專利名稱：檢測工程機械的臂架振動的方法、裝置、系統及工程機械的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種振動參數測量技術領域，尤其涉及一種檢測工程機械的臂架振動的方法、裝置、系統及工程機械。
背景技術：
在具有臂架的工程機械的相關的研究工作中，往往需要研究臂架的振動情況，即臂架的穩定性。以混凝土泵車的臂架的振動為例，對于臂架的振動參數(主要包括振動位移和振動頻率)的檢測，現有技術中的檢測方法主要有人工測量、采用拉線傳感器或加速度傳感器或紅外測距傳感器等方法。其中，人工測量的方法一般是在所測臂架的端部懸掛一條作為標志的繩子，通過人工測量記錄繩子與地面距離的變化，檢測出臂架端點的振動情況；使用拉線傳感器和紅外測距傳感器測量臂架振動的方法類似，都是通過安裝在臂架端部的傳感器感測臂架端部與地面的距離，進而得到臂架末端的實際位移，從而得到臂架的振動位移和頻率；加速度傳感器用于感測臂架末端的振動加速力，根據該加速力最終得到臂架端部的振動位移和頻率。上述的檢測方法中的人工測量的方法費時費力，耗費的人力成本大，工作量大，采集數據困難，且精確度低，無法做到對臂架振動參數的實時監測，不利于分析。而其他的使用拉線傳感器、紅外傳感器和加速度傳感器等的方法也僅能檢測到臂架端部振動位移的情況，無法記錄和分析臂架姿態對臂架振動的影響。具體地，例如使用加速度傳感器時，如使用單軸加速度傳感器，則只能檢測到一個方向上的振動情況，且不易確定所測點的位置，從而不利于記錄和分析臂架姿態對臂架振動的影響。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種檢測臂架振動參數的方法、裝置、系統及工程機械，該方法、裝置及系統能夠提供對工程機械的臂架在不同姿態下的振動情況的檢測。為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，提供了一種檢測工程機械的臂架振動的方法，該方法包括在多個時刻讀取臂架的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度，其中，水平面內的旋轉角度為臂架在三維坐標系的XOY面上的投影與三維坐標系的X 軸之間的夾角；豎直面內的旋轉角度為臂架與三維坐標系的XOY面之間的夾角；三維坐標系的坐標原點為臂架的一個端部，三維坐標系的XOY面位于水平面內，XOZ面位于豎直面內；根據臂架的長度、各個時刻所讀取的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度計算出臂架的端部在各個時刻的三維坐標；根據計算得到的各個時刻的三維坐標，得到三維坐標隨時間變化的情況。進一步地，臂架的水平面內的旋轉角度由設置在工程機械上的編碼器感測；豎直面內的旋轉角度由設置在臂架上的傾角傳感器感測。進一步地，在讀取水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度之前，該方法還包括設定水平面內的旋轉角度的基準點；設定豎直面內的旋轉角度的基準點。進一步地，根據計算得到的各個時刻的三維坐標，得到三維坐標隨時間變化的情況的步驟包括分別制作出臂架的端部的三維坐標中的每一個隨時間變化的時間-坐標曲線。進一步地，在分別制作出臂架的端部的三維坐標中的每一個隨時間變化的時間-坐標曲線后，該方法還包括根據每條時間-坐標曲線計算出相應的時間-振動位移曲線和時間-振動頻率曲線。進一步地，臂架為多節，各節臂架之間的水平面內的旋轉角度相同，編碼器設置在工程機械的轉臺上，感測與轉臺連接的第一節臂架的水平面內的旋轉角度。根據本發明的另一個方面，還提供了一種檢測工程機械的臂架振動的裝置，該裝置包括接收設備，用于在多個時刻讀取臂架的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度，其中，水平面內的旋轉角度為臂架在三維坐標系的XOY面上的投影與三維坐標系的X軸之間的夾角；豎直面內的旋轉角度為臂架與三維坐標系的XOY面之間的夾角；三維坐標系的坐標原點為臂架的一個端部，三維坐標系的XOY面位于水平面內，XOZ面位于豎直面內； 計算設備，用于根據臂架的長度、各個時刻所讀取的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度計算出臂架的端部在各個時刻的三維坐標；獲取設備，用于根據計算得到的各個時刻的三維坐標，得到三維坐標隨時間變化的情況。進一步地，該裝置還包括第一設定設備，用于在讀取水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度之前，根據編碼器的安裝位置設定水平面內的旋轉角度的基準點；第二設定設備，用于根據傾角傳感器的安裝位置設定豎直面內的旋轉角度的基準點。根據本發明的又一個方面，還提供了一種檢測工程機械的臂架振動的系統，該系統包括上述的任何一種檢測工程機械的臂架振動的裝置。根據本發明的又一個方面，還提供了一種工程機械，該工程機械包括上述的檢測工程機械的臂架振動的系統。本發明具有以下有益效果本發明的檢測工程機械的臂架振動的方法獲得臂架的水平面內的旋轉角度以及豎直面內的旋轉角度，本領域技術人員可以理解，對于一節臂架來說，根據其長度、水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度，可以計算出該節臂架端部的三維坐標，并可以根據臂架端部各個時刻的三維坐標得到三維坐標變化的情況。由于使用此方法和相應的檢測裝置以及檢測系統能夠獲得各節(包括一節的情況)臂架端部在多個時刻的三維坐標，從而可以記錄所檢測端點在各個時刻的空間位置，以得到臂架在各個時刻的姿態；再通過三維坐標隨時間的變化，可以直接檢測到端點在各個時刻在不同方向上的振動位移，所以實現了方便地檢測臂架在不同姿態下分別在三維方向上的振動情況。另外，此方法更加智能化、 自動化，避免了人工記錄臂架端部坐標的工作，并且檢測結果更精確。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。 下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據本發明的第一實施例的檢測工程機械的臂架振動的方法的示意圖；圖2是根據本發明的第二實施例的檢測工程機械的臂架振動的方法中所建立的三維坐標系與被檢測的臂架之間位置關系的示意圖；圖3是根據本發明的第二實施例的檢測工程機械的臂架振動的方法的示意圖；圖4是根據本發明的第三實施例的檢測工程機械的臂架振動的裝置的組成示意圖；圖5是根據本發明的第四實施例的檢測工程機械的臂架振動的裝置的組成示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。如圖1所示，在根據本發明的第一實施例中，被檢測的工程機械為混凝土泵車的臂架，檢測混凝土泵車的臂架振動的方法包括步驟S102 在多個時刻讀取臂架的水平面內的旋轉角度，和該節臂架的豎直面內的旋轉角度；之后執行的步驟S104 根據臂架的長度、各個時刻所讀取的水平面的旋轉角度、 豎直面內的旋轉角度計算出臂架的端部在各個時刻的三維坐標；之后執行的步驟S106 根據計算得到的各個時刻三維坐標，得到三維坐標隨時間變化的情況。其中，水平面內的旋轉角度θ Q為臂架在三維坐標系的XOY面上的投影與三維坐標系的X軸之間的夾角；豎直面內的旋轉角度θ工為臂架與三維坐標系的XOY面之間的夾角；三維坐標系的坐標原點為臂架的一個端部0，三維坐標系的XOY面位于水平面內，XOZ面位于豎直面內；由于使用此方法能夠獲得臂架端部在多個時刻的三維坐標，從而可以記錄所檢測端點在各個時刻的空間位置，進而可以得到臂架在各個時刻的姿態；再通過臂架端部的三維坐標隨時間的變化，可以直接檢測到端點在各個時刻在不同方向上的振動位移，從而實現了方便地檢測臂架在不同姿態下分別在三維方向上的振動情況。另外，此方法更加智能化、自動化，避免了人工記錄臂架端部坐標的工作，并且檢測結果更精確。優選地，臂架的水平面內的旋轉角度可以由設置在工程機械上的編碼器感測，該編碼器可以例如設置在控制臂架在水平面內旋轉的電機或減速器上；臂架的豎直面內的旋轉角度可以由設置在臂架上的傾角傳感器來感測。如圖2所示，在第二實施例中將以具有四節臂架的混凝土泵車為例對本發明進行具體說明，在本實施例中，各節臂架的水平面內的旋轉角度均為θ ^，而各節臂架的豎直面內的旋轉角度依次為θ^ θ2、θ3、94，各節臂架的長度依次為(11、(12、(13、(14，并且各節臂架的端部依次為A、B、C、D。從圖2中可以看出，在本實施例中，混凝土泵車上的各節臂架的水平面內的旋轉角度相同，也就是，各節臂架之間只在同一個豎直平面內相對旋轉，編碼器設置在驅動臂架在水平面內旋轉的電機上的減速器上。從而編碼器所感測到的第一節臂架的水平面內的旋轉角度θ ^也同時是其他各節臂架的水平面內的旋轉角度。當然，本實施例選取了最簡單的情況，在實踐中，各節臂架之間也可以具有水平面上的相互旋轉，從而使各節臂架在水平面內的旋轉角度不同。如圖2所示，在本實施例中，該三維坐標系以臂架的一個端部為原點0，包括相互垂直的X軸、Y軸和Z軸，XOY面位于水平面內，XOZ面位于豎直面內。其中，各節臂架的水平面內的旋轉角度θ ^為各節臂架在三維坐標系的XOY面上的投影與三維坐標系的X軸之間的夾角；各節臂架的豎直面內的旋轉角度θ ρ θ 2、θ 3、θ 4為各節臂架與三維坐標系的XOY 平面之間的夾角。在此三維坐標系中，很容易根據各節臂架的長度以及各節臂架的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度而計算出各節臂架的端部Α、B、C、D的三維坐標，各節臂架的端部 Α、B、C、D 的三維坐標分別為(XA, Ya, Za)、(XB, Yb, Zb)、(Xc, Yc, Zc)、(XD, YD, Zd)。如圖3所示，在根據本發明的第二實施例中，步驟S202和步驟S204分別與第一實施例中的步驟S102和步驟S104相同，并且在步驟S202之前，還包括步驟S201 設定水平面內的旋轉角度Θ。的基準點，并設定豎直面內的旋轉角度 θ” θ2、θ3、θ 4的基準點。其中，當使用編碼器檢測臂架在水平面內的旋轉角度時，將臂架固定在認為規定的合適的旋轉位置上，并將來自編碼器的脈沖數清零，即設定好了水平面內的旋轉角度Qtl 的基準點。當使用傾角傳感器檢測臂架在豎直面內的旋轉角度時，將臂架固定在規定的合適的豎直面上的位置上，并將來自傾角傳感器的電信號定義為零度的電信號，即設定好了水平面內的旋轉角度Qtl的基準點。優選地，在步驟204，即計算出各節臂架的端部A、B、C、D在各個時刻的三維坐標之后，還包括步驟S206 分別制作出各節臂架的端部A、B、C、D的三維坐標中的每一個隨時間變化的時間-坐標曲線，也就是對于每節臂架的端部的三個坐標(例如端部A的三個坐標 XA> Ya> Za)分別制作出時間-坐標曲線(圖中未示出)。有了這些時間-坐標曲線，能更直觀地了解各個臂架端部的位置變化情況。更優選地，在步驟S206后，還包括 步驟S208 根據每條時間-坐標曲線計算出相應的時間-振動位移曲線和時間-振動頻率曲線(或者其他與振動情況相關的曲線)。可以理解，由于如上文所述，每節臂架的端部有三個坐標，所以對于每節臂架的端部都可以相應做出3條時間-振動位移曲線和3條時間-振動頻率曲線。在本實施例中，因為共有4節臂架，所以共可以做出12條時間-振動位移曲線和12條時間-振動頻率曲線。另外，如上文所述，優選地，在本實施例中，各節臂架之間的水平面內的旋轉角度相同，均為θ ^，在此情況中，編碼器設置在工程機械的轉臺上，感測與轉臺連接的第一節臂架的水平面內的旋轉角度即可。本發明還提供了一種檢測工程機械的臂架振動的裝置。如圖4所示，根據本發明的第三實施例的該裝置包括接收設備101、計算設備102和獲取設備103。具體地，接收設備101用于在多個時刻讀取臂架的水平面內的旋轉角度和該節臂架的豎直面內的旋轉角度。其中，水平面內的旋轉角度為臂架在三維坐標系的XOY面上的投影與三維坐標系的X軸之間的夾角；豎直面內的旋轉角度為臂架與三維坐標系的XOY面之間的夾角；三維坐標系的坐標原點為臂架的一個端部0，三維坐標系的XOY面位于水平面內，XOZ面位于豎直面內。計算設備102用于根據臂架的長度、各個時刻所讀取的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度計算出臂架的端部在各個時刻的三維坐標。獲取設備103用于根據計算得到的各個時刻的三維坐標，得到三維坐標隨時間變化的情況。優選地，如圖5所示根據本發明的第四實施例的該裝置還包括第一設定設備104 和第二設定設備105。該第一設定設備104用于在讀取水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度之前，設定水平面內的旋轉角度的基準點；該第二設定設備105用于設定豎直面內的旋轉角度的基準點。本發明還提供了一種檢測工程機械的臂架振動的系統，該系統包括上述的任何一種檢測工程機械的臂架振動的裝置。優選地，該系統還可以包括設置在工程機械上的編碼器和設置在臂架上的傾角傳感器。其中編碼器用于感測各節臂架的水平面內的旋轉角度， 并輸出與其對應的信號；傾角傳感器用于感測臂架的豎直面內的旋轉角度，并輸出與其對應的信號。該檢測工程機械的臂架振動的裝置與編碼器和傾角傳感器分別連接，接收編碼器和傾角傳感器輸出的信號，根據各節臂架的長度、水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度計算出各節臂架的端部的三維坐標，并根據計算得到的三維坐標的變化情況，確定各節臂架的振動參數。由于使用上述裝置及系統能夠計算獲得各節臂架端部在多個時刻的三維坐標，從而可以記錄所檢測端點在各個時刻的空間位置，進而可以得到臂架在各個時刻的姿態；再通過臂架端部的三維坐標隨時間的變化，可以直接檢測到端點在各個時刻在不同方向上的振動位移，即實現了方便地檢測臂架在不同姿態下分別在三維方向上的振動情況。另外，此方法、裝置和系統更加智能化、自動化，避免了人工記錄臂架端部坐標的工作，并且檢測結果更精確。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種檢測工程機械的臂架振動的方法，其特征在于，包括在多個時刻讀取所述臂架的水平面內的旋轉角度(θ 0)和豎直面內的旋轉角度(θ》， 其中，所述水平面內的旋轉角度(Qtl)為所述臂架在三維坐標系的XOY面上的投影與所述三維坐標系的X軸之間的夾角；所述豎直面內的旋轉角度(Q1)為所述臂架與所述三維坐標系的XOY面之間的夾角； 所述三維坐標系的坐標原點為所述臂架的一個端部(O)，所述三維坐標系的XOY面位于水平面內，XOZ面位于豎直面內；根據所述臂架的長度(dl)、各個所述時刻所讀取的所述水平面內的旋轉角度(Gtl)和所述豎直面內的旋轉角度(θ i)計算出所述臂架的端部(A)在各個所述時刻的三維坐標； 根據計算得到的各個所述時刻的所述三維坐標，得到所述三維坐標隨時間變化的情況。
2.根據權利要求1所述的檢測臂架振動參數的方法，其特征在于，所述臂架的水平面內的旋轉角度由設置在所述工程機械上的編碼器感測； 所述豎直面內的旋轉角度由設置在所述臂架上的傾角傳感器感測。
3.根據權利要求1所述的檢測臂架振動參數的方法，其特征在于，在讀取所述水平面內的旋轉角度(θ 0)和所述豎直面內的旋轉角度(θ i)之前，還包括設定所述水平面內的旋轉角度(Qtl)的基準點； 設定所述豎直面內的旋轉角度(Q1)的基準點。
4.根據權利要求1所述的檢測臂架振動參數的方法，其特征在于，根據計算得到的各個所述時刻的所述三維坐標，得到所述三維坐標隨時間變化的情況的步驟包括分別制作出臂架的端部(A)的三維坐標中的每一個隨時間變化的時間-坐標曲線。
5.根據權利要求4所述的檢測臂架振動參數的方法，其特征在于，在分別制作出所述臂架的端部(A)的三維坐標中的每一個隨時間變化的時間-坐標曲線后，還包括根據每條所述時間-坐標曲線計算出相應的時間-振動位移曲線和時間-振動頻率曲線。
6.根據權利要求2所述的檢測臂架振動參數的方法，其特征在于，所述臂架為多節，各節所述臂架之間的水平面內的旋轉角度相同，所述編碼器設置在所述工程機械的轉臺上， 感測與所述轉臺連接的第一節臂架的水平面內的旋轉角度。
7.—種檢測工程機械的臂架振動的裝置，其特征在于，包括接收設備(101)，用于在多個時刻讀取臂架的水平面內的旋轉角度(Θ)和豎直面內的旋轉角度(G1),其中，所述水平面內的旋轉角度(Qtl)為所述臂架在三維坐標系的XOY面上的投影與所述三維坐標系的X軸之間的夾角；所述豎直面內的旋轉角度(Q1)為所述臂架與所述三維坐標系的XOY面之間的夾角； 所述三維坐標系的坐標原點為所述臂架的一個端部(O)，所述三維坐標系的XOY面位于水平面內，XOZ面位于豎直面內；計算設備(102)，用于根據所述臂架的長度(dl)、各個所述時刻所讀取的所述水平面內的旋轉角度(Qtl)和所述豎直面內的旋轉角度(Q1)計算出所述臂架的端部(A)在各個所述時刻的三維坐標；獲取設備(103)，用于根據計算得到的各個所述時刻的所述三維坐標，得到所述三維坐標隨時間變化的情況。
8.根據權利要求7所述的檢測臂架振動參數的裝置，其特征在于，還包括第一設定設備(104)，用于在讀取所述水平面內的旋轉角度(θ 0)和所述豎直面內的旋轉角度(θ J之前，根據所述編碼器的安裝位置設定所述水平面內的旋轉角度(θ 0)的基準點第二設定設備(105)，用于根據所述傾角傳感器的安裝位置設定所述豎直面內的旋轉角度(G1)的基準點。
9.一種檢測工程機械的臂架振動的系統，其特征在于，包括權利要求7或8所述的檢測工程機械的臂架振動的裝置。
10.一種工程機械，其特征在于，包括權利要求9所述的檢測工程機械的臂架振動的系統。
全文摘要
本發明披露了一種檢測工程機械的臂架振動的方法、裝置、系統及工程機械，該方法包括在多個時刻讀取臂架的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度；根據臂架的長度、各個時刻所讀取的水平面內的旋轉角度和豎直面內的旋轉角度計算出臂架的端部在各個時刻的三維坐標；根據計算得到的各個時刻的三維坐標，得到三維坐標隨時間變化的情況。該方法實現了方便地檢測臂架在不同姿態下分別在三維方向上的振動情況。另外，此方法更加智能化、自動化，避免了人工記錄臂架端部坐標的工作，并且檢測結果更精確。
文檔編號G01B21/00GK102331296SQ201110197840
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者尹君, 易偉春, 李學俊, 李葵芳, 王帥 申請人:長沙中聯重工科技發展股份有限公司