一种掘进机悬臂回转角检测装置的制作方法

本实用新型涉及掘进机检测领域，尤其涉及一种掘进机悬臂回转角检测装置。

背景技术：

检测掘进机悬臂回转角、俯仰角从而计算截割头空间位置是实现掘进机自动截割的必要前提。目前，悬臂俯仰角的检测可以很方便的通过倾角传感器实现，回转角的检测则一直没有可靠且高精度的解决办法，由于掘进机工作时机身、回转轴等的强烈震动无法采用轴端安装旋转编码器的方式测角，外置式拉线位移传感器检测回转角则存在明显的可靠性问题，目前较为认可的方式是通过在回转油缸内安装磁致伸缩传感器测量活塞杆的位移，然后通过悬臂运动模型(建立回转油缸活塞杆位移量和悬臂回转角度的关系)计算出悬臂的回转角，这一方式的优点是活塞杆位移检测精度高、节约空间，存在的问题是属于二次测量，检测精度不仅受传感器精度和可靠性的影响，更重要的是受悬臂运动学模型的影响，而建立运动学模型时必然存在各种简化、忽略以及理想化等处理，这些处理会对通过模型进行的参数测量精度造成不可避免的影响(这种影响往往远大于传感器本身测量精度的影响)，其次，安装磁致伸缩传感器需要对回转油缸进行专门设计和改造，很多时候涉及到改造后油缸安装空间不足等问题，此外，磁致伸缩传感器在振动工况下可靠性较差也影响其推广应用。因此，需要开发一种可靠性高、可直接检测回转角度的传感技术。

申请号为CN201310546109的实用新型公开了一种回转角度测量机构、回转角度测量方法、装置及系统，该测量机构包括：与被测设备的旋转轴固定连接的旋转驱动件；第一驱动杆和第二驱动杆，所述第一驱动杆与所述旋转驱动件铰接，所述第二驱动杆与所述第一驱动杆铰接，所述第一驱动杆的长度大于所述旋转驱动件与所述第一驱动杆的铰接点的旋转直径；电压检测电路，所述电压检测电路包括滑动变阻器，所述滑动变阻器的电刷与所述第二驱动杆固定连接，所述电刷随着所述第二驱动杆的运动在所述滑动变阻器的电阻丝表面滑动。

申请号为CN103527620A的实用新型公开了一种可实现回转角度测量的球铰链及测量方法，其特征是：由底座和端盖构成内部具有球窝的球座，球头置入在球窝中，并在端盖的开口处露出球冠，在球头的球冠顶面连接球铰杆；球头与球窝为同心，并且球头可相对于球窝同心转动；在球头的下半球表面嵌装有永磁体，各永磁体均匀分布在球头的下半球表面；在球窝的表面嵌装有磁效应传感器，各磁效应传感器均匀分布在球窝的表面；利用磁效应传感器的感应输出信号判断球头与球窝之间的相对位置及相对运动的方向。

申请号为CN103499327A的实用新型公开了一种新型的角度测量系统，包括特定曲线实体、终端显示器和监测点，所述的特定曲线实体上的所有点在极坐标系内具有唯一值，监测点上安装有测距传感器并与终端显示器连接，监测点设有规定的相对运行轨迹，该运行轨迹是一个与特定曲线实体基圆同心的圆周轨道。

上述公开实用新型均与本实用新型公开的解决方案不同，应用场合不同，且无法很好地解决上文中提到的应用问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种掘进机悬臂回转角检测装置。

本实用新型的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种掘进机悬臂回转角检测装置，设置于掘进机机架的掘进机回转台上，所述掘进机回转台设置于掘进机机架上，掘进机的悬臂及切割头连接所述掘进机回转台，且掘进机的油缸分别连接掘进机机架和掘进机回转台，所述掘进机回转台固定设置于回转轴承内圈上，回转轴承内圈外侧设置回转轴承外圈，掘进机的回转轴、回转轴承外圈均固定设置于掘进机的机架上，所述装置包括：位移传感器、传感器支架、提供螺旋柱面的空心圆柱及处理器；其中，所述空心圆柱置于所述回转轴承内圈上，所述空心圆柱和所述回转轴、所述掘进机回转轴承内圈及回转轴承外圈同心设置；所述传感器支架固定设置于所述回转轴上，所述位移传感器固定连接所述传感器支架，所述位移传感器发出的激光光束直射到所述空心圆柱的螺旋柱面进行检测；所述处理器连接所述位移传感器，接收所述位移传感器的位移检测数据进行计算，以进行掘进机悬臂回转角检测。

其中，传感器支架呈直角状，其中一端固定设置于所述回转轴上，另一端固定连接所述位移传感器。

其中，螺旋柱面是在空心圆柱的端面加工出的螺旋面，螺旋柱面由一垂直于圆柱面轴线的直线按照一定升角绕圆柱面轴线旋转360度切割圆柱面形成。

区别于现有技术，本实用新型的掘进机悬臂回转角检测装置在掘进机回转台上设置了螺旋柱面和位移传感器，位移传感器采集位移传感器与螺旋柱面之间的距离，通过公式计算，转换为掘进机悬臂的相对回转角和绝对回转角。通过本实用新型，能够克服掘进机工作时机身、回转轴的强烈震动导致旋转编码器难以进行悬臂回转角检测的问题，提高了测量精度和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种掘进机悬臂回转角检测装置的侧视结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种掘进机悬臂回转角检测装置的俯视结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种掘进机悬臂回转角检测装置的螺旋柱面展开进行计算的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

参阅图1和图2，图1和图2是本实用新型提供的一种掘进机悬臂回转角检测装置的侧视和俯视结构示意图。

该装置设置于掘进机机架的掘进机回转台1上，掘进机回转台1设置于掘进机机架6上，掘进机的悬臂及切割头9连接所述掘进机回转台1，且掘进机的油缸10分别连接掘进机机架和掘进机回转台1，所述掘进机回转台1固定设置于回转轴承内圈7上，掘进机的回转轴5、回转轴承外圈8均固定设置于掘进机的机架6上，该装置包括：位移传感器2、传感器支架3、提供螺旋柱面的空心圆柱4及处理器11；提供螺旋柱面的空心圆柱4与回转轴5同轴安装，传感器支架3安装在回转轴5顶端，位移传感器2安装在传感器支架3的另一端，安装应保证悬臂回转时位移传感器2发射出的光斑投射在螺旋柱面4的螺旋面上；空心圆柱4套置于所述回转轴5外侧；位移传感器2发出的激光光束直射到空心圆柱4的螺旋柱面进行检测；处理器11连接位移传感器2，接收位移传感器2的检测数据进行计算，以进行掘进机悬臂回转角检测。

其中，传感器支架3呈直角状，其中一端固定设置于所述回转轴5上，另一端固定连接所述位移传感器。其直角型的一个端点固定在回转轴5上，所处直角边与回转轴的轴线平行，优选的位于回转轴5的中心点位置，另一端所在的直角边与回转轴的轴线垂直，且长度等于空心圆柱4的半径，位移传感器2固定设置于该端点上，并使其射出的激光光束直射到空心圆柱4的螺旋柱面上。

其中，螺旋柱面是在空心圆柱4的端面加工出的螺旋面，螺旋柱面由一垂直于圆柱面轴线的直线按照一定升角绕圆柱面轴线旋转360度切割空心圆柱4的圆柱面形成。

假设螺旋柱面直径为D，螺旋回转角为2π。将螺旋柱面展开如图3所示，A为螺旋柱面的最高点，B为螺旋柱面的最低点，O为A在竖直方向上的投影，螺旋柱面的螺旋升角α、位移传感器的安装高度H均为已知，则由位移传感器测得的位移传感器到螺旋面的高度l，可计算出以螺旋柱面的最低点为起点的绝对回转角即回转盘和掘进机的悬臂的绝对回转角为

相对回转角为

由此可见，螺旋柱面的最高点越高，回转角检测分辨率越高，精度也越高，位移传感器分辨率越高，精度越高，回转角检测精度和分辨率也越高。

选择市场上较为常见的位移检测分辨率不低于0.01mm，采样频率不低于50Hz的位移传感器(主要由激光发射器和线阵CMOS成像器件组成)，由数控加工中心或线切割设备加工螺旋柱面，假定螺旋柱面直径为150mm，螺旋面在轴线方向上最低点到最高点之间高度差为100mm，则螺旋面升角约为11.98度，按照公式(2)，相对回转角的分辨率应为0.036度，可满足检测精度要求为0.1度的应用场合，也可满足悬臂式掘进机自动截割时对截割头空间位置检测精度为1cm的要求。更高的检测精度和分辨率要求可通过选择更高检测精度和分辨率位移传感器或增大螺旋面在轴线方向上最低点到最高点之间高度差的方式实现。

区别于现有技术，本实用新型的掘进机悬臂回转角检测装置通过设置固定于掘进机机架上的掘进机回转台，在掘进机回转台上设置了旋转柱面和位移传感器，位移传感器采集位移传感器与旋转柱面之间的距离，通过公式计算，转换为掘进机悬臂的相对回转角和绝对回转角。通过本实用新型，能够克服掘进机工作时机身、回转轴的强烈震动导致旋转编码器难以进行测角的问题，提高了测量精度。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。