专利名称：基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种摆角测量装置，尤其涉及一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置及其检测方法。
背景技术：
随着集装箱运输的发展和港口建设规模的扩大，为了提高集装箱的船舶装卸速度，集装箱桥吊双箱吊具的使用越来越广泛。双起升集装箱桥吊的运动会引起双负载的摆动，若和周围的其它物体或操作人员发生碰撞，可能导致财物损失甚至人员伤亡，同时，更好地减少桥吊双吊具负载的摆动，以使得集装箱卡车准确对位成为提高集装箱装卸效率的关键。双起升桥有两个可以独立起升的吊具，因而提高了集装箱的装卸效率。但是，其结构复杂，工作方式多样，两个吊具既可以各自单独起升，也可同步起升，这给吊具摆角检测带来很大的难度。现有的桥吊摆角检测装置都是针对单吊具桥吊设计的，这些检测装置均采用了比较复杂的检测仪器如激光角度仪、角度传感器、高度摄像等，造价高，使用复杂，抗干扰能力差，准确性低，不能检测到微小的角度变化，而且维护不方便。而且，现有的集装箱起重机操作自动化程度较低，大多依靠操作员目视吊具及负载来获得其摆动情况，这种方法不但准确性低而且极易造成工作疲劳，影响工作效率及工作质量。因此控制桥吊下双吊具及负载的摆动以使得卡车准确对位成为制约提高集装箱装卸效率的关键。位置传感器PSD (position sensitive detector)是一种高灵敏度光学器件,其也称为坐标光电池，可将光敏面上的光点位置转换为电信号，当一束光射在PSD的光敏面上时，在同一面上的不同电极之间就会有电流流过，这种电流随着光点位置的变化而变化。PSD器件能连线检测光点的位置，没有死区，分辨率高。
发明内容
本发明提供了一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置及其测量方法，基于光电效应原理，能够测量双吊具桥吊的摆动角度，效率高，抗干扰能力强，并且结构简单，成本低廉。本发明采用如下技术方案实现:
一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，与双吊具桥吊的小车机构连接，该小车机构上设有起升电机，该起升电机包含转轴，所述双吊具桥吊包含起重机驾驶机构、一对吊具，起重机驾驶机构内设有计算机；其特点是，所述摆角测量装置包含测量模块；设置在测量模块上端的位置传感器；通过多组导线与位置传感器连接的信号处理模块；所述测量模块上端与双吊具桥吊的小车机构连接。上述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其中所述测量模块包含箱体，该箱体为矩形，其上表面设有定位圆孔，其下表面为搭载平台；设置在箱体内并贯穿箱体下表面的非金属套筒，所述非金属套筒与定位圆孔位置对应；依次穿过定位圆孔和非金属套筒的吊绳，所述吊绳上端与起升电机的转轴连接，其下端与双吊具桥吊的吊具连接。上述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其中所述非金属套筒的外壁上设有红外发光二极管和设置在红外发光二极管正上方的光学系统。上述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其中所述搭载平台上设有多组弹簧，各所述弹簧一端分别与箱体侧壁的下端连接，其另一端分别与非金属套筒的外壁连接，将非金属套筒固定在搭载平台上，非金属套筒不垂直运动。上述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其中所述位置传感器包含光敏区，该光敏区设为矩形，其尺寸与测量模块的箱体侧壁尺寸对应；设置在光敏区各边中心位置的X方向电极、y方向电极；各所述X方向电极、I方向电极分别通过导线与信号处理模块连接。上述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其中所述信号处理模块(3)包含CPU ;分别与CPU连接的存储器、信号处理电路；与信号处理电路连接的I/o接口。一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量方法，用于上述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，包含以下步骤:
步骤1，吊绳处于静止状态时，红外发光二极管发出的光经过光学系统聚焦后形成一个光斑成像于位置传感器上，位置传感器将光斑的位置转换为4个电流信号，并将这4个电流信号传输给信号处理模块，信号处理模块对静止状态的4个电流信号进行放大和模数转换后，将其传输到计算机中，将该静止状态作为初始参照状态；
步骤2，双吊具桥吊的小车机构接受运行命令后开始运行，此时吊具和吊绳发生摆动，摆角测量装置的非金属套筒随着吊绳摆动，设置在非金属套筒外壁上的红外发光二极管发出的光，通过光学系统聚焦后，形成一个光斑成像于位置传感器上，位置传感器将光斑的位置转化为4个电流信号，并将这4个电流信号传输给信号处理模块，信号处理模块对各电流信号进行放大和模数转换后，将其传输到起重机驾驶机构的计算机中；
步骤3,计算机由接收到的各电流值计算得到吊绳在X、y两个方向上的投影的二维坐标X、Y及角度θ χ、θ y，通过公式
权利要求
1.一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，与双吊具桥吊的小车机构(I)连接，该小车机构(I)上设有起升电机(5 )，该起升电机(5 )包含转轴(21)，所述双吊具桥吊包含起重机驾驶机构(13)、一对吊具(11)，起重机驾驶机构内设有计算机；其特征在于，所述摆角测量装置包含测量模块(7);设置在测量模块(7)上端的位置传感器(15);通过多组导线(19)与位置传感器(15)连接的信号处理模块(3);所述测量模块(7)上端与双吊具桥吊的小车机构(I)连接。
2.如权利要求1所述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述测量模块(7)包含箱体(8)，该箱体(8)为矩形，其上表面设有定位圆孔(18)，其下表面为搭载平台(22);设置在箱体(8)内并贯穿箱体(8)下表面的非金属套筒(17)，所述非金属套筒(17)与定位圆孔(18)位置对应；依次穿过定位圆孔(18)和非金属套筒(17)的吊绳(16)，所述吊绳(16)上端与起升电机(5)的转轴(21)连接，其下端与双吊具桥吊的吊具(11)连接。
3.如权利要求2所述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述非金属套筒(17)的外壁上设有红外发光二极管(14)和设置在红外发光二极管(14)正上方的光学系统(23)。
4.如权利要求2所述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述搭载平台(22)上设有多组弹簧(20)，各所述弹簧(20) —端分别与箱体(8)侧壁的下端连接，其另一端分别与非金属套筒(17)的外壁连接，将非金属套筒(17)固定在搭载平台(22)上，非金属套筒(17)不垂直运动。
5.如权利要求1所述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述位置传感器(15)包含光敏区(28)，该光敏区(28)设为矩形，其尺寸与测量模块(7)的箱体(8)侧壁尺寸对应；设置在光敏区(28)各边中心位置的X方向电极(24、25)、y方向电极(26,27);各所述X方向 电极(24、25)、y方向电极(26、27)分别通过导线(19)与信号处理模块(3)连接。
6.如权利要求1所述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述信号处理模块(3)包含CPU ;分别与CPU连接的存储器、信号处理电路；与信号处理电路连接的I/O接口。
7.一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量方法，用于上述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，包含以下步骤: 步骤1，吊绳(16)处于静止状态时，红外发光二极管(14)发出的光经过光学系统(23)聚焦后形成一个光斑成像于位置传感器(15)上，位置传感器(15)将光斑(29)的位置转换为4个电流信号，并将这4个电流信号传输给信号处理模块(3)，信号处理模块(3)对静止状态的4个电流信号进行放大和模数转换后，将其传输到计算机中，将该静止状态作为初始参照状态； 步骤2，双吊具桥吊的小车机构(I)接受运行命令后开始运行，此时吊具(11)和吊绳(16)发生摆动，摆角测量装置的非金属套筒(17)随着吊绳(16)摆动，设置在非金属套筒(17)外壁上的红外发光二极管(14)发出的光,通过光学系统(23)聚焦后，形成一个光斑(29)成像于位置传感器(15)上，位置传感器(15)将光斑(29)的位置转化为4个电流信号，并将这4个电流信号传输给信号处理模块(3 )，信号处理模块(3 )对各电流信号进行放大和模数转换后，将其传输到起重机驾驶机构(13)的计算机中； 步骤3,计算机由接收到的各电流值计算得到吊绳在X、y两个方向上的投影的二维坐标X、Y及角度θ χ、θ y，通过公式
8.如权利要求7所述的基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量方法，其特征在于，所述步骤3中吊绳(16)的摆角Θ的计算过程包含以下步骤: 步骤3.1，计算机对位置传感器(15)的4个电极的电流值进行变换得到吊绳在x、y两个方向的投影的二维坐标，变换公式为:
全文摘要
本发明公开了一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量装置，包含测量模块、设置在测量模块上端的位置传感器、通过多组导线与位置传感器连接的信号处理模块；本发明公开了一种基于位置传感器的双吊具桥吊摆角测量方法，基于光电效应原理，通过检测测量模块中的红外发光二极管发出的光经光学系统聚焦在位置传感器上造成的电流变化来获得光斑位置的变化，从而计算获得摆角角度信息；本发明能够测量双吊具桥吊的摆动角度，效率高，抗干扰能力强，并且结构简单，成本低廉。
文档编号B66C13/00GK103145038SQ201310083218
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者徐悦, 徐为民 申请人:上海海事大学