起重機軌道檢測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種起重機軌道檢測系統。本系統包括下位機系統、上位機系統、光路反射器件、驅動輪和遙控器。本實用新型將起重機軌道的檢測工作由空中移到了地面上，大大優化了作業環境，提高了檢測工作的安全性，本實用新型具有安全性強、檢測方便、快速、精確度高等優點，可用于起重機軌道直線度和雙軌跨距、高差等參數的精密檢測。
【專利說明】起重機軌道檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及軌道檢測【技術領域】和直線度測量【技術領域】，特別是涉及一種起重機軌道檢測系統。
【背景技術】
[0002]起重機是一種重要的物料搬運設備，隨著工業化生產規模的擴大，自動化程度的提高，其在現代化生產過程中應用越來越廣泛，社會對起重機的要求也越來越高。起重機在運行中的一個主要問題是車輪啃軌。所謂“啃軌”是指起重機在運行過程中，車輪輪緣與軌道側面接觸，產生水平側向推力，引起輪緣與軌道發生摩擦，致使輪緣很快磨損和變形，使起重機不能正常運行，同時軌道的側面也會產生嚴重的磨損。啃軌會降低車輪和軌道的使用壽命，增大運行阻力。“啃軌”嚴重時，輪緣可能爬到軌頂，造成脫軌事故。“啃軌”的原因比較復雜，可能的問題有軌道問題、車輪問題、橋梁問題或電機問題。其中軌道問題是最基本的問題，它是保障起重機正常運行的先決條件。因此對軌道進行定期的檢測和修整是保障起重機安全運行所必不可少的。
[0003]起重機軌道的檢測作為一項特種檢測內容，相對其他軌道來說存在較多的不便和風險，其特點主要體現在高度高、跨距大、作業環境復雜、檢測工作困難、危險系數高等方面。傳統的檢測方法需要檢測人員在起重機軌道上對其進行檢測，作業環境復雜而危險。
[0004]針對起重機軌道的檢測，國內學者提出了一些新的方法，主要包括激光準直測量方法和全站儀測量方法。
[0005]激光由于具有亮度高、能量集中、方向性強、單色性好，以及良好的空間和時間相干性，在測量直線度方面，使用準直后的激光作為有形直線基準有著很大的優勢，而且能夠得到較高的測量精度。采用激光準直測量方法在測量距離較小時，檢測精度較高，然而當軌道長度超過50米時，激光束會受到很多因素的影響，產生漂移，檢測效果不太理想。
[0006]用全站儀測量可以獲得一個比較高的精度，然而現有的全站儀測量方法存在兩個弊病:一是需要將全站儀固定在軌道上瞄準反射棱鏡，作業環境建立在空中，測量人員必須爬到起重機軌道上進行檢測，作業環境復雜而危險，而且由于全站儀體積大、重量重，測量前的建站工作非常不便。實際的現場環境復雜多變，往往不容易進行空中建站。二是由于全站儀需要固定在一條軌道上進行測量，在測另一條軌道時，往往需要再將全站儀移至另一條軌道上重新建站，這無疑增加了檢測工作的工作量和難度。而且由于在檢測過程中，全站儀的位置需要移動，兩條軌道的測量是處于不同的坐標系下，在檢測兩條軌道聯合參數時需要坐標系的變換和統一,增加了數據處理的復雜性。
[0007]由于起重機軌道的特殊性，目前的檢測方法和檢測系統都存在一個通病，那就是都需要檢測人員在起重機軌道上進行檢測，作業環境處于空中，檢測工作非常不便而且存在一定風險。迄今為止尚沒有一種檢測精度高、檢測工作簡便、作業環境位于地面上、作業安全系數高的檢測方法和系統能夠很好的取得應用。實用新型內容
[0008]本實用新型的目的在于解決現有起重機軌道檢測方法和系統存在的上述問題，提供一種起重機軌道檢測系統，該系統具有安全性強、檢測方便、快速、高效、自動化程度高等特點。
[0009]為達到上述目的，本實用新型的構思是:
[0010]為解決傳統檢測方法高空作業危險系數高、檢測不便的問題,將作業環境移至地面上，將全站儀固定在地面上建站，由全站儀建立一個統一的全局坐標系，對兩條軌道進行檢測。由于全站儀建站后位置固定，置于兩條軌道中間，測量兩條軌道時不需要移動位置，因此不需要坐標系變換，數據處理更簡單。
[0011]由于全站儀固定在地面上，軌檢裝置運行在軌道上，其相對于全站儀的位置始終在變化，為了確保在檢測的過程中，全站儀能夠實時瞄準光路反射器件，要求反射器件必須能夠實現兩個自由度的旋轉，以滿足不同檢測環境和位置的要求。因此，檢測系統必須能夠實時控制反射器件較精確的旋轉。
[0012]根據上述構思，本實用新型所采用的技術方案是:
[0013]一種起重機軌道檢測系統，包括下位機系統、上位機系統、光路反射器件、驅動輪和遙控器；所述光路反射器件和驅動輪安裝在下位機系統上；所述下位機系統包括微控制器、電機驅動模塊、計數模塊、編碼器模塊、防撞模塊、防撞報警模塊、無線收發模塊、遙控控制模塊和下位機開機/待機控制模塊；所述微控制器連接電機驅動模塊分別控制光路反射器件旋轉和驅動輪旋轉，所述計數模塊連接微控制器，將驅動輪的旋轉角度信息反饋至微控制器，所述編碼器模塊連接微控制器，將光路反射器件的旋轉角度信息反饋至微控制器，進行閉環精確控制，微控制器連接無線收發模塊，并通過無線通信方式連接至PC端無線收發模塊，遙控控制模塊連接下位機開機/待機控制模塊，通過遙控器無線控制下位機系統的開機與待機的狀態切換；所述上位機系統包括PC機、PC端無線收發模塊和全站儀；所述全站儀位于地面上，連接PC機，所述PC機通過PC端無線收發模塊與下位機系統通信。
[0014]進一步地，所述微控制器選用STC89C52RC單片機。
[0015]進一步地，所述電機驅動模塊選用L298N驅動芯片。
[0016]進一步地，所述計數模塊選用U型對射式光電開關LTH301-32和電壓比較器LM311，通過電壓比較器LM311，將光電開關的輸出電壓與2.5V電平作比較，轉換成數字信號連接至微控制器。
[0017]進一步地，所述編碼器模塊采用增量式光電編碼器，并通過雙D觸發器獲取旋轉方向信號。
[0018]進一步地，所述防撞模塊采用4個漫反射光電開關檢測前后方的障礙物，漫反射光電開關為NPN常開型光電接近開關，四個光電開關的輸出信號通過四輸入端雙與門74LS21輸出連接至微控制器，任意一個光電開關檢測到障礙物時，都會引發最終輸出信號的負跳變。
[0019]進一步地，所述防撞報警模塊包括555定時器、繼電器、驅動芯片ULN2003以及功放芯片TDA2003，由微處理器單元發出的控制信號電流經過ULN2003放大之后連接繼電器，繼電器由555定時器控制產生不同類型的聲音，導通后控制信號經功放芯片TDA2003放大后提供給音頻設備輸出。
[0020]進一步地，所述無線收發模塊選用P0P2032無線數據傳輸模塊，實現點對點、一點對多點、多點對多點的設備間數據的透明傳輸。
[0021]進一步地，所述遙控控制模塊選用8路無線搖控開關，搭配大功率8鍵遙控器，通過遙控器遠程遙控下位機系統的開機與待機的狀態切換。
[0022]進一步地，所述下位機開機/待機控制模塊包括雙D觸發器⑶4013、NPN型晶體三極管8050、穩壓二極管、繼電器以及按鈕開關S2和狀態指示燈，按鈕開關S2為整個下位機系統的總開關，在測量前首先按下該總開關，此時下位機系統處于待機狀態，僅遙控控制模塊和下位機開機/待機控制模塊工作，通過遙控器上的電源鍵實現下位機系統的開機和待機的狀態控制，CD4013用于狀態的翻轉，信號通過三極管8050放大后驅動繼電器完成下位機系統狀態的控制。
[0023]與現有技術相比，本實用新型具有如下突出的實質性特點和顯著的優點:
[0024]1.將起重機軌道的檢測工作由空中轉移到了地面上，大大優化了作業環境，提高了作業的安全性，建站簡單，測量方便、快速。
[0025]2.一次性建站，檢測過程中，不需要二次建站，在一個統一的坐標系下檢測兩條軌道，省去了因二次建站帶來的工作量和坐標系變換問題。由于不需要坐標系轉換，因此大大簡化了數據處理算法，數據處理變得極為簡便。
[0026]3.該檢測系統在檢測模式下具有自動停止功能。可以在PC機上設置采樣點數量和采樣點間距，下位機系統根據上位機系統設置的采樣間距，行駛指定距離后自動停下以供檢測人員檢測，不需要人為控制，使得測量工作更加方便。
[0027]4、該檢測系統具有防撞報警功能。當檢測過程中遇到障礙物時，檢測系統可以控制檢測機構自動停下并且報警，告知檢測員進行故障排除，從而避免檢測工作被卡死。
[0028]5、下位機系統具有開機和待機兩種狀態，不工作時可以使系統進入待機狀態。在檢測工作需要暫停時，可以很方便的在地面上就使整個下位機系統處于低功耗模式，很大程度上節約了電量，延長了電池使用時間，避免了因電池頻繁充電而帶來的工作量。
[0029]6、該檢測系統可以實現PC機對下位機系統的多機通訊。用戶可以根據需要選擇一主一從或一主多從的工作方式。在一主多從方式下，一套檢測系統可以有兩套下位機系統，分別位于兩條軌道上，從而可以省去在檢測完一條軌道后需要將下位機系統移至另一條軌道的繁瑣工作。
[0030]7、一站式的檢測。檢測站為上位機系統，操作者可以在檢測站完成對下位機系統的控制、數據采集、數據處理、結果顯示、生成檢測報告以及打印報告等一站式操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型的檢測系統結構示意圖。
[0032]圖2為本實用新型實施例2的微控制器原理圖。
[0033]圖3為本實用新型實施例2的電機驅動模塊原理圖。
[0034]圖4為本實用新型實施例2的計數模塊原理圖。
[0035]圖5為本實用新型實施例2的編碼器模塊原理圖。
[0036]圖6為本實用新型實施例2的防撞模塊原理圖。
[0037]圖7為本實用新型實施例2的防撞報警模塊原理圖。
[0038]圖8為本實用新型實施例2的無線收發模塊原理圖。
[0039]圖9為本實用新型實施例2的遙控控制模塊原理圖。
[0040]圖10為本實用新型實施例2的下位機開機/待機控制模塊原理圖。
[0041]圖11為本實用新型的檢測過程的示意圖。
[0042]圖12為本實用新型上位機系統初始化的流程圖。
[0043]圖13為本實用新型測量過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0045]實施例1
[0046]如圖1所示，一種起重機軌道檢測系統，包括下位機系統1、上位機系統2、光路反射器件3、驅動輪4和遙控器5 ;所述光路反射器件3和驅動輪4安裝在下位機系統I上；所述光路反射器件3采用反射靶；所述下位機系統I包括微控制器101、電機驅動模塊102、計數模塊103、編碼器模塊104、防撞模塊105、防撞報警模塊106、無線收發模塊107、遙控控制模塊108和下位機開機/待機控制模塊109 ;所述微控制器101連接電機驅動模塊102控制光路反射器件3旋轉，所述編碼器模塊104連接微控制器101，將光路反射器件3的旋轉角度信息反饋至微控制器101，進行閉環精確控制，微控制器101連接無線收發模塊107，并通過無線通信方式連接至PC端無線收發模塊202，遙控控制模塊108連接下位機開機/待機控制模塊109，通過遙控器5無線控制下位機系統I的開機與待機的狀態切換；所述上位機系統2包括PC機201、PC端無線收發模塊202和全站儀203 ;所述全站儀203位于地面上，連接PC機201，所述PC機201通過PC端無線收發模塊202與下位機系統I通信。
[0047]實施例2
[0048]如圖1至圖10所示，本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于:
[0049]所述微控制器101選用STC89C52RC單片機，STC89C52RC系列單片機是單時鐘/機器周期的兼容8051內核單片機，是高速/低功耗的新一代8051單片機，全新的流水線/精簡指令集結構，內部集成MAX810專用復位電路。
[0050]所述電機驅動模塊102選用兩片L298N驅動芯片分別控制小車驅動電機和反射靶旋轉電機，由于電機從運行狀態突然轉換到停止狀態和從順時針狀態突然轉換到逆時針狀態時會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管在產生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。
[0051 ] 所述計數模塊103選用U型對射式光電開關LTH301-32和電壓比較器LM311，通過電壓比較器LM311，將光電開關的輸出電壓與2.5V電平作比較，轉換成數字信號連接至微控制器101。
[0052]所述編碼器模塊104采用上海恒祥光學電子有限公司的K50-J系列增量式空心軸光電旋轉編碼器，利用緩沖器CD4010和D觸發器74LS74構成編碼器辨向電路。
[0053]所述防撞模塊105采用4個滬工E3F-DS30C4漫反射光電開關檢測前后方的障礙物，檢測距離30cm，通過四輸入端雙與門74LS21連接至微控制器101的外部中斷口，任意一個光電開關檢測到障礙物時，都會引發微控制器101的外部中斷。
[0054]所述防撞報警模塊106包括555定時器、繼電器、驅動芯片ULN2003以及功放芯片TDA2003,由微處理器單元101發出的控制信號電流經過ULN2003放大之后連接繼電器，繼電器由555定時器控制產生不同類型的聲音，導通后控制信號經功放芯片TDA2003放大后提供給音頻設備輸出。
[0055]所述無線收發模塊107選用P0P2032無線數據傳輸模塊，實現點對點、一點對多點、多點對多點的設備間數據的透明傳輸。
[0056]所述遙控控制模塊108選用8路無線搖控開關，搭配大功率8鍵遙控器，通過遙控器遠程遙控下位機系統I的開機與待機的狀態切換。
[0057]所述下位機開機/待機控制模塊109包括雙D觸發器⑶4013、NPN型晶體三極管8050、穩壓二極管、繼電器以及按鈕開關S2和狀態指示燈，按鈕開關S2為整個下位機系統I的總開關，在測量前首先按下該總開關，此時下位機系統I處于待機狀態，僅遙控控制模塊108和下位機開機/待機控制模塊109工作，通過遙控器上的電源鍵實現下位機系統I的開機和待機的狀態控制，CD4013用于狀態的翻轉，信號通過三極管8050放大后驅動繼電器完成下位機系統I狀態的控制。
[0058]實施例3
[0059]參見圖11，圖12，圖13，下面對本實用新型起重機軌道檢測系統的檢測過程做詳細介紹。
[0060]測量前首先建站，將全站儀203固定在兩條軌道之間地面上的某個合適位置，并調平全站儀203。
[0061]然后將下位機系統I放置到軌道上，并按下下位機系統I總開關，使其處于待機狀態。光路反射器件3可以實現兩個自由度的旋轉，測量前首先根據全站儀203與軌道之間的距離以及軌道的高度，人工調整光路反射器件3的反射靶沿水平軸轉動合適的角度，使其靶心能夠近似垂直對準全站儀的光路。
[0062]系統開機后，首先進行測量信息錄入與軌道長度、跨距、采樣點數量等參數的設置，隨后PC機201端上位機軟件進行初始化，此時系統開始檢測PC機201與下位機系統I及全站儀203通信是否連接，若沒有成功連接，系統會報錯，提示操作者進行檢查和修改。若連接成功，上位機系統2將向下位機系統I發送采樣點間距參數，下位機系統I收到數據后進行初始化。同時在全站儀203上進行坐標系的設置，建立全局坐標系。初始化工作完成后，開始檢測。
[0063]在測量過程中，反射靶在水平方向上保持固定，不再做調整，測量過程中下位機系統I實時控制反射靶另一個自由度的旋轉，使其在不同的采樣點位置總是能夠近似垂直對準全站儀203的光路。
[0064]調整好之后，按下遙控器5的開機鍵，在遙控控制模塊108和下位機開機/待機控制模塊109的控制下，下位機系統I開機。在PC機201上進行現場信息等相關信息的錄入，并設定軌道采樣點間距等參數。隨后PC機201向下位機系統I發送設定的采樣點間距參數，下位機系統I初始化。測量過程中，按下遙控器5檢測模式的前進鍵，下位機系統I向前行駛，當行駛了設定采樣點間距時，在計數模塊103的控制下，下位機系統I自動停止，全站儀203測量此時反射靶靶心的坐標，PC機201實時讀取坐標數據，并判斷此時反射靶是否需要旋轉。如果此時超出設定的角度閾值，PC機201向下位機系統I發送旋轉指令，在編碼器模塊104和電機驅動模塊102的閉環控制下，反射靶做適當調整。下位機系統I前后兩端各設置兩組光電接近開關，檢測過程中，若下位機系統I遇到障礙物，防撞模塊103產生中斷，微控制器101控制電機驅動模塊102停止，并控制防撞報警模塊106進行報警。上述對下位機系統I的控制既可以用遙控器5通過遙控控制模塊108實現，也可以使用PC機201的上位機軟件，通過無線收發模塊107實現。
[0065]操作者通過PC機201或遙控器5向下位機系統I發送控制指令，下位機系統I收到指令后對其進行指令解析，判斷是檢測模式還是調整模式指令，若是調整指令，下位機系統I控制電機驅動模塊102作快進/快退或反射靶作正轉/反轉等姿態調整動作。若是檢測指令，即檢測模式下的前進或后退指令，下位機系統I控制電機驅動模塊102控制驅動輪4前進或后退。當到達下一采樣點后，在計數模塊103的反饋下，驅動輪4停止行駛。全站儀203瞄準反射靶中心，測量靶心坐標數據。PC機讀取坐標，并進行簡單處理，判斷是否需要粗差剔除、是否需要反射靶旋轉。若需要反射靶旋轉，發送旋轉指令給下位機系統I。至此一個采樣點測量完成，操作者再次通過PC機201或遙控器5向下位機系統I發送控制指令，采集下一采樣點坐標。當所有采樣點坐標全部采集結束后，PC機201進行參數計算、結果顯示，并生成測量報告，檢測工作完成。
[0066]當所有測點測量全部結束后，PC機201進行數據的處理，根據前述算法計算出相應參數，并通過上位機系統2界面將檢測結果顯示出來，最后生成檢測報告。
【權利要求】
1.一種起重機軌道檢測系統，其特征在于，包括下位機系統(I )、上位機系統(2)、光路反射器件(3)、驅動輪(4)和遙控器(5);所述光路反射器件(3)和驅動輪(4)安裝在下位機系統(I)上；所述下位機系統(I)包括微控制器(101)、電機驅動模塊(102)、計數模塊(103)、編碼器模塊(104)、防撞模塊(105)、防撞報警模塊(106)、無線收發模塊(107)、遙控控制模塊(108)和下位機開機/待機控制模塊(109);所述微控制器(101)連接電機驅動模塊(102)分別控制光路反射器件(3)旋轉和驅動輪(4)旋轉，所述計數模塊(103)連接微控制器(101 )，將驅動輪(4)的旋轉角度信息反饋至微控制器(101 )，所述編碼器模塊(104)連接微控制器(101)，將光路反射器件(3)的旋轉角度信息反饋至微控制器(101)，進行閉環精確控制，微控制器(101)連接無線收發模塊(107)，并通過無線通信方式連接至PC端無線收發模塊(202)，遙控控制模塊(108)連接下位機開機/待機控制模塊(109)，通過遙控器(5)無線控制下位機系統(I)的開機與待機的狀態切換；所述上位機系統(2)包括PC機(201),PC端無線收發模塊(202)和全站儀(203);所述全站儀(203)位于地面上，連接PC機(201 )，所述PC機(201)通過PC端無線收發模塊(202 )與下位機系統(I)通信。
2.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述微控制器(101)選用STC89C52RC 單片機。
3.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述電機驅動模塊(102)選用L298N驅動芯片。
4.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述計數模塊(103)選用U型對射式光電開關LTH301-32和電壓比較器LM311，通過電壓比較器LM311，將光電開關的輸出電壓與2.5V電平作比較，轉換成數字信號連接至微控制器(101)。
5.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述編碼器模塊(104)采用增量式光電編碼器，并通過雙D觸發器獲取旋轉方向信號。
6.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述防撞模塊(105)采用4個漫反射光電開關檢測前后方的障礙物，漫反射光電開關為NPN常開型光電接近開關，四個光電開關的輸出信號通過四輸入端雙與門74LS21輸出連接至微控制器(101),任意一個光電開關檢測到障礙物時，都會引發最終輸出信號的負跳變。
7.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述防撞報警模塊(106)包括555定時器、繼電器、驅動芯片ULN2003以及功放芯片TDA2003，由微處理器單元(101)發出的控制信號電流經過ULN2003放大之后連接繼電器，繼電器由555定時器控制產生不同類型的聲音，導通后控制信號經功放芯片TDA2003放大后提供給音頻設備輸出。
8.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述無線收發模塊(107)選用P0P2032無線數據傳輸模塊，實現點對點、一點對多點、多點對多點的設備間數據的透明傳輸。
9.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述遙控控制模塊(108)選用8路無線搖控開關，搭配大功率8鍵遙控器，通過遙控器遠程遙控下位機系統(I)的開機與待機的狀態切換。
10.根據權利要求1所述的起重機軌道檢測系統，其特征在于，所述下位機開機/待機控制模塊(109)包括雙D觸發器⑶4013、NPN型晶體三極管8050、穩壓二極管、繼電器以及按鈕開關S2和狀態指示燈，按鈕開關S2為整個下位機系統(I)的總開關，在測量前首先按下該總開關，此時下位機系統(I)處于待機狀態，僅遙控控制模塊(108)和下位機開機/待機控制模塊(109)工作，通過遙控器(5)上的電源鍵實現下位機系統(I)的開機和待機的狀態控制，CD4013用于狀態的翻轉，信號通過三極管8050放大后驅動繼電器完成下位機系統(I)狀態的控制。
【文檔編號】G08C17/02GK203964881SQ201420073004
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】孔慶彬, 程維明, 劉偉, 邵利明, 陳斌 申請人:上海大學, 上海博亞檢測設備有限公司