一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置和方法
【专利摘要】本发明提供一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置和方法，所述装置包括背板、支撑柱、机械手、电动连杆、电动施力装置和控制器，所述背板水平方向上垂直设置于所述支撑柱上，所述背板的高度可调，所述电动连杆两端分别连接所述机械手和所述电动施力装置，所述控制器包括可编程逻辑控制器PLC，所述控制器控制所述电动施力装置。这种装置可以自动进行低压计量箱以及低压成套设备金属嵌件试验，降低了检验人员的劳动强度，提高了试验效率。
【专利说明】一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置和方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种检测装置和方法，具体讲涉及一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷 检测装置和方法。
【背景技术】：
[0002] 运行的低压计量箱一般裸露在室外，运行的稳定性和安全性受天气变化的影响很 大。而作为低压计量箱箱体内的支撑机构金属嵌件又是影响低压计量箱正常使用的重要因 素和组成部分，金属嵌件对轴向负荷的耐受能力是衡量其螺纹嵌入结构或选用的螺杆是否 合格和是否能满足其正常使用的标准。
[0003] 选材不当导致的计量箱破裂或金属嵌件断裂，低压计量箱不能使用，为确保用户 用电的安全和稳定，必须检测低压计量箱金属嵌件的轴向负荷耐受能力，。
[0004] 现行的低压成套开关设备和控制设备标准GB7251. 5《低压成套开关设备和控制设 备第5部分：对公用电网动力配电成套设备的特殊要求》中8. 2. 101. 4条和GB/T20641《低 压成套开关设备和控制设备空壳体的一半要求》中9. 5条均规定了金属嵌件轴向负载的验 证试验。但是该试验仅适用于安装板上和开关设备或控制设备支撑上安装有金属嵌件的样 品。
[0005] 而低压计量箱不同于一般的低压成套设备，它一般有用于安装电能表和负荷开关 的支撑板，安装的牢固性对电能表和负荷开关的正常使用和安全有影响，因此本发明提供 了一种检测低压计量箱金属嵌件轴向负荷的检测设备和方法。
【发明内容】
：
[0006] 为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种低压计量箱金属嵌件轴 向负荷检测装置和方法；
[0007] 本发明采用的技术方案是：一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置，所述装 置包括背板、支撑柱、机械手（2)、电动连杆（1)、电动施力装置和控制器，其改进之处在于： 所述背板水平方向上垂直设置于所述支撑柱上，所述背板的高度可调，所述电动连杆两端 分别连接所述机械手和所述电动施力装置，所述控制器包括可编程逻辑控制器PLC，所述控 制器控制所述电动施力装置。
[0008] 优选的，所述背板包括带圆角矩形孔的上背板和下背板；所述上背板和所述下背 板之间安装低压计量箱。
[0009] 进一步，所述低压计量箱为顶部有翻盖的长方体，所述低压计量箱箱体内底部安 装有带外螺纹的圆柱形金属嵌件，所述低压计量箱两侧设有与所述上背板和所述下背板上 的圆角矩形孔大小对应、间距相等的螺孔；所述低压计量箱两侧分别通过螺杆与所述上背 板和所述下背杆固定。
[0010] 进一步，机械手⑵为空腔圆柱体、所述机械手（2)内部安装有用于定位所述低压 计量箱内金属嵌件的红外传感器和用于测量所述金属嵌件螺纹孔径的测量工具。
[0011] 进一步，电动施力装置包括与电动连杆（1) 一端连接的分别控制所述电动连杆 (1)进行上下、前后和左右六个方向移动的位置控制电机和负责金属嵌件轴向负荷力施加 的施力电机；所述电动连杆另一端端面中心安装有带反馈拉力传感器。控制器包括可编程 逻辑控制器PLC和触控面板、可编程逻辑控制器PLC与触控面板连接。
[0012] 优选的，所述支撑柱包括坚直方向平行设置的第一支撑柱和第一支撑柱，所述第 一支撑住和所述第二支撑柱之间安装有与所述支撑柱垂直的横条，所述支撑柱内部安装有 固定所述上背板和所述下背板的伸缩杆、和控制所述伸缩杆的电动机。
[0013] 一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测方法，所述方法包括如下步骤：
[0014] S1将低压计量箱安装在固定平台上；
[0015] S2启动试验；
[0016] S3进行试验结束操作。
[0017] 优选的，所述步骤S1包括如下步骤：
[0018] 01将上背板和下背板安装在支撑柱上，通过触控面板控制下背板移动至合适位 置；
[0019] 02将低压计量箱放置于下背板上，并通过螺杆将低压计量箱和下背板可靠固定；
[0020] 03控制上背板移动至合适位置，将低压计量箱和上背板通过螺杆可靠固定；
[0021] 04打开计量箱门，将箱体内的金属嵌件暴露在操作人员及机械手的视野下。
[0022] 优选的，所述步骤S2包括如下步骤：
[0023] (1)开启红外传感器，操作人员根据红外指示线，控制电动连杆移动至合适位置， 并调节机械手靠近需抓取的金属嵌件；
[0024] (2)控制机械手进行金属嵌件的抓取和测量，并根据测量到的金属嵌件螺纹孔径 选择施力电机的施力大小；
[0025] (3)确定力值后，控制电动连杆施加轴向拉力，并持续10s的时间，同时，带反馈拉 力传感器持续反馈施加的力值大小，以保证试验持续期间轴向负荷的准确施加；
[0026] (4)根据判断是否进行下一个金属嵌件试验，确定进行步骤（5)或步骤（6);
[0027] (5)进行下一个金属嵌件试验，则重复所述步骤⑴至步骤（4);
[0028] (6)否则，记录试验结果，试验结束。
[0029] 优选的，所述步骤S3包括：松开机械手，初始化电动连杆位置，拆卸低压计量箱和 固定平台。
[0030] 本发明具有如下有益效果：
[0031] (1)本发明可自动进行低压计量箱以及低压成套设备金属嵌件试验，大大简化了 试验流程，减少了人员和时间消耗。
[0032] (2)控制器控制电机带动各模块进行移动，降低了检验人员的劳动强度，提高了试 验效率。
[0033] (3)上下背板式固定低压计量箱，不仅可以适应不同尺寸、规格的低压计量箱，同 时也可以最大限度地模仿低压计量箱的正常使用情况。
[0034] (4)使用高精度的带反馈拉力传感器和电动连杆施加拉力，避免了以前使用砝码 施加力的繁琐和不便。可以高效、简单地完成低压计量箱金属嵌件轴向负荷试验。
[0035] (5)电动连杆结构水平、垂直及上下三平面均可自由移动，最大可能性的适应种类 繁多、大小不同的低压计量箱，可以全方位的覆盖低压计量箱内所有金属嵌件。
[0036] (6)采用基于PLC的触屏控制或基于微机的友好界面，自动化程度更高，且能保证 操作人员的人生安全。
【专利附图】
【附图说明】：
[0037] 图1为本发明低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置的结构图。
[0038] 图2为本发明低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测方法的流程图。
[0039] 其中1-电动连杆；2-机械手；3-金属嵌件；4-低压计量箱；5-支撑柱；6-下背板； 上背板；圆角矩形孔；9-螺孔；10-横条。
【具体实施方式】：
[0040] 为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图对本发明的内容做进一步地说明：
[0041] 本发明所采用的实验装置如图1所示：包括固定平台、金属嵌件定位模块、金属嵌 件抓取模块、金属嵌件测量模块、电动连杆、电机施力模块和控制模块；可自动完成低压计 量箱金属嵌件轴向负荷的验证。
[0042] 固定平台采用背板式固定方案，包括由支撑柱（5)和横条（10)组成的支撑架、由 支撑架固定支撑的带有圆角矩形孔（8)的上背板（7)和下背板（6);支撑柱内部安装有电 动机和伸缩杆，上背板（7)和下背板（6)分别与伸缩杆固定，控制器可通过电动机控制伸缩 杆的伸缩从而调节上背板（7)和下背板（6)至任意高度，以适应不同尺寸、规格的低压计量 箱。
[0043] 金属嵌件定位模块包括在机械手的中心位置安装的红外传感器，红外传感器射出 一道可见红外光束，通过操作人员控制电动连杆上下、前后和左右六个方向上进行移动，以 实现对打开门的计量箱全方位覆盖。操作人员根据红点位置，将机械手定位在金属嵌件前 端，以确保在进行金属嵌件轴向负荷验证试验时，机械手能够准确地抓住金属嵌件，以进一 步进行试验。
[0044] 金属嵌件抓取模块包括机械手（2)，机械手（2)在抓住金属嵌件（3)后，可自动进 行微调，以保证电动连杆（1)的轴心和金属嵌件（3)轴心处于同一条直线上，以保证力的准 确施加。
[0045] 金属嵌件测量模块主要是指安装在机械手（2)内部的测量工具，在确定金属嵌件 的中心位置后，可以使用机械手中的测距工具测量金属嵌件螺纹孔径，进而在控制模块中 选择施加力的大小；
[0046] 电机施力模块包括与电动连杆（1)连接的使电动连杆进行上下、前后和左右六个 方向移动的位置控制电机、负责金属嵌件轴向负荷力施加的施力电机、和带反馈拉力传感 器这三个部分，其中控制电动连杆进行上下、前后和左右移动需要三套电机来完成，具体控 制为分级控制方式；施力电机可以在机械手抓取金属嵌件后，准确进行力的施加；带反馈 的拉力传感器安装在电动连杆与机械手连接端的端面中心，可将测量到的拉力反馈给控制 器。
[0047] 控制模块可采用可编程逻辑控制器PLC (SIEMENS S7-200)和触控面板或上位机组 成，控制模块需要完成对电动连杆的位置移动控制、金属嵌件的抓取及测量、力值的施加和 反馈、力值施加时间的控制等功能。
[0048] 本发明还提供了一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷全自动施加试验方法，如图2 所示，包括如下步骤：
[0049] (1)将低压计量箱整体固定在固定平台上。
[0050] 具体操作过程为：将低压计量箱按正常使用情况，由操作人员抬起放置于背板上， 控制下背板移动至合适位置，由操作人员通过可靠地螺杆安装于下背板；再通过触控面板 控制上背板移动至合适位置，由操作人员通过可靠的螺杆进行安装固定。
[0051] (2)待低压计量箱固定完毕后，打开计量箱门，将箱体内的金属嵌件暴露在操作人 员及机械手的视野下。
[0052] (3)操作人员根据红外指示线，控制电动连杆移动至合适位置，并调节机械手靠近 需抓取的金属嵌件。
[0053] (4)待机械手移动至合适位置后，通过控制模块选择开始试验按钮。此时，控制系 统会控制机械手进行金属嵌件的抓取和测量工作，测量得到金属嵌件螺纹孔径后，选择所 需施加的力值；
[0054] 具体为：当测量到金属嵌件的螺纹孔径为M4或M5时，选择施力大小为350N ;螺纹 孔径为M6或M8时，选择施力大小为500N，螺纹孔径为M10或M12时，选择施力大小为800N。
[0055] (5)确定力值后，控制电动连杆施加轴向拉力并持续10s的时间，同时，带反馈拉 力传感器将持续反馈施加的力值大小，以保证试验持续期间轴向负荷的准确施加。
[0056] (6) 10s的试验时间过后，控制系统显示试验结束，是否进行下一个金属嵌件试验； 待操作人员选择后，继续进行则重复步骤（3)至步骤（6)，否则，试验结束，记录试验结果， 完成低压计量箱金属嵌件轴向负荷施加试验。
[0057] (7)试验结束后，应选择松开机械手并初始化电动连杆位置，此时，控制系统会自 动控制机械手和电动连杆回到初始位置，以方面低压计量箱的拆卸，并为下次试验做好准 备。
[0058] 以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则 之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1. 一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置，所述装置包括背板、支撑柱、机械手、 电动连杆、电动施力装置和控制器，其特征在于：所述背板水平方向上垂直设置于所述支撑 柱上，所述背板的高度可调，所述电动连杆两端分别连接所述机械手和所述电动施力装置， 所述控制器包括可编程逻辑控制器PLC，所述控制器控制所述电动施力装置。
2. 如权利要求1所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置，其特征在于： 所述背板包括带圆角矩形孔的上背板和下背板；所述上背板和所述下背板之间安装低 压计量箱。
3. 如权利要求2所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置，其特征在于： 所述低压计量箱为顶部有翻盖的长方体，所述低压计量箱箱体内底部安装有带外螺纹 的圆柱形金属嵌件，所述低压计量箱两侧设有与所述上背板和所述下背板上的圆角矩形孔 大小对应、间距相等的螺孔；所述低压计量箱两侧分别通过螺杆与所述上背板和所述下背 杆固定。
4. 如权利要求3所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置，其特征在于： 机械手为空腔圆柱体、所述机械手内部安装有用于定位所述低压计量箱内金属嵌件的 红外传感器和用于测量所述金属嵌件螺纹孔径的测量工具。
5. 如权利要求4所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置，其特征在于： 电动施力装置包括与电动连杆一端连接的分别控制所述电动连杆进行上下、前后和左 右六个方向移动的位置控制电机和负责金属嵌件轴向负荷力施加的施力电机；所述电动连 杆另一端端面中心安装有带反馈拉力传感器。
6. 如权利要求1所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测装置，其特征在于： 所述支撑柱包括坚直方向平行设置的第一支撑柱和第一支撑柱，所述第一支撑住和所 述第二支撑柱之间安装有与所述支撑柱垂直的横条，所述支撑柱内部安装有固定所述上背 板和所述下背板的伸缩杆、和控制所述伸缩杆的电动机。
7. -种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测方法，其特征在于： 所述方法包括如下步骤： S1将低压计量箱安装在固定平台上； S2启动试验； S3进行试验结束操作。
8. 如权利要求7所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测方法，其特征在于： 所述步骤S1包括如下步骤： 01将上背板和下背板安装在支撑柱上，通过触控面板控制下背板移动至合适位置； 02将低压计量箱放置于下背板上，并通过螺杆将低压计量箱和下背板可靠固定； 03控制上背板移动至合适位置，将低压计量箱和上背板通过螺杆可靠固定； 04打开计量箱门，将箱体内的金属嵌件暴露在操作人员及机械手的视野下。
9. 如权利要求7所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测方法，其特征在于： 所述步骤S2包括如下步骤： (1) 开启红外传感器，操作人员根据红外指示线，控制电动连杆移动至合适位置，并调 节机械手靠近需抓取的金属嵌件； (2) 控制机械手进行金属嵌件的抓取和测量，并根据测量到的金属嵌件螺纹孔径选择 施力电机的施力大小； (3) 确定力值后，控制电动连杆施加轴向拉力，并持续10s的时间，同时，带反馈拉力传 感器持续反馈施加的力值大小，以保证试验持续期间轴向负荷的准确施加； (4) 根据判断是否进行下一个金属嵌件试验，确定进行步骤（5)或步骤（6); (5) 进行下一个金属嵌件试验，则重复所述步骤（1)至步骤（4); (6) 否则，记录试验结果，试验结束。
10.如权利要求7所述的一种低压计量箱金属嵌件轴向负荷检测方法，其特征在于： 所述步骤S3包括：松开机械手，初始化电动连杆位置，拆卸低压计量箱和固定平台。
【文档编号】G01N3/08GK104048878SQ201410279824
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】贾福泉, 张蓬鹤, 薛阳, 陈盛, 陈思禹, 许佳佳, 秦程林, 王雅涛 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院