专利名称：轮轨式起重机位置检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于轮轨式起重机技术领域，尤其涉及轮轨式起重机位置检测系统。
背景技术：
轮轨式起重机广泛应用于港口、堆场、车间、船厂等工业场合，如集装箱码头使用的桥吊和轨道吊、散杂货码头使用的卸船机、堆/取料机、装船机和门机、工厂车间内使用的行车、船厂使用的龙门吊等。其共有的特点是整台设备可以通过一组或多组车轮沿固定的轨道行走。轨道通常为两 根钢轨或铁轨，平行地安装在固定的基础上。起重机的行走车轮与轨道接触，由电机驱动沿轨道行走。轨道的长度根据场地的大小不同，可达数公里。起重机两侧的行走轮通常有多组车轮组成，每组有多个车轮，车轮材料为铸铁或类似的金属材料。确定起重机在轨道上的准确位置是实现起重机防撞保护、自动化操作的前提之一。传统的方法是采用旋转编码器，安装在主动或从动轮上，通过编码器旋转的圈数获得行走的距离。这种方法的主要缺点是当车轮打滑时会产生误差，并且误差会随着行走距离的增加而累积，最大可达到数米。消除累积误差的一种方法是采用绝对值编码器，并沿轨道固定的位置铺设一系列同步装置，当起重机经过同步装置时，用当前同步点位置来同步编码器的测量值。该方法的测量准确性很大程度上受同步点的间距影响，间距越小越准确。但是同步点越多，安装和维护工作越大，由于起重机工作环境恶劣，例如由基础沉降产生的轨道不平整会导致同步装置无法接触或被撞坏，起重机周围大量的辅助机械和设备也会破坏同步装置，从而使该方法失效。为了解决同步装置的间隙要求和容易损坏的问题，德国的Gotting公司发明了一种无线电位置检测装置，沿轨道的地面预先均匀埋设一系列无线电应答装置，每个应答装置内置位置编码，在起重机行走机构上安装一个发射/接收天线，当天线经过无线电应答装置时，天线发出一定频率的磁场，磁场覆盖区域内的无线电应答装置返回其位置编码的无线电波，天线接收返回的信号，经解码后得到行走机构的位置。该装置采用非接触式测量，精度可达到3_，但是需要在基础建设时预先埋设应答装置，一旦应答装置失效，更换非常麻烦。过高的价格也是影响其推广的因素之一。直线编码器从根源上消除了旋转编码器的累积误差，沿轨道铺设含有永磁体的测量单元，在行走机构上安装读写头，当读写头与测量单元保持一定间隙经过测量单元时，利用霍尔效应计算出绝对位置，精度可达O. 1_。该装置要求间隙均匀，同时也存在容易损坏的问题，并且容易受磁场影响，不适用于矿石堆场。直线编码器目前的成本较高，随着轨道长度增加而线性增加。激光测距方法速度快、精度高、没有累积误差，但要求激光器和目标之间没有遮挡、在雨雾等恶劣天气下不能工作。起重机工作时的振动容易使光斑偏离目标位置，使激光器无法正常工作。[0008]GPS定位不需要考虑轨道附近的情况，采用差分技术的GPS可以实现2cm精度的定位，需要在地面建立基站、并在起重机上安装卫星天线，要求基站和天线没有遮挡。但GPS信号容易受到天气影响，容易中断，通常还需要保留编码器备用。此外，GPS昂贵的价格也使得用户望而却步。目前，现有技术中有采用超声波进行测距和位置定位。超声波是指频率高于20KHz的机械波，超声波测距和位置定位的原理是利用超声波传播的时间来计算测量目标的距离。从超声测距装置发射出的超声波碰到目标后，一部分被反射回来，被测距装置的接收器接收，假设从发射到接收经过的时间为t，超声波传播的速度为C，则从超声波测距装置到目标的距离为d = c*t/2。目前超声波测距被广泛应用于 倒车雷达、固体或液体的料位检测等场合。但是由于超声波在空气中传播速度不高(约340m/S)，并且衰减快，造成超声波测距的距离有限，目前市场上超声波测距产品的测量范围均在数米至数十米，并且所发射的超声波发散角约5度，测量精度为距离的O. 2%。超声波测距装置由超声波传感器和相应的信号处理电路组成。超声波传感器产生超声波和接收超声波，也称为超声波换能器或超声波探头。用于产生超声波时称为发送器，用于接收超声波时成为接收器，发送器和接收器可用不同的换能器实现，也可以用同一个换能器实现。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换为机械能，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。信号处理电路对接收到的信号进行放大、处理，得到目标距离并输出。现有的超声波测距产品以空气为传播介质，超声波在空气中传播速度约340m/s，并且随温度而变化，因此测量精度不稳定，通常需要增加温度补偿来减轻温度的影响。对于在户外作业的起重机而言，环境温度变化范围大，精度容易受到影响。超声波在空气中衰减快，传播距离有限，目前市场上的超声波测距产品有效测量范围在数米到数十米之间。起重机的行走行程通常在数百米，甚至会超过一千米。目前的超声波传感器不能满足要求。超声波具有方向性，以空气为介质进行测距时，要求传感器面向测量表面，且不能有遮挡。而在起重机作业的场合中，通常容易有其它机械或设备进出，不能满足超声波测距仪的要求。超声波束在空气中有发散角,被测物越远,光束直径越大。目前超声测距产品只有在光束射到被测表面的大小满足要求时，才能保证测量的精度。而起重机作业时有较大振动，会导致超声波束部分或全部不能射到被测表面，造成测量结果错误或测量失败。综上所述，现有的以空气为介质的超声波测距产品精度低、量程小、容易受遮挡和振动影响，不适用于起重机行走位置的测量。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉、不需要安装额外的同步装置，同时也不受轨道平整度、轨道周围环境以及天气的影响、具有很强的适应性的轮轨式起重机位置检测系统，以克服现有技术存在的不足。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案[0019]一种轮轨式起重机位置检测系统，由设于轨道端头的超声波发射端装置和设于行走机构上的超声波接收端装置构成。所述超声波发射端装置由压力检测装置、同步信号发生器、发射控制器以及超声波发射器组成，所述压力检测装置分别连接到同步信号发生器和发射控制器，发射控制器再连接超声波发射器；所述超声波接收端装置由同步信号接收器、数据处理装置、数据传输接口以及超声波接收器构成，所述同步信号接收器、数据传输接口和超声波接收器均连接到数据处理装置。所述超声波发射器设于轨道端头，所述压力检测装置设于所述超声波发射器后方。所述超声波接收器设置在所述行走机构的 车轮上。所述压力检测装置是压力传感器或按压开关或压电膜。所述同步信号发生器可以是红外发射器、光发射器、或无线电波发射器；所述同步信号接收器可以是红外接收器或光探测器或无线电波接收器。所述超声波发射器与轨道端头无缝接触。本实用新型通过将超声波发射端装置设于轨道端头、将超声波接收端装置设于行走机构上，这样就可以利用起重机的轨道传输超声波，根据超声波在钢轨上传播的时间来测量行走机构的位置。超声波在钢轨中的传播速度要比在空气中快得多，可以达到5700m/s，并且超声波在钢轨中传输的衰减要比空气中小得多，同样条件下超声波在钢轨传输的距离要比在空气中传输距离至少高一个数量级。由于传输速度快，超声波传播时间短，单次测量时间大大缩短。同时，本实用新型的发送器和接收器分别位于测量距离的两个端点，超声波只需要沿轨道单程传输，无需从目标返回发射端，单次测量时间又缩短一半。两者相加，测量频率和测量精度大大提高。此外，超声波沿起重机轨道传输，就不存在受遮挡的问题，起重机周围的机械、设备和物料都不会对轨道内的超声波产生影响。同时，超声波的方向和扩散均被限制在轨道内部，起重机作业时的振动也不会影响测量。因此，本实用新型提出的利用起重机轨道传输超声波测量行走位置的方案，具有很强的抗干扰能力，适用于各种复杂、恶劣的工业场合，具有良好的应用前景。故相对于现有技术，本实用新型具有结构简单、成本低廉、不需要安装额外的同步装置，同时也不受轨道平整度、轨道周围环境以及天气的影响、具有很强的适应性的优点。
以下结合附图
和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明图I为本实用新型的结构示意图；图中100-轨道，200-超声波发射端装置，201-压力检测装置，202-同步信号发生器，203-发射控制器，204-超声波发生器，300-超声波接收端装置，301-同步信号接收器，302-数据处理装置，303-数据传输接口，304-超声波接收器，401-轮轴，402-车轮。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型的轮轨式起重机位置检测系统，包括由设于轨道100端头的超声波发射端装置200和设于行走机构上的超声波接收端装置300构成。其中，超声波发射端装置200由压力检测装置201、同步信号发生器202、发射控制器203以及超声波发射器204组成。压力检测装置201分别连接到同步信号发生器202和发射控制器203，发射控制器203再连接超声波发射器204。压力检测装置201是压力传感器或按压开关或压电膜，用于产生触发信号，同时触发超声波发射器204和同步信号发生器202。超声波发射器204用于发射用于测量距离的超声波。同步信号发生器202可以是红外发射器、光发射器、或无线电波发射器，用于产生同步超声波发射端和接收端的同步信号。发射控制 器203用于控制超声波发射器204发射出带有特定编码的超声波信号。超声波发射器204具体设置在轨道100端头，与轨道100端头无缝接触，使输出的超声波直接进入轨道100传输。压力检测装置201设于超声波发射器204后方。超声波接收端装置300由同步信号接收器301、数据处理装置302、数据传输接口303以及超声波接收器304构成，同步信号接收器301、数据传输接口 303和超声波接收器304均连接到数据处理装置302。超声波接收器304安装在起重机的行走机构上，具体安装在行走机构的车轮402上。通过车轮402与轨道100相连，利用行走机构自身的机械连接，在超声波接收器304与轨道100之间形成超声波传输的通道。数据处理装置302对接收到的信号进行放大、解码、滤波、计算处理，得到超声波发射器204到超声波接收器304之间的距离。同步信号接收器301可以是红外接收器或光探测器或无线电波接收器。数据传输接口 303用于连接数据处理装置和外围设备，将测量结果输出到外围设备，如计算机、PLC、显示装置、PDA、手机等。具体地，本实用新型进行检测的方法如下位于轨道一端的超声波发射端装置200中的超声波发射器204和同步信号发生器202分别发出超声波编码信号和同步信号，位于行走机构上的超声波接收端装置300中的超声波接收器304接收编码器信号，同步信号接收器301接收同步信号，数据处理装置302对接收到的超声波信号进行放大、解码、滤波处理，并利用同步信号的传输，测量出超声波在介质中传播的渡越时间t，进而确定超声波发射器204到超声波接收器304之间的距离s,从而计算出行走机构的位置d。假设超声波在轨道中的传播速度为V，则超声波发射器到超声波接收器之间的距离s = vXt；假设行走车轮与轨道接触点到超声波接收器之间的超声波传输通道长为1，则行走车轮的位置d = s-Ι ο以上就是本实用新型的轮轨式起重机位置检测系统，其利用起重机的轨道传播超声波，避免了超声波在空气中传播速度慢、衰减快、测量距离短、易受遮挡和干扰的缺点，实现了超长距离的超声波测距，具有不受遮挡、抗干扰能力强的优点。发射端的超声波发射器发出带编码的超声波，接收端进行解码，能有效地避免工业现场的干扰。超声波发射器和超声波接收器分别位于测量距离的两端，同样功率下测量距离增加一倍，同时测量频率可以
提高一倍。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点I.测量的是行走机构的绝对位置，不存在累积误差；2.不需要在轨道周围增加测量装置，对周围环境没有特殊要求，更适合复杂恶劣的工业应用环境；3.超声波在轨道内传输，速 度快、衰减小，测量精度高、频率快。4.超声波在轨道内传输，不存在发散角的问题，不受遮挡、干扰、振动的影响；5.采用带编码的超声波，抗干扰能力强；6.与GPS、无线电、直线编码器相比，本发明成本低，适应性强，具有良好的市场前
旦
-5^ O因此，综上所述，本实用新型具有结构简单、成本低廉、不需要安装额外的同步装置，同时也不受轨道平整度、轨道周围环境以及天气的影响、具有很强的适应性的优点。但是，本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式
只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护的范围。
权利要求1.一种轮轨式起重机位置检测系统，其特征在于由设于轨道端头的超声波发射端装置和设于行走机构上的超声波接收端装置构成。
2.根据权利要求I所述的轮轨式起重机位置检测系统，其特征在于所述超声波发射端装置由压力检测装置、同步信号发生器、发射控制器以及报声波发射器组成，所述压力检测装置分别连接到同步信号发生器和发射控制器，发射控制器再连接超声波发射器；所述超声波接收端装置由同步信号接收器、数据处理装置、数据传输接口以及超声波接收器构成，所述同步信号接收器、数据传输接口和超声波接收器均连接到数据处理装置。
3.根据权利要求2所述的轮轨式起重机位置检测系统，其特征在于所述超声波发射器设于轨道端头，所述压力检测装置设于所述超声波发射器后方。
4.根据权利要求2所述的轮轨式起重机位置检测系统，其特征在于所述超声波接收器设置在所述行走机构的车轮上。
5.根据权利要求2所述的轮轨式起重机位置检测系统，其特征在于所述压力检测装置是压力传感器或按压开关或压电膜。
6.根据权利要求2所述的轮轨式起重机位置检测系统，其特征在于所述同步信号发生器可以是红外发射器、光发射器、或无线电波发射器；所述同步信号接收器可以是红外接收器或光探测器或无线电波接收器。。
7.根据权利要求3所述的轮轨式起重机位置检测系统，其特征在于所述超声波发射器与轨道端头无缝接触。
专利摘要本实用新型公开了一种轮轨式起重机位置检测系统，由设于轨道端头的超声波发射端装置和设于行走机构上的超声波接收端装置构成。采用所述技术方案，本实用新型的该轮轨式起重机位置检测系统具有结构简单、成本低廉、不需要安装额外的同步装置，同时也不受轨道平整度、轨道周围环境以及天气的影响、具有很强的适应性的优点。
文档编号B66C13/16GK202440238SQ201220032199
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月1日 优先权日2012年1月4日
发明者孙斌, 朱琰 申请人:上海港吉电气有限公司