升船机安全机构螺纹副间隙集成化智能监测控制系统及方法与流程

本发明涉及升船机运行安全设备领域，尤其涉及一种升船机安全机构螺纹副间隙集成化智能监测控制系统，适用于带有安全螺杆升船机的集成监测及高精度监测技术。

背景技术：

对齿轮齿条爬升式升船机（以下简称为齿爬式升船机）而言，安全机构螺纹副间隙是一个事关升船机运行安全的重要参数。在正常运行时，安全机构的锁定螺杆在螺母柱间作不接触的螺旋运动，螺纹副间隙应基本保持不变，确保运行无卡阻；在船厢出现失水或严重偏载等事故时，要通过安全机构的锁定螺杆逐步将螺纹副间隙消除，最终与螺母柱啮合，将船厢锁定在塔柱的混凝土结构上，从而保护事故工况下的升船机、船舶及人员的安全。

技术实现要素：

螺纹副间隙是齿轮齿条爬升式升船机安全机构上锁定螺杆与螺母柱螺牙之间的间隙，如背景技术中所述，螺母柱螺纹副间隙与塔柱、船厢可能变位的协调性是影响齿爬式升船机运行安全可靠性的关键因素。而影响螺纹副间隙因素众多：包括制造安装误差（驱动机构齿轮轴与安全机构螺杆轴的传动比误差、螺杆、螺母牙型尺寸制造误差、螺母柱螺纹节距制造误差等），外载荷引起的变位（齿轮齿条的铅垂方向弹塑性变位、承船厢相对于齿条纵横向变位、船厢绕纵横向轴转动等）、磨损产生的变位（齿轮齿条的铅垂方向磨损、小齿轮托架机构中轴承磨损、螺杆导向车架的导轮与导轨磨损等）等等，尤其是外载荷引起的变位影响很大，并且难以消除。

升船机运行过程中，当螺纹副间隙值过小时表明船厢处于非正常状态，此时锁定螺杆与螺母柱存在非正常接触的可能性，升船机运行过程锁定螺杆与螺母柱如果非正常接触将会给系统带来巨大的扭矩，甚至损坏关联设备。因此，螺纹副间隙值的实时监测对齿爬式升船机安全可靠运行具有重大意义，通过升船机安全机构螺纹副间隙集成化智能监测控制系统即可实现该间隙值的实时监测和报警功能，将监测值传输给升船机控制系统，延长碰撞时间可以极大的避免锁定螺杆与螺母柱承受过高的冲击力。

本发明的目的是提供一种升船机安全机构螺纹副间隙集成化智能监测控制系统及方法，此系统和升船机控制系统相连，能够将监测到的螺纹副间隙值实时传递到升船机控制系统，并通过运算分析之后有效的延长其碰撞时间，进而减少非正常碰撞产生的冲击力，起到安全防护的作用。

为达到上述目的，本发明的设计方案是：升船机安全机构螺纹副间隙集成化智能监测控制系统，它包括光源，所述光源与可远控摄像机配合对升船机的锁定螺杆和螺母柱相配合的位置进行拍照；所述可远控摄像机安装在可远控云台上；所述光源和可远控云台固定在安装支架上，所述安装支架固定安装在升船机的锁定螺杆和螺母柱相配合的位置；所述可远控云台和可远控摄像机与控制箱相连；所述控制箱内部安装有微处理器、控制器和触摸屏，所述微处理器的数据输入端通过专用电缆与可远控摄像机相连并接受、处理通过变焦镜头所获取的螺纹副间隙图像；所述微处理器的数据输出端与控制器相连，所述控制器与升船机控制系统相连，并控制执行机构动作。

所述光源采用led光源，所述led光源选用直流稳压电源供电，再加上光敏元件的电流反馈回路。

所述可远控云台采用直流伺服电机驱动，其水平旋转角度为0~350°，俯仰角度为0~90°。

所述可远控摄像机选用wv-cs500型，其变焦镜头的焦距范围为8～80mm。

所述触摸屏与微处理器相连能够显示实时测量值和历史数据，并可根据需要显示螺纹副间隙视频画面。

所述微处理器采用定位算法对螺纹副间隙的图像进行定位，并采用灰度等级进行间隙的边界提取，最后计算间隙边界的距离，得出间隙值。

用于螺纹副间隙采集的光源、可远控摄像机、可远控云台和安装支架共有四组，分别安装在升船机的四个锁定螺杆和螺母柱相配合的位置，四组图像采集装置通过环通切换器与控制箱相连。

所述可远控摄像机与微处理器相连的专用电缆上安装有三位置电缆损失补偿开关用于匹配图像信号的传输距离。

所述控制箱安装于升船机安全机构下方的船厢上，便于工作人员巡视的位置。

采用智能监测控制系统对升船机锁定螺杆和螺母柱的螺纹副间隙监测控制方法：

升船机运行时触发光源，可远控摄像机对升船机锁定螺杆和螺母柱的螺纹副间隙进行全程监测；将图像传送至微处理器，微处理器采用定位算法对螺纹副间隙的图像进行定位，并采用灰度等级进行间隙的边界提取，最后计算间隙边界的距离，得出间隙值；并根据设定条件判断螺纹副间隙是否为正常值，经数字化处理后通过i/o接口输出监测结果，传输至控制器，并发送至升船机控制系统，通过升船机控制系统的执行机构延长锁定螺杆与螺母柱发生碰撞的时间。

本发明有如下有益效果：

1、从安装上来看，本发明安装方便，在安全机构附近设置安装支架，剩余设备逐一安装即可，无需改变升船机原有的结构。

2、从功能上来说，本发明可实现该间隙值的实时监测和报警功能，将监测值传输给升船机控制系统，然后发送至执行机构。

3、从使用效果上来看，本发明可以解决螺母柱螺纹副间隙与塔柱、船厢可能变位的协调性引起的问题，提前预判间隙值变化，延长碰撞时间可以极大的避免锁定螺杆与螺母柱承受过高的冲击力。

4、通过采用上述的智能监测控制系统能够时时监测升船机安全机构锁定螺杆与螺母柱之间的间隙，进而通过间隙值进而分析，提前预判间隙值的变化趋势，当其可能发生碰撞时，通过升船机控制系统，控制执行机构进而有效的延长碰撞时间，避免了锁定螺杆和螺母柱之间的硬接触，有效的降低了冲击力，起到了安全防护的目的。

5、通过将可远控摄像机安装在可远控云台上，能够方便的控制摄像机的旋转和俯仰角度的调节，进而能够捕捉和采集锁定螺杆与螺母柱之间不同位置的图像。

6、通过控制箱内部的微处理器能够对采集到的图像进行分析处理，其首先通过定位算法对间隙进行定位，然后根据灰度等级进行间隙的边界提取，最后计算间隙边界的距离，即得出间隙值。

7、通过将此智能监测控制系统与升船机系统相连，大大的降低了系统开发和运行成本，而且简化了系统的设计过程，通过集成化的控制系统提高了控制效率，降低了系统运行过程中可能出现的错误。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明原理图。

图3为本发明运行流程图。

图4为本发明升船机安全机构锁定螺杆与螺母柱位置示意图。

图5为本发明螺纹副间隙三维结构图。

图6为本发明螺纹副间隙平面结构图。

图中：光源1、可远控摄像机2、可远控云台3、控制箱4、微处理器5、安装支架6、控制器7、触摸屏8、环通切换器9、三位置电缆损失补偿开关10、执行机构11、升船机控制系统12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参加图1-2，升船机安全机构螺纹副间隙集成化智能监测控制系统，它包括光源1，所述光源1与可远控摄像机2配合对升船机的锁定螺杆和螺母柱相配合的位置进行拍照；所述可远控摄像机2安装在可远控云台3上；所述光源1和可远控云台3固定在安装支架6上，所述安装支架6固定安装在升船机的锁定螺杆和螺母柱相配合的位置；所述可远控云台3和可远控摄像机2与控制箱4相连；所述控制箱4内部安装有微处理器5、控制器7和触摸屏8，所述微处理器5的数据输入端通过专用电缆与可远控摄像机2相连并接受、处理通过变焦镜头所获取的螺纹副间隙图像；所述微处理器5的数据输出端与控制器7相连，所述控制器7与升船机控制系统相连，并控制执行机构动作。

进一步的，所述光源1采用led光源，所述led光源选用直流稳压电源供电，再加上光敏元件的电流反馈回路。由于升船机需要昼夜运行，因此，就需要稳定可靠的光源，就需要其恒定亮度，所以采用上述的直流稳压电源供电加上光敏元件的电流反馈回路

进一步的，为在空间上能精确移动和捕捉螺纹副间隙，不受升船机升降过程、不同高程的螺母柱表面亮度等因素影响，所述可远控云台3采用直流伺服电机驱动，其水平旋转角度为0~350°，俯仰角度为0~90°。

进一步的，所述可远控摄像机2选用wv-cs500型，其变焦镜头的焦距范围为8～80mm。通过变焦镜头能够有效的控制所采集的画面的清晰度。保证后续图像数据处理的准确性。

进一步的，所述触摸屏8与微处理器5相连能够显示实时测量值和历史数据，并可根据需要显示螺纹副间隙视频画面。进而方便人工对图像进行判定。

进一步的，所述微处理器5采用定位算法对螺纹副间隙的图像进行定位，并采用灰度等级进行间隙的边界提取，最后计算间隙边界的距离，得出间隙值。采用微处理器5配合相应的算法对图像进行处理，进而能够准确的获取螺纹副间隙。

进一步的，由于升船机的安全机构共有四套，并分别位于船箱的四角位置，因此，为了保证这四套安全机构都能被及时的监测，就需要同时对这四套安全机构进行实时监测。所以用于螺纹副间隙采集的光源1、可远控摄像机2、可远控云台3和安装支架6共有四组，分别安装在升船机的四个锁定螺杆和螺母柱相配合的位置，四组图像采集装置通过环通切换器9与控制箱4相连。通过环通切换器9能够随时切换到不同位置的安全机构。

进一步的，所述可远控摄像机2与微处理器5相连的专用电缆上安装有三位置电缆损失补偿开关10用于匹配图像信号的传输距离。由于升船机的高度较高，其信号在传输过程中会产生一定的延迟，而通过三位置电缆损失补偿开关10能够有效的减少传输延迟，进而提高了监测质量。

进一步的，所述控制箱4安装于升船机安全机构下方的船厢上，便于工作人员巡视的位置。

实施例2：

如图3，采用智能监测控制系统对升船机锁定螺杆和螺母柱的螺纹副间隙监测控制方法：

升船机运行时触发光源1，可远控摄像机2对升船机锁定螺杆和螺母柱的螺纹副间隙进行全程监测；将图像传送至微处理器5，微处理器5采用定位算法对螺纹副间隙的图像进行定位，并采用灰度等级进行间隙的边界提取，最后计算间隙边界的距离，得出间隙值；并根据设定条件判断螺纹副间隙是否为正常值，经数字化处理后通过i/o接口输出监测结果，传输至控制器7，并发送至升船机控制系统，通过升船机控制系统的执行机构延长锁定螺杆与螺母柱发生碰撞的时间。

如图4-6，升船机安全机构锁定螺杆与螺母柱位置示意图如图4，螺纹副间隙如图5、6。以三峡升船机为例，正常升降时，a1与b1，a2与b2之间的垂直方向距离均为60mm，当螺杆在垂直方向有波动时，这两个距离值此消彼长，其和120mm保持不变，本装置主要目的就是实时检测这两个距离值。同时对检测到的数据进行分析处理，最终通过预判，进而降低了锁紧螺杆和螺母柱之间发生碰撞的可能。

结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。技术人员均可在不违背本发明的创新点及操作步骤，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。本发明的保护范围，应如本发明的权利要求书覆盖。