一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法及裝置,包括以下步驟:1)安裝在塔式起重機(jī)塔頂上的加速度傳感器采集塔身的水平度數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給MCU,同時(shí)設(shè)在加速度傳感器上的溫度傳感器采集加速度傳感器的溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送給MCU;2)MCU采用溫度補(bǔ)償算法對(duì)加速度傳感器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償;3)MCU對(duì)補(bǔ)償后的測量值進(jìn)行卡爾曼濾波;4)MCU接收外部儀器測量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)濾波后的測量值進(jìn)行校準(zhǔn);5)MCU計(jì)算出塔身的水平度傾斜角數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給上位機(jī);6)上位機(jī)將水平度傾斜角轉(zhuǎn)化為垂直度傾斜角。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)成本低、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及起重機(jī)檢測技術(shù),尤其是涉及一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,高層建筑逐漸增多,建設(shè)高層建筑的塔式起重機(jī)數(shù)量急劇增長,塔式起重機(jī)除了應(yīng)用在高層建筑施工外,還可以應(yīng)用在多種施工場合,塔式起重機(jī)已經(jīng)成為建筑行業(yè)中一種必不可少的機(jī)械設(shè)備。
[0003]作為建筑物料垂直運(yùn)輸?shù)乃狡鹬貦C(jī),其安全性能要求非常高,但由于自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度,事故概率較大;根據(jù)對(duì)塔式起重機(jī)事故的分析,塔機(jī)事故統(tǒng)計(jì)50%因?yàn)榈鼗蓜?dòng)導(dǎo)致,還有很多是塔機(jī)安裝和拆卸時(shí)發(fā)生;國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)塔機(jī)塔身垂直度有相當(dāng)嚴(yán)格的要求,要求空載時(shí)塔身垂直度不得大于千分之四,滿載時(shí),不得超出I % ;安裝時(shí)通常使用經(jīng)緯儀進(jìn)行塔身垂直度檢測,但如何實(shí)時(shí)監(jiān)控塔身垂直度一直是一個(gè)大難題。
[0004]現(xiàn)有的產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)如下:
[0005]I)通過在使用外部經(jīng)緯儀,人工測量,不能做到實(shí)時(shí);
[0006]2)使用GPSRTK測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測,但成本太高,無法批量采用;
[0007]3)使用傳統(tǒng)機(jī)械方法響應(yīng)慢,精度低,成本高,難以滿足塔身垂直度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種實(shí)現(xiàn)成本低、測量精度高的塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法及裝置。
[0009]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0010]一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法,其特征在于,包括以下步驟:
[0011]I)安裝在塔式起重機(jī)塔頂上的加速度傳感器采集塔身的水平度數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給MCU,同時(shí)設(shè)在加速度傳感器上的溫度傳感器采集加速度傳感器的溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送給MCU ;
[0012]2) MCU采用溫度補(bǔ)償算法對(duì)加速度傳感器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償;
[0013]3)MCU對(duì)補(bǔ)償后的測量值進(jìn)行卡爾曼濾波;
[0014]4)MCU接收外部儀器測量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)濾波后的測量值進(jìn)行校準(zhǔn);
[0015]5) MCU計(jì)算出塔身的水平度傾斜角數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給上位機(jī);
[0016]6)上位機(jī)將水平度傾斜角轉(zhuǎn)化為垂直度傾斜角。
[0017]所述的MCU采用溫度補(bǔ)償算法對(duì)加速度傳感器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償具體為:
[0018]Mxm = Kt* (T-TO) *Mx ;
[0019]Mym = Kt* (T-TO) *My ;
[0020]其中T為測量值溫度值,Kt為溫度值T時(shí)校準(zhǔn)因子,TO為出廠校驗(yàn)時(shí)溫度值,Mx為當(dāng)前加速度計(jì)X方向測量值,My為當(dāng)前加速度計(jì)X方向測量值,Mxm為補(bǔ)償后計(jì)算值,Mym為補(bǔ)償后計(jì)算值。
[0021]所述的MCU接收外部儀器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)濾波后的測量值進(jìn)行校準(zhǔn)具體為:
[0022]Ex = Mxm-Mwx ;
[0023]Ey = Mym-Mwy ;
[0024]其中Mwx和Mwy分別為外部儀器在水平臺(tái)上測試的X軸傾斜值和Y軸傾斜值,Ex和Ey分別為X軸與Y軸誤差。
[0025]所述的MCU計(jì)算出塔身的水平度傾斜角數(shù)據(jù):
[0026]Mx (D) = (Mox (t) +Mox (t_l) +Mox (t_2) +....+Mox (t-η)) /n_Ex ;
[0027]My (D) = (Moy (t) +Moy (t_l) +Moy (t_2) +....+Moy (t-η)) /n-Ey ;
[0028]Mox (t)和Moy (t)分別為t時(shí)刻輸出X軸傾斜和Y軸傾斜,Mox (t-n)和Moy (t-n)分別為t-n時(shí)刻輸出X軸傾斜和Y軸傾斜,Mx⑶和My⑶為水平度輸出X與Y軸數(shù)據(jù)。
[0029]所述的η值取3。
[0030]所述的外部儀器為水平儀或經(jīng)緯儀。
[0031]一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法的裝置,其特征在于,所述的電源模塊、加速度傳感器、溫度傳感器、MCU、RS485接口和上位機(jī),所述的電源模塊分別與加速度傳感器、溫度傳感器、MCU連接,所述的MCU分別與速度傳感器、溫度傳感器、RS485接口連接,所述的RS485接口與上位機(jī)連接。
[0032]所述的電源模塊包括依次連接的電源濾波保護(hù)電路、第一 LDO電路、DC/DC升壓電路和第二 LDO電路,所述的第一 LDO電路與MCU連接,所述的第二 LDO電路與加速度傳感器連接。
[0033]所述的加速度傳感器設(shè)有四個(gè),分別固定在安裝板上后通過磁鐵吸附在塔頂上。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0035]I)使用高精度的水平度測量,換算成垂直度測量值,在保證精度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本;
[0036]2)為了消除安裝平臺(tái)與塔身連接固有誤差帶來的轉(zhuǎn)換誤差,通過塔外第三方測量設(shè)備(經(jīng)緯儀等)標(biāo)定來實(shí)現(xiàn),保證測量點(diǎn)水平度轉(zhuǎn)換為該點(diǎn)垂直度后的精度;
[0037]3)使用磁鐵吸合安裝方式,測量裝置安裝簡單;
[0038]4)測量點(diǎn)數(shù)據(jù)通過RS485方式連接上位機(jī),上位機(jī)通過輪詢能方便實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)垂直度測量檢測,從而確保塔身垂直度的測量準(zhǔn)確;
[0039]5)使用溫度補(bǔ)償技術(shù)保證垂直度測量的準(zhǔn)確性。
[0040]6)使用單獨(dú)電源電路給MEMS加速度計(jì)供電,保證測量的穩(wěn)定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明的檢測流程圖;
[0042]圖2為本發(fā)明測量水平度與垂直度的關(guān)系示意圖;
[0043]圖3為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0044]圖4為本發(fā)明加速度傳感器安裝示意圖;
[0045]圖5為本發(fā)明測量點(diǎn)選擇示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0047]實(shí)施例
[0048]如圖1所示,一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法,包括以下步驟:
[0049]I)安裝在塔式起重機(jī)塔頂上的加速度傳感器采集塔身的水平度數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給MCU,同時(shí)設(shè)在加速度傳感器上的溫度傳感器采集加速度傳感器的溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送給MCU ;
[0050]2) MCU采用溫度補(bǔ)償算法對(duì)加速度傳感器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償;
[0051]3)MCU對(duì)補(bǔ)償后的測量值進(jìn)行卡爾曼濾波;
[0052]4)MCU接收經(jīng)緯儀測量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)濾波后的測量值進(jìn)行校準(zhǔn);
[0053]5) MCU計(jì)算出塔身的水平度傾斜角數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給上位機(jī);
[0054]6)上位機(jī)將水平度傾斜角轉(zhuǎn)化為垂直度傾斜角。
[0055]本發(fā)明特別之處在于:
[0056]I)使用MEMS加速度計(jì)為核心,結(jié)合嵌入式CPU和嵌入式軟件,做成水平度傳感器;
[0057]2)這種水平度測量塔頂某點(diǎn)的水平度,換算為當(dāng)前點(diǎn)的垂直度,這個(gè)垂直度可以由經(jīng)緯儀等第三方測量設(shè)備校準(zhǔn);
[0058]3)選擇通過測量塔頂平臺(tái)與4個(gè)主弦桿連接處為測量點(diǎn),測量這幾個(gè)點(diǎn)的水平度,換算為四個(gè)角的垂直度,從而監(jiān)控整個(gè)塔身垂直度;
[0059]4)每個(gè)水平度傳感器均帶有溫度補(bǔ)償電路,通過現(xiàn)場溫度的測量,補(bǔ)償水平度測量精度;
[0060]5)每個(gè)水平度傳感器使用RS485接口和通過不同地址通信,便于上位管理計(jì)算機(jī)采集多點(diǎn)測量數(shù)據(jù),保證塔身垂直度檢測的準(zhǔn)確性;
[0061]6)每個(gè)水平度傳感器都帶有安裝孔,同時(shí)底部帶有磁鐵,可以方便地安裝于塔身測量點(diǎn)上。
[0062]如圖2所示,本發(fā)明通過水平度測量的方法實(shí)現(xiàn)垂直度的間接測量;
[0063]塔身主弦桿之一 OA傾斜角為Z α度,AA'即為塔身傾斜值。
[0064]tana =AA' /H,如果 AA' /H = 0.4%,那么 a = 0.229 度;
[0065]在A點(diǎn)安裝垂直度測量裝置與塔頂平面一起由A點(diǎn)傾斜到A',由于傾斜角度很小,可以認(rèn)定塔身在A點(diǎn)處是完全剛性的,忽略在A'點(diǎn)局部存在的微小變形,這樣根據(jù)三角關(guān)系,Z a =Z β,這樣通過測量Z β就可以間接測量出傾斜角a。
[0066]如圖3所示,一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法的裝置,所述的電源模塊
1、加速度傳感器2、溫度傳感器3、MCU4、RS485接口 5和上位機(jī)6,所述的電源模塊I分別與加速度傳感器2、溫度傳感器3、MCU4連接,所述的MCU4分別與速度傳感器2、溫度傳感器
3、RS485接口 5連接,所述的RS485接口 5與上位機(jī)6連接。
[0067]所述的電源模塊I包括依次連接的電源濾波保護(hù)電路11、第一 LDO電路12、DC/DC升壓電路13和第二 LDO電路14,所述的第一 LDO電路12與MCU4連接,所述的第二 LDO電路14與加速度傳感器2連接。
[0068]I)電源濾波保護(hù)電路11,采用開關(guān)二極管實(shí)現(xiàn)電源反接保護(hù),使用鉭電容與陶瓷電容濾波,使用TVS管防止瞬時(shí)高壓;
[0069]2)第一 3.3V LDO電路12:使用圣邦微公司5V到3.3V LD0,將5V供電轉(zhuǎn)換為單片機(jī)和接口電路需要的3.3V直流電源;
[0070]3)DC/DC升壓電路13:采用電源芯片AAT3110I⑶-5-T1,將3.3V電源升壓為5V電電源,隔離單片機(jī)與測量MEME傳感器供電;
[0071]4)第二 3.3V LDO電路14:使用圣邦微公司5V到3.3V LD0,將5V供電轉(zhuǎn)換為加速度傳感器2供電電源;
[0072]5)加速度傳感器2:采用FreeSCale3D加速度計(jì)MMA8451,用于水平度的測量;
[0073]6)溫度傳感器3:選用VEC-2005-PT1000熱電阻,測量傳感器內(nèi)部的溫度,供補(bǔ)償傳感器測量值使用,提供水平度(垂直度)的測量精度。
[0074]7) RS485通信接口 5:選用SP3072EEN,實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離輸出到上位機(jī);
[0075]8)MCU:采用M3單片微機(jī),型號(hào)EFM32G210F128,運(yùn)行測量裝置的全部軟件,輸出測量結(jié)果。
[0076]如圖4和5所示,所述的加速度傳感器設(shè)有四個(gè),分別固定在安裝板上后通過磁鐵吸附在塔頂上。為了便于安裝,本發(fā)明安裝板除了在外側(cè)邊緣設(shè)置4個(gè)Φ3安裝孔21,還在底部安裝有一個(gè)Φ25χ2的磁鐵22,便于吸附在鋼梁上,其中A為安裝位置,B為塔頂,C為測量點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法,其特征在于,包括以下步驟: 1)安裝在塔式起重機(jī)塔頂上的加速度傳感器采集塔身的水平度數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給MCU,同時(shí)設(shè)在加速度傳感器上的溫度傳感器采集加速度傳感器的溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送給MCU ; 2)MCU采用溫度補(bǔ)償算法對(duì)加速度傳感器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償; 3)MCU對(duì)補(bǔ)償后的測量值進(jìn)行卡爾曼濾波; 4)MCU接收外部儀器測量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)濾波后的測量值進(jìn)行校準(zhǔn); 5)MCU計(jì)算出塔身的水平度傾斜角數(shù)據(jù),并將其發(fā)送給上位機(jī); 6)上位機(jī)將水平度傾斜角轉(zhuǎn)化為垂直度傾斜角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法,其特征在于,所述的MCU采用溫度補(bǔ)償算法對(duì)加速度傳感器的測量值進(jìn)行補(bǔ)償具體為:
Mxm = Kt* (T-TO) *Mx
Mym = Kt*(T-TO)*My ; 其中T為測量值溫度值,Kt為溫度值T時(shí)校準(zhǔn)因子,TO為出廠校驗(yàn)時(shí)溫度值,Mx為當(dāng)前加速度計(jì)X方向測量值,My為當(dāng)前加速度計(jì)X方向測量值,Mxm為補(bǔ)償后計(jì)算值,Mym為補(bǔ)償后計(jì)算值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法,其特征在于,所述的MCU接收外部儀器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)濾波后的測量值進(jìn)行校準(zhǔn)具體為:
Ex = Mxm-Mwx ;
Ey = Mym-Mwy ; 其中Mwx和Mwy分別為外部儀器在水平臺(tái)上測試的X軸傾斜值和Y軸傾斜值,Ex和Ey分別為X軸與Y軸誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法,其特征在于,所述的MCU計(jì)算出塔身的水平度傾斜角數(shù)據(jù):
Mx (D) = (Mox(t) +Mox(t-1)+Mox(t_2)+....+Mox(t_n))/n_Ex ;
My (D) = (Moy(t)+Moy(t_l)+Moy(t_2)+....+Moy(t_n))/n-Ey ; Mox (t)和Moy (t)分別為t時(shí)刻輸出X軸傾斜和Y軸傾斜,Mox (t-η)和Moy (t-η)分別為t-n時(shí)刻輸出X軸傾斜和Y軸傾斜,Mx (D)和My (D)為水平度輸出X與Y軸數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法,其特征在于,所述的η值取3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法的裝置,其特征在于,所述的外部儀器為水平儀或經(jīng)緯儀。
7.一種實(shí)施權(quán)利要求1的塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法的裝置,其特征在于,所述的電源模塊、加速度傳感器、溫度傳感器、MCU、RS485接口和上位機(jī),所述的電源模塊分別與加速度傳感器、溫度傳感器、MCU連接,所述的MCU分別與速度傳感器、溫度傳感器、RS485接口連接,所述的RS485接口與上位機(jī)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法的裝置,其特征在于,所述的電源模塊包括依次連接的電源濾波保護(hù)電路、第一 LDO電路、DC/DC升壓電路和第二LDO電路,所述的第一 LDO電路與MCU連接,所述的第二 LDO電路與加速度傳感器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塔式起重機(jī)塔身垂直度實(shí)時(shí)檢測方法的裝置,其特征在于,所述的加速度傳感器設(shè)有四個(gè),分別固定在安裝板上后通過磁鐵吸附在塔頂上。
【文檔編號(hào)】B66C13/16GK104176634SQ201310190408
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】夏繼鋼, 何鐵, 丁雄, 王喜超 申請人:上海航鼎電子科技發(fā)展有限公司