起重机轨道检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种起重机轨道检测系统。本系统包括下位机系统、上位机系统、光路反射器件、驱动轮和遥控器。本实用新型将起重机轨道的检测工作由空中移到了地面上，大大优化了作业环境，提高了检测工作的安全性，本实用新型具有安全性强、检测方便、快速、精确度高等优点，可用于起重机轨道直线度和双轨跨距、高差等参数的精密检测。
【专利说明】起重机轨道检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及轨道检测【技术领域】和直线度测量【技术领域】，特别是涉及一种起重机轨道检测系统。
【背景技术】
[0002]起重机是一种重要的物料搬运设备，随着工业化生产规模的扩大，自动化程度的提高，其在现代化生产过程中应用越来越广泛，社会对起重机的要求也越来越高。起重机在运行中的一个主要问题是车轮啃轨。所谓“啃轨”是指起重机在运行过程中，车轮轮缘与轨道侧面接触，产生水平侧向推力，引起轮缘与轨道发生摩擦，致使轮缘很快磨损和变形，使起重机不能正常运行，同时轨道的侧面也会产生严重的磨损。啃轨会降低车轮和轨道的使用寿命，增大运行阻力。“啃轨”严重时，轮缘可能爬到轨顶，造成脱轨事故。“啃轨”的原因比较复杂，可能的问题有轨道问题、车轮问题、桥梁问题或电机问题。其中轨道问题是最基本的问题，它是保障起重机正常运行的先决条件。因此对轨道进行定期的检测和修整是保障起重机安全运行所必不可少的。
[0003]起重机轨道的检测作为一项特种检测内容，相对其他轨道来说存在较多的不便和风险，其特点主要体现在高度高、跨距大、作业环境复杂、检测工作困难、危险系数高等方面。传统的检测方法需要检测人员在起重机轨道上对其进行检测，作业环境复杂而危险。
[0004]针对起重机轨道的检测，国内学者提出了一些新的方法，主要包括激光准直测量方法和全站仪测量方法。
[0005]激光由于具有亮度高、能量集中、方向性强、单色性好，以及良好的空间和时间相干性，在测量直线度方面，使用准直后的激光作为有形直线基准有着很大的优势，而且能够得到较高的测量精度。采用激光准直测量方法在测量距离较小时，检测精度较高，然而当轨道长度超过50米时，激光束会受到很多因素的影响，产生漂移，检测效果不太理想。
[0006]用全站仪测量可以获得一个比较高的精度，然而现有的全站仪测量方法存在两个弊病:一是需要将全站仪固定在轨道上瞄准反射棱镜，作业环境建立在空中，测量人员必须爬到起重机轨道上进行检测，作业环境复杂而危险，而且由于全站仪体积大、重量重，测量前的建站工作非常不便。实际的现场环境复杂多变，往往不容易进行空中建站。二是由于全站仪需要固定在一条轨道上进行测量，在测另一条轨道时，往往需要再将全站仪移至另一条轨道上重新建站，这无疑增加了检测工作的工作量和难度。而且由于在检测过程中，全站仪的位置需要移动，两条轨道的测量是处于不同的坐标系下，在检测两条轨道联合参数时需要坐标系的变换和统一,增加了数据处理的复杂性。
[0007]由于起重机轨道的特殊性，目前的检测方法和检测系统都存在一个通病，那就是都需要检测人员在起重机轨道上进行检测，作业环境处于空中，检测工作非常不便而且存在一定风险。迄今为止尚没有一种检测精度高、检测工作简便、作业环境位于地面上、作业安全系数高的检测方法和系统能够很好的取得应用。实用新型内容
[0008]本实用新型的目的在于解决现有起重机轨道检测方法和系统存在的上述问题，提供一种起重机轨道检测系统，该系统具有安全性强、检测方便、快速、高效、自动化程度高等特点。
[0009]为达到上述目的，本实用新型的构思是:
[0010]为解决传统检测方法高空作业危险系数高、检测不便的问题,将作业环境移至地面上，将全站仪固定在地面上建站，由全站仪建立一个统一的全局坐标系，对两条轨道进行检测。由于全站仪建站后位置固定，置于两条轨道中间，测量两条轨道时不需要移动位置，因此不需要坐标系变换，数据处理更简单。
[0011]由于全站仪固定在地面上，轨检装置运行在轨道上，其相对于全站仪的位置始终在变化，为了确保在检测的过程中，全站仪能够实时瞄准光路反射器件，要求反射器件必须能够实现两个自由度的旋转，以满足不同检测环境和位置的要求。因此，检测系统必须能够实时控制反射器件较精确的旋转。
[0012]根据上述构思，本实用新型所采用的技术方案是:
[0013]一种起重机轨道检测系统，包括下位机系统、上位机系统、光路反射器件、驱动轮和遥控器；所述光路反射器件和驱动轮安装在下位机系统上；所述下位机系统包括微控制器、电机驱动模块、计数模块、编码器模块、防撞模块、防撞报警模块、无线收发模块、遥控控制模块和下位机开机/待机控制模块；所述微控制器连接电机驱动模块分别控制光路反射器件旋转和驱动轮旋转，所述计数模块连接微控制器，将驱动轮的旋转角度信息反馈至微控制器，所述编码器模块连接微控制器，将光路反射器件的旋转角度信息反馈至微控制器，进行闭环精确控制，微控制器连接无线收发模块，并通过无线通信方式连接至PC端无线收发模块，遥控控制模块连接下位机开机/待机控制模块，通过遥控器无线控制下位机系统的开机与待机的状态切换；所述上位机系统包括PC机、PC端无线收发模块和全站仪；所述全站仪位于地面上，连接PC机，所述PC机通过PC端无线收发模块与下位机系统通信。
[0014]进一步地，所述微控制器选用STC89C52RC单片机。
[0015]进一步地，所述电机驱动模块选用L298N驱动芯片。
[0016]进一步地，所述计数模块选用U型对射式光电开关LTH301-32和电压比较器LM311，通过电压比较器LM311，将光电开关的输出电压与2.5V电平作比较，转换成数字信号连接至微控制器。
[0017]进一步地，所述编码器模块采用增量式光电编码器，并通过双D触发器获取旋转方向信号。
[0018]进一步地，所述防撞模块采用4个漫反射光电开关检测前后方的障碍物，漫反射光电开关为NPN常开型光电接近开关，四个光电开关的输出信号通过四输入端双与门74LS21输出连接至微控制器，任意一个光电开关检测到障碍物时，都会引发最终输出信号的负跳变。
[0019]进一步地，所述防撞报警模块包括555定时器、继电器、驱动芯片ULN2003以及功放芯片TDA2003，由微处理器单元发出的控制信号电流经过ULN2003放大之后连接继电器，继电器由555定时器控制产生不同类型的声音，导通后控制信号经功放芯片TDA2003放大后提供给音频设备输出。
[0020]进一步地，所述无线收发模块选用P0P2032无线数据传输模块，实现点对点、一点对多点、多点对多点的设备间数据的透明传输。
[0021]进一步地，所述遥控控制模块选用8路无线摇控开关，搭配大功率8键遥控器，通过遥控器远程遥控下位机系统的开机与待机的状态切换。
[0022]进一步地，所述下位机开机/待机控制模块包括双D触发器⑶4013、NPN型晶体三极管8050、稳压二极管、继电器以及按钮开关S2和状态指示灯，按钮开关S2为整个下位机系统的总开关，在测量前首先按下该总开关，此时下位机系统处于待机状态，仅遥控控制模块和下位机开机/待机控制模块工作，通过遥控器上的电源键实现下位机系统的开机和待机的状态控制，CD4013用于状态的翻转，信号通过三极管8050放大后驱动继电器完成下位机系统状态的控制。
[0023]与现有技术相比，本实用新型具有如下突出的实质性特点和显著的优点:
[0024]1.将起重机轨道的检测工作由空中转移到了地面上，大大优化了作业环境，提高了作业的安全性，建站简单，测量方便、快速。
[0025]2.一次性建站，检测过程中，不需要二次建站，在一个统一的坐标系下检测两条轨道，省去了因二次建站带来的工作量和坐标系变换问题。由于不需要坐标系转换，因此大大简化了数据处理算法，数据处理变得极为简便。
[0026]3.该检测系统在检测模式下具有自动停止功能。可以在PC机上设置采样点数量和采样点间距，下位机系统根据上位机系统设置的采样间距，行驶指定距离后自动停下以供检测人员检测，不需要人为控制，使得测量工作更加方便。
[0027]4、该检测系统具有防撞报警功能。当检测过程中遇到障碍物时，检测系统可以控制检测机构自动停下并且报警，告知检测员进行故障排除，从而避免检测工作被卡死。
[0028]5、下位机系统具有开机和待机两种状态，不工作时可以使系统进入待机状态。在检测工作需要暂停时，可以很方便的在地面上就使整个下位机系统处于低功耗模式，很大程度上节约了电量，延长了电池使用时间，避免了因电池频繁充电而带来的工作量。
[0029]6、该检测系统可以实现PC机对下位机系统的多机通讯。用户可以根据需要选择一主一从或一主多从的工作方式。在一主多从方式下，一套检测系统可以有两套下位机系统，分别位于两条轨道上，从而可以省去在检测完一条轨道后需要将下位机系统移至另一条轨道的繁琐工作。
[0030]7、一站式的检测。检测站为上位机系统，操作者可以在检测站完成对下位机系统的控制、数据采集、数据处理、结果显示、生成检测报告以及打印报告等一站式操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型的检测系统结构示意图。
[0032]图2为本实用新型实施例2的微控制器原理图。
[0033]图3为本实用新型实施例2的电机驱动模块原理图。
[0034]图4为本实用新型实施例2的计数模块原理图。
[0035]图5为本实用新型实施例2的编码器模块原理图。
[0036]图6为本实用新型实施例2的防撞模块原理图。
[0037]图7为本实用新型实施例2的防撞报警模块原理图。
[0038]图8为本实用新型实施例2的无线收发模块原理图。
[0039]图9为本实用新型实施例2的遥控控制模块原理图。
[0040]图10为本实用新型实施例2的下位机开机/待机控制模块原理图。
[0041]图11为本实用新型的检测过程的示意图。
[0042]图12为本实用新型上位机系统初始化的流程图。
[0043]图13为本实用新型测量过程的流程图。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0045]实施例1
[0046]如图1所示，一种起重机轨道检测系统，包括下位机系统1、上位机系统2、光路反射器件3、驱动轮4和遥控器5 ;所述光路反射器件3和驱动轮4安装在下位机系统I上；所述光路反射器件3采用反射靶；所述下位机系统I包括微控制器101、电机驱动模块102、计数模块103、编码器模块104、防撞模块105、防撞报警模块106、无线收发模块107、遥控控制模块108和下位机开机/待机控制模块109 ;所述微控制器101连接电机驱动模块102控制光路反射器件3旋转，所述编码器模块104连接微控制器101，将光路反射器件3的旋转角度信息反馈至微控制器101，进行闭环精确控制，微控制器101连接无线收发模块107，并通过无线通信方式连接至PC端无线收发模块202，遥控控制模块108连接下位机开机/待机控制模块109，通过遥控器5无线控制下位机系统I的开机与待机的状态切换；所述上位机系统2包括PC机201、PC端无线收发模块202和全站仪203 ;所述全站仪203位于地面上，连接PC机201，所述PC机201通过PC端无线收发模块202与下位机系统I通信。
[0047]实施例2
[0048]如图1至图10所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0049]所述微控制器101选用STC89C52RC单片机，STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线/精简指令集结构，内部集成MAX810专用复位电路。
[0050]所述电机驱动模块102选用两片L298N驱动芯片分别控制小车驱动电机和反射靶旋转电机，由于电机从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。
[0051 ] 所述计数模块103选用U型对射式光电开关LTH301-32和电压比较器LM311，通过电压比较器LM311，将光电开关的输出电压与2.5V电平作比较，转换成数字信号连接至微控制器101。
[0052]所述编码器模块104采用上海恒祥光学电子有限公司的K50-J系列增量式空心轴光电旋转编码器，利用缓冲器CD4010和D触发器74LS74构成编码器辨向电路。
[0053]所述防撞模块105采用4个沪工E3F-DS30C4漫反射光电开关检测前后方的障碍物，检测距离30cm，通过四输入端双与门74LS21连接至微控制器101的外部中断口，任意一个光电开关检测到障碍物时，都会引发微控制器101的外部中断。
[0054]所述防撞报警模块106包括555定时器、继电器、驱动芯片ULN2003以及功放芯片TDA2003,由微处理器单元101发出的控制信号电流经过ULN2003放大之后连接继电器，继电器由555定时器控制产生不同类型的声音，导通后控制信号经功放芯片TDA2003放大后提供给音频设备输出。
[0055]所述无线收发模块107选用P0P2032无线数据传输模块，实现点对点、一点对多点、多点对多点的设备间数据的透明传输。
[0056]所述遥控控制模块108选用8路无线摇控开关，搭配大功率8键遥控器，通过遥控器远程遥控下位机系统I的开机与待机的状态切换。
[0057]所述下位机开机/待机控制模块109包括双D触发器⑶4013、NPN型晶体三极管8050、稳压二极管、继电器以及按钮开关S2和状态指示灯，按钮开关S2为整个下位机系统I的总开关，在测量前首先按下该总开关，此时下位机系统I处于待机状态，仅遥控控制模块108和下位机开机/待机控制模块109工作，通过遥控器上的电源键实现下位机系统I的开机和待机的状态控制，CD4013用于状态的翻转，信号通过三极管8050放大后驱动继电器完成下位机系统I状态的控制。
[0058]实施例3
[0059]参见图11，图12，图13，下面对本实用新型起重机轨道检测系统的检测过程做详细介绍。
[0060]测量前首先建站，将全站仪203固定在两条轨道之间地面上的某个合适位置，并调平全站仪203。
[0061]然后将下位机系统I放置到轨道上，并按下下位机系统I总开关，使其处于待机状态。光路反射器件3可以实现两个自由度的旋转，测量前首先根据全站仪203与轨道之间的距离以及轨道的高度，人工调整光路反射器件3的反射靶沿水平轴转动合适的角度，使其靶心能够近似垂直对准全站仪的光路。
[0062]系统开机后，首先进行测量信息录入与轨道长度、跨距、采样点数量等参数的设置，随后PC机201端上位机软件进行初始化，此时系统开始检测PC机201与下位机系统I及全站仪203通信是否连接，若没有成功连接，系统会报错，提示操作者进行检查和修改。若连接成功，上位机系统2将向下位机系统I发送采样点间距参数，下位机系统I收到数据后进行初始化。同时在全站仪203上进行坐标系的设置，建立全局坐标系。初始化工作完成后，开始检测。
[0063]在测量过程中，反射靶在水平方向上保持固定，不再做调整，测量过程中下位机系统I实时控制反射靶另一个自由度的旋转，使其在不同的采样点位置总是能够近似垂直对准全站仪203的光路。
[0064]调整好之后，按下遥控器5的开机键，在遥控控制模块108和下位机开机/待机控制模块109的控制下，下位机系统I开机。在PC机201上进行现场信息等相关信息的录入，并设定轨道采样点间距等参数。随后PC机201向下位机系统I发送设定的采样点间距参数，下位机系统I初始化。测量过程中，按下遥控器5检测模式的前进键，下位机系统I向前行驶，当行驶了设定采样点间距时，在计数模块103的控制下，下位机系统I自动停止，全站仪203测量此时反射靶靶心的坐标，PC机201实时读取坐标数据，并判断此时反射靶是否需要旋转。如果此时超出设定的角度阈值，PC机201向下位机系统I发送旋转指令，在编码器模块104和电机驱动模块102的闭环控制下，反射靶做适当调整。下位机系统I前后两端各设置两组光电接近开关，检测过程中，若下位机系统I遇到障碍物，防撞模块103产生中断，微控制器101控制电机驱动模块102停止，并控制防撞报警模块106进行报警。上述对下位机系统I的控制既可以用遥控器5通过遥控控制模块108实现，也可以使用PC机201的上位机软件，通过无线收发模块107实现。
[0065]操作者通过PC机201或遥控器5向下位机系统I发送控制指令，下位机系统I收到指令后对其进行指令解析，判断是检测模式还是调整模式指令，若是调整指令，下位机系统I控制电机驱动模块102作快进/快退或反射靶作正转/反转等姿态调整动作。若是检测指令，即检测模式下的前进或后退指令，下位机系统I控制电机驱动模块102控制驱动轮4前进或后退。当到达下一采样点后，在计数模块103的反馈下，驱动轮4停止行驶。全站仪203瞄准反射靶中心，测量靶心坐标数据。PC机读取坐标，并进行简单处理，判断是否需要粗差剔除、是否需要反射靶旋转。若需要反射靶旋转，发送旋转指令给下位机系统I。至此一个采样点测量完成，操作者再次通过PC机201或遥控器5向下位机系统I发送控制指令，采集下一采样点坐标。当所有采样点坐标全部采集结束后，PC机201进行参数计算、结果显示，并生成测量报告，检测工作完成。
[0066]当所有测点测量全部结束后，PC机201进行数据的处理，根据前述算法计算出相应参数，并通过上位机系统2界面将检测结果显示出来，最后生成检测报告。
【权利要求】
1.一种起重机轨道检测系统，其特征在于，包括下位机系统(I )、上位机系统(2)、光路反射器件(3)、驱动轮(4)和遥控器(5);所述光路反射器件(3)和驱动轮(4)安装在下位机系统(I)上；所述下位机系统(I)包括微控制器(101)、电机驱动模块(102)、计数模块(103)、编码器模块(104)、防撞模块(105)、防撞报警模块(106)、无线收发模块(107)、遥控控制模块(108)和下位机开机/待机控制模块(109);所述微控制器(101)连接电机驱动模块(102)分别控制光路反射器件(3)旋转和驱动轮(4)旋转，所述计数模块(103)连接微控制器(101 )，将驱动轮(4)的旋转角度信息反馈至微控制器(101 )，所述编码器模块(104)连接微控制器(101)，将光路反射器件(3)的旋转角度信息反馈至微控制器(101)，进行闭环精确控制，微控制器(101)连接无线收发模块(107)，并通过无线通信方式连接至PC端无线收发模块(202)，遥控控制模块(108)连接下位机开机/待机控制模块(109)，通过遥控器(5)无线控制下位机系统(I)的开机与待机的状态切换；所述上位机系统(2)包括PC机(201),PC端无线收发模块(202)和全站仪(203);所述全站仪(203)位于地面上，连接PC机(201 )，所述PC机(201)通过PC端无线收发模块(202 )与下位机系统(I)通信。
2.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述微控制器(101)选用STC89C52RC 单片机。
3.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述电机驱动模块(102)选用L298N驱动芯片。
4.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述计数模块(103)选用U型对射式光电开关LTH301-32和电压比较器LM311，通过电压比较器LM311，将光电开关的输出电压与2.5V电平作比较，转换成数字信号连接至微控制器(101)。
5.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述编码器模块(104)采用增量式光电编码器，并通过双D触发器获取旋转方向信号。
6.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述防撞模块(105)采用4个漫反射光电开关检测前后方的障碍物，漫反射光电开关为NPN常开型光电接近开关，四个光电开关的输出信号通过四输入端双与门74LS21输出连接至微控制器(101),任意一个光电开关检测到障碍物时，都会引发最终输出信号的负跳变。
7.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述防撞报警模块(106)包括555定时器、继电器、驱动芯片ULN2003以及功放芯片TDA2003，由微处理器单元(101)发出的控制信号电流经过ULN2003放大之后连接继电器，继电器由555定时器控制产生不同类型的声音，导通后控制信号经功放芯片TDA2003放大后提供给音频设备输出。
8.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述无线收发模块(107)选用P0P2032无线数据传输模块，实现点对点、一点对多点、多点对多点的设备间数据的透明传输。
9.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述遥控控制模块(108)选用8路无线摇控开关，搭配大功率8键遥控器，通过遥控器远程遥控下位机系统(I)的开机与待机的状态切换。
10.根据权利要求1所述的起重机轨道检测系统，其特征在于，所述下位机开机/待机控制模块(109)包括双D触发器⑶4013、NPN型晶体三极管8050、稳压二极管、继电器以及按钮开关S2和状态指示灯，按钮开关S2为整个下位机系统(I)的总开关，在测量前首先按下该总开关，此时下位机系统(I)处于待机状态，仅遥控控制模块(108)和下位机开机/待机控制模块(109)工作，通过遥控器(5)上的电源键实现下位机系统(I)的开机和待机的状态控制，CD4013用于状态的翻转，信号通过三极管8050放大后驱动继电器完成下位机系统(I)状态的控制。
【文档编号】G08C17/02GK203964881SQ201420073004
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】孔庆彬, 程维明, 刘伟, 邵利明, 陈斌 申请人:上海大学, 上海博亚检测设备有限公司