一次座標的原點，電子數據處理裝置都必須將測試數據歸一次零，因此座標式相對位移檢測磁尺可以消除積累誤差。依據上述工作原理，電子數據處理裝置的基本功能是:當磁傳感裝置隨著大、小車的運動到達座標的原點時，磁敏感元件B2和磁敏感元件B3都有感應信號,這時電子數據處理裝置應使測試數據歸零，還應即時解除對磁敏感元件BI和磁敏感元件B4的屏蔽，恢復判向功能。當磁傳感裝置隨著大、小車的運動由座標的原點進入座標的正方向區域時，磁敏感元件B1、B2同時有感應信號時，這時電子數據處理裝置應即時屏蔽磁敏感元件BI的感應信號，只用磁敏感元件B2、B3和B4的感應信號，依據上面闡述的加減計數原理，計算出大車或者小車在座標的正方向區域的座標值；當磁傳感裝置隨著大、小車的運動由座標的原點進入座標的反方向區域時，磁敏感元件B3、B4同時有感應信號時，這時電子數據處理裝置應即時屏蔽磁敏感元件B4的感應信號，只用磁敏感元件B1、B2和B3的感應信號，依據上面闡述的加減計數原理，計算出大車或者小車在座標的反方向區域的座標值。電子數據處理裝置採用單片機電路可以實現上述基本功能。


圖1座標式相對位移檢測磁尺組成圖
圖2磁尺的磁性標尺和磁傳感裝置的編碼原理圖 圖3大、小車在座標的正方向區域運動時工作原理說明用圖(B2有信號) 圖4大、小車在座標的正方向區域運動時工作原理說明用圖(B4有信號)
圖5大、小車在座標的正方向區域運動時工作原理說明用圖(B3有信號)
圖6大、小車在座標的負方向區域運動時工作原理說明用圖(B3有信號)
圖7大、小車在座標的負方向區域運動時工作原理說明用圖(BI有信號)
圖8大、小車在座標的負方向區域運動時工作原理說明用圖(B2有信號)
圖9具體實施時，磁性標尺的組合式方案示意圖。磁性標尺做成兩種部件:部件1-1和部件1-2。
具體實施例方式軌道式龍門起重機大、小車工作時，大車運行的範圍像是一個矩形廣場的長，小車運行的範圍像是一個矩形廣場的寬，安裝在小車上的吊鉤像是一個在矩型廣場中運行的物體。座標式相對位移檢測磁尺安裝在軌道式龍門起重機上，就好像在矩型廣場上放置了一個二維的座標，座標的原點正好和矩型廣場的中心點重合，矩型廣場被分成了四個象限；吊鉤在矩型廣場上運動，無論在哪一個位置，都可以用某一個象限的座標來準確地表
/Jn ο具體實施時，磁性標尺做成兩種部件，例如圖9所示:部件1-1，中間的兩塊磁鐵的距離是I個距離單位，其餘的兩塊磁鐵的距離都是3個距離單位，左右兩邊的磁鐵到各自的標尺端面的距離都是1.5個距離單位；部件1-2，所有兩塊磁鐵的距離都是3個距離單位，左右兩邊的磁鐵到各自的標尺端面的距離都是1.5個距離單位。磁鐵的厚度可以等於或小於0.5個距離單位。I個距離單位具體取多少國際長度單位，與檢測的精度相關。無論部件1-1還是部件1-2，圖中都只畫出了幾塊磁鐵，實際上有很多塊磁鐵；具體的塊數，與部件的長度有關，比如說部件1-1和部件1-2都做成I米長度的一條，如果I個距離單位具體取多少國際長度單位已經確定，那麼就可算出這I米長的部件所需要的磁鐵塊的個數。安裝時，座標式相對位移檢測磁尺的磁性標尺安裝在起重機大、小車的軌道上，座標式相對位移檢測磁尺的磁傳感裝置安裝在大車或者小車的車架上。不論起重機大、小車的軌道有多長，磁性標尺都由部件1-1和1-2組裝而成，部件1-1大、小車各都只用一條，部件1-2使用多少條則要看軌道的長度。
權利要求
1.一種座標式相對位移檢測磁尺，由I磁性標尺、2磁傳感裝置和3電子數據處理裝置組成；本發明的核心技術是磁性標尺、磁傳感裝置的編碼設計；其結構特徵是:磁性標尺是許多厚度為二分之一個長度單位(或小於二分之一個長度單位)的磁鐵塊在一條線上的間隔排列的集合，集合的基體可以是塑料條或鋁管或其它非導磁材料，正中間的兩塊磁鐵的距離是I個長度單位，這兩塊磁鐵的中點是座標的原點，原點的左、右分別是座標的正區域和負區域；磁性標尺的正區域和負區域各有N塊磁鐵，相鄰的兩個磁鐵之間的距離都是3個長度單位；磁鐵塊之間的距離與檢測的精度正相關，N的數目與被檢測的線位移的長度正相關；磁傳感裝置是4隻磁敏感元件在一條線上的間隔排列的集合，集合的基體可以是印刷線路板或集成電路塊，相鄰的兩個磁敏感元件之間的距離都是I個長度單位。
2.按照權利I所述的座標式相對位移檢測磁尺，其中的磁性標尺由兩個部件組裝，其特徵是:磁性標尺被做成兩種部件，部件I是帶有座標原點的標尺，部件2是沒有座標原點的標尺，每個部件都做成I到5米長的標準件，無論是部件I還是部件2左、右兩端的磁鐵塊的中線到端面的距離都是1.5個長度單位；磁性標尺安裝時，選擇I個部件I和若干個部件2，部件I安裝在軌道的中間，部件2安裝在部件I的兩邊，部件2的個數與標準部件的長度及軌道的長度相關。
全文摘要
本發明設計了一種座標式相對位移檢測磁尺，檢測起重機大小車運動時相對於軌道中心的距離，磁尺由1磁性標尺、2磁傳感裝置和3電子數據處理裝置組成。其核心技術是磁性標尺、磁傳感裝置的設計；磁性標尺是許多厚度為2分之1個長度單位的磁鐵塊在一條線上的間隔排列的集合，中間的兩塊磁鐵塊的距離是1個長度單位，左右各有N塊磁鐵塊，相鄰的兩個磁鐵塊之間的距離是3個長度單位；磁鐵塊之間的距離和檢測的精度正相關，N的數目與被檢測的線位移長度正相關；磁傳感裝置是4隻磁敏感元件在一條線上的間隔排列的集合，相鄰的兩個磁敏感元件之間的距離是1個長度單位。其特點是結構簡單，安裝調試方便，沒有積累誤差，適用於大小車位移控制自動化。
文檔編號G01B7/02GK103148774SQ201310074539
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者黎友盛 申請人:黎友盛