专利名称：用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及到大型设备的吊装，具体指大型吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置及 测量方法。
背景技术：
大型设备的吊装，轻则几百吨，重则上千吨，这样的设备起吊后控制吊钩处于自然 垂直状态是非常重要的，否则，设备容易产生摆动，有可能会伤及到其附近的设备和人 员。
目前控制吊钩垂直度的方法是由起重指挥人员的肉眼及多年的时间经验来把握。在 小吊车吊装时， 一般能控制在2。偏差之内；而对于大吊车而言，由于其吊臂很长，人站 在吊钩的附近，会产生视觉误差，要判断吊钩是否自然垂直，有很大的难度。这就可能 造成吊钩在较大偏离中心垂直线的情况下进行大件吊装，带来安全隐患，甚至造成重大 安全事故。
测量垂直的方法有多种，例如直接靠测垂直，经纬仪测垂直等。例如《中国特种设
备安全》第23巻第1期中所刊登的《全站仪在起重机检测中综合应用》，其测量点是在
地面固定位置，建立坐标系，通过组合测量，确定空间某一点的坐标，在根据两点的坐
标差，计算出两点间的距离，数值显示在全站仪上；如果将该技术应用在吊钩垂直度的 测量上，只能是在非工作时间进行间接的测量，而对于吊钩处于工作状态时的动态偏差
则无能为力。专利号为ZL200720086087.4的中国实用新型专利所公开的《激光测量装 置》是采用激光测垂仪来测量固定物体的垂直度，其固定在垂直物体的上部位置，根据 接收的位移偏差，得出垂直度的偏差；同样，该激光测垂仪对于动态物体的垂直度偏差 无法测量。又如专利号为ZL93238246.0所公开的《便携式智能化垂直度测量仪》其是 采用靠测方法测量小件固定物的垂直度偏差。再如，申请号为200710028355.1的中国发 明专利申请所公开的《一种垂直度测量方法及垂直度测量仪》，其利用相似三角形对应 边成比例的原理，在测量垂直度的时候，不用直接测量高耸建筑物的轴线长度，只需要 测量器母线偏离的差值即可；同样，该测量方法及测量仪均不适用动态偏差的测量。
由于在吊装过程中，吊钩始终处于运动的状态，其垂直度的检测有一定的特殊性， 目前针对动态吊钩自然垂直度的检测仪器及方法还没有。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用于动态的大型吊 车吊钩垂直度偏差的动态测量装置。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种应用于动态的 大型吊车吊钩垂直度偏差的动态测量方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该一种用于测量吊车吊钩垂直度偏 差的动态测量装置，其特征在于包括
水平测量传感器，安装在与吊车吊钩钢丝绳索中心线垂直的平面上，用于测量吊车 吊钩钢丝绳索偏离水平面的角度；
信号接收和传输机构，收集并传输水平测量传感器所测得的数据；
中央处理机构，信号接收和传输机构将收集到的数据传输到该中央处理机构，中央 处理机构经过计算得到计算结果；
显示机构，将中央处理机构计算得到的计算结果显示出来。
众所周知，水平测量传感器的工作原理主要是通过地球的重力场与传感器感应轴的 分量大小来检测出其所在的水平角度和倾斜角度。本发明采用水平测量传感器实时检测 吊钩在吊装的动态过程中偏离水平面的角度，然后经过中央处理机构的处理，转换为吊 钩的垂直度偏差，再经由显示机构显示出来。采用本发明所提供的测量机构能够实时监 测到吊钩垂直度偏差的动态变化。
由于吊车通常是高空作业，为了方便信号的传递和接受，所述的信号接收和传输机 构可以包括与所述的水平测量传感器相连接的无线发射器和接收无线发射器所发射信 号的无线接收器，所述的无线发射器连接所述的中央处理机构。采用无线发射器和无线 接收器，可以将信号方便地传输到各个角落，这样即使指挥人员位于室内亦可方便的指 挥吊车的操作，进一步保障了指挥人员的安全。
上述方案中，所述的中央处理机构可以包括数据通信模块、参数输入模块、数学计 算模块和数据显示模块；其中，所述的数据通信模块和参数输入模块的输出端连接数学 计算模块的输入端，数学计算模块的输出端连接数据显示模块。
为了直观的读取显示机构所显示内容的涵义，所述的数据显示模块可以包括数字显 示模块和图形绘制模块，所述的数学计算模块的输出端分别连接数字显示模块和图形绘 制模块。
所述的中央处理机构还包括数据存储模块，所述的数据存储模块连接所述的数学计 算模块的输出端，将数学计算模块计算得到的数据全部存储起来。将数据存储起来可以 作为以后研发的基础数据。
上述方案中，所述的显示机构可以为任意一种能与中央处理机构连接并将其结果显示出来的显示设备，较好的，可以采用计算机显示器或掌上电脑显示器。
一种用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量方法，其特征在于包括下述步骤
① 将水平测量传感器安装在吊钩上与吊车吊钩钢丝绳索中心线垂直的平面上，将吊 钩处于自然垂直状态下即吊钩处于水平面时水平测量传感器所测得的数值经作为判断 吊钩偏离水平面的初始参照值；
② 吊车起吊后，水平测量传感器随吊钩一起运动，将实时监测到的数值经过数据接 收和传输机构实时传送给中央处理机构；
③ 中央处理机构将水平传感器实时检测到的吊钩运动的动态数据与初始参照值相 比较，经过计算得到计算结果；
④ 中央处理机构将计算结果传递到显示机构，由显示机构将计算结果显示出来。 所述的信号接收和传输机构包括与所述的水平测量传感器相连接的无线发射器和
接收无线发射器所发射信号的无线接收器，所述的无线发射器连接所述的中央处理机 构。
所述的中央处理机构包括数据通信模块、参数输入模块、数学计算模块和数据显示 模块；所述的信号接收和传输机构将所述的水平测量传感器实时检测到的数据传递到数 据通信模块，由数据通信模块传递到数学计算模块中；参数输入模块将操作者输入到参 数输入模块中的测试精度参数传递到数学计算模块中，由数学计算模块计算后将计算结
果传递到数据显示模块。
所述的数据显示模块包括图形绘制模块和数字显示模块，所述的图形绘制模块是将 所述的数学计算模块传送过来的数据转换成图形格式传递到显示机构以图形的形式显 示，而所述的数字模块则将数学计算模块传送过来的数据转换成数字，然后在显示机构 上以数字的形式显示。
所述的显示机构包括计算机显示器或掌上电脑显示器。
与现有技术相比较，本发明提供了一种吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置及测量 方法，解决了现有技术中只能测量静态数据而不能在吊钩工作过程中实时监测吊钩动态 垂直度偏差的难题，更有利于吊钩垂直度的控制。与现有的人工目测方法相比较，测量 精度高，并且克服了天气对人工目测所带来的不利影响，提高了吊装的安全性。该装置 和方法可适用于各种吊车的吊钩监测，例如大中小型汽车吊、大中型履带吊车、龙门吊 上等，尤其是应用在两车抬吊、扳转法吊装等需要控制吊钩垂直度的场合，更可发挥其 重要作用。
图1和图2为本发明的测量原理图； 图3为本发明实施例的系统图；图4为本发明实施例中中央处理模块的原理图5为本发明实施例中显示机构所显示的图形和数据。
具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图3和图4所示，该用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置包括 水平测量传感器与无线发射器连接，接收无线发射器所发射信号的无线接收器，无 线接收器连接数据通信模块的输入端，数据通信模块和参数输入模块的输出端连接数学 计算模块的输入端，数学计算模块的输出端分别连接数字显示模块、图形绘制模块和数 据存储模块，数字显示模块和图形绘制模块连接显示机构。
本实施例中的显示机构包括一台液晶显示器和一个掌上电脑显示器，由无线接收 器、数据通信模块、参数输入模块、数学计算模块、数字显示模块、图形绘制模块和数 据存储模块构成的中央处理机构分别连接液晶显示器和掌上电脑显示器，中央处理机构 计算出的结果分别同时显示在液晶显示器和掌上电脑显示器上。
将上述用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置应用在1250吨吊车的吊装中。
① 先将水平测量传感器安装在吊钩上与吊车吊钩钢丝绳索中心线垂直的平面上，使 吊钩处于自然垂直状态下即吊钩处于水平面时将水平测量传感器所测得的数值传递到 无线发射器中，由无线接收器接收后依次传递到数据通信模块、数学计算模块，然后由 数字显示模块和图形绘制模块将该数值以数字和图形的形式显示为坐标的原点，即判断 吊钩偏离水平面的初始参照值；
② 在参数输入模块输入测量精度，本实施例中的最大测试范围为3° ，吊钩的垂直 度偏差通常要求控制在3°以内，吊钩在吊臂方向的左右前后偏差光标移动显示可精确 到0.25度,数据显示为0.1度；
③ 吊车起吊后，水平测量传感器随吊钩一起运动，水平测量传感器通过地球的重力 场与传感器感应轴的分量大小来检测出吊钩实时的水平角度和对于水平面的倾斜角度， 并将这些实时检测到的数值通过无线发射器发送到无线接收器，然后经由中央处理机构 处理后将计算结果以数字和图形的形式即时显示在液晶显示器和掌上电脑显示器上；如 图5所示。
如图1所示，线L为吊钩钢丝绳索处于自然垂直状态时的中心线，L垂直于水平面 ABCD，则L垂直与该水平面上的任意一条直线；如图2所示，当吊钩摆动到B1的位 置时，ZA即为水平测量传感器检测到的吊钩偏离水平面的角度，在AA1B1C和AABC 中，由于ZACB-ZA1CB1， ZB=ZB1=90° ，所以ZA1^ZA，而ZA即为吊钩的垂直度偏 差的角度值，只需测量ZA即可。④操作人员根据显示机构上显示的吊钩的垂直度偏离角度，及时调整吊装动作，使 吊装能够安全、顺利的完成。
由于吊装的当天有轻雾，如果用肉眼来观测吊钩的垂直度偏差肉眼，判断非常困难， 而且误差大，起重人员的肉眼垂直判断范围在4度左右；而采用本方法后吊钩的垂直度 偏差可以控制在0.25。以内，大大减少了吊装的安全风险。
权利要求
1、一种用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置，其特征在于包括水平测量传感器，安装在与吊车吊钩钢丝绳索中心线垂直的平面上，用于测量吊车吊钩钢丝绳索偏离水平面的角度；信号接收和传输机构，收集并传输水平测量传感器所测得的数据；中央处理机构，信号接收和传输机构将收集到的数据传输到该中央处理机构，中央处理机构经过计算得到计算结果；显示机构，将中央处理机构计算得到的计算结果显示出来。
2、 根据权利要求1所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置，其特征 在于所述的信号接收和传输机构包括与所述的水平测量传感器相连接的无线发射器和 接收无线发射器所发射信号的无线接收器，所述的无线接收器连接所述的中央处理机 构。
3、 根据权利要求2所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置，其特征 在于所述的中央处理机构包括数据通信模块、参数输入模块、数学计算模块和数据显示 模块；其中，所述的数据通信模块和参数输入模块的输出端连接数学计算模块的输入端，数学计算模块的输出端连接数据显示模块。
4、 根据权利要求3所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置，其特征 在于所述的数据显示模块包括数字显示模块和图形绘制模块，所述的数学计算模块的输 出端分别连接数字显示模块和图形绘制模块。
5、 根据权利要求4所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置，其特征 在于所述的中央处理机构还包括数据存储模块，所述的数据存储模块连接所述的数学计 算模块的输出端，将数学计算模块计算得到的数据全部存储起来。
6、 根据权利要求1至5任一权利要求所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态 测量装置，其特征在于所述的显示机构为计算机显示器或掌上电脑显示器。
7、 一种用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量方法，其特征在于包括下述歩骤① 将水平测量传感器安装在吊钩上与吊车吊钩钢丝绳索中心线垂直的平面上，将吊 钩处于自然垂直状态下即吊钩处于水平面时水平测量传感器所测得的数值经作为判断 吊钩偏离水平面的初始参照值；② 吊车起吊后，水平测量传感器随吊钩一起运动，将实时监测到的数值经过数据接 收和传输机构实时传送给中央处理机构；③ 中央处理机构将水平传感器实时检测到的吊钩运动的动态数据与初始参照值相比较，经过计算得到计算结果；④ 中央处理机构将计算结果传递到显示机构，由显示机构将计算结果显示出来。
8、 根据权利要求5所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量方法，其特征 在于所述的信号接收和传输机构包括与所述的水平测量传感器相连接的无线发射器和 接收无线发射器所发射信号的无线接收器，所述的无线发射器连接所述的中央处理机 构。
9、 根据权利要求5所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量方法，其特征 在于所述的中央处理机构包括数据通信模块、参数输入模块、数学计算模块和数据显示 模块；所述的信号接收和传输机构将所述的水平测量传感器实时检测到的数据传递到数 据通信模块，由数据通信模块传递到数学计算模块中；参数输入模块将操作者输入到参 数输入模块中的测试精度参数传递到数学计算模块中，由数学计算模块计算后将计算结 果传递到数据显示模块。
10、 根据权利要求7所述的用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量方法，其特征 在于所述的数据显示模块包括图形绘制模块和数字显示模块，所述的图形绘制模块是将 所述的数学计算模块传送过来的数据转换成图形格式传递到显示机构以图形的形式显 示，而所述的数字模块则将数学计算模块传送过来的数据转换成数字，然后在显示机构 上以数字的形式显示。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量吊车吊钩垂直度偏差的动态测量装置及测量方法，其特征在于包括水平测量传感器，安装在与吊车吊钩钢丝绳索中心线垂直的平面上，用于测量吊车吊钩钢丝绳索偏离水平面的角度；信号接收和传输机构，收集并传输水平测量传感器所测得的数据；中央处理机构，信号接收和传输机构将收集到的数据传输到该中央处理机构，中央处理机构经过计算得到计算结果；显示机构，将中央处理机构计算得到的计算结果显示出来。采用上述装置的测量方法简单、方便。与现有技术相比较，本发明可实时动态测量吊钩的垂直度，测量精度高，克服了对测量的不利影响，提高了吊装的安全性。
文档编号G01C9/00GK101650174SQ20091010236
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者苏伯林 申请人:中国石油化工集团公司;中国石化集团宁波工程有限公司;中国石化集团宁波技术研究院