專利名稱：吊臂彎曲撓度檢測和安全控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法及起重機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機械領(lǐng)域，具體地，涉及一種吊臂彎曲撓度檢測和安全控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法及起重機。
背景技術(shù)：
起重機吊載工作狀態(tài)下，吊臂會發(fā)生變幅平面內(nèi)的垂直方向的彎曲變形(撓度)。由于起重機吊臂筒體結(jié)構(gòu)尺寸大，且為中空結(jié)構(gòu)，而筒體內(nèi)部還布置有插拔銷裝置，測量其中性層的彎曲撓度時傳感器布置存在諸多不便；并且吊臂是多臂節(jié)嵌套而成，吊載時各臂節(jié)間有多種組合，各組合在不同吊載幅度下吊載時變形撓度值各不相同，即使是在同一幅 度下，由不同臂節(jié)組合而得到的吊臂撓度值也不相同，因此，現(xiàn)有技術(shù)均為基于有限元方法來靜態(tài)的獲得吊臂吊載狀態(tài)的撓度值。該方法的主要缺點為有限元計算是以一系列的力學(xué)假定為前提，計算得到的撓度值與實際吊載時的真值間吻合度尚無法得到驗證；且有限元計算的撓度值是基于理想吊裝工況下獲得的，而起重機吊載工作時受場地、風(fēng)載、工人操作熟練程度等多種因素的影響，實際的吊臂變形撓度與有限元理論計算值必然出現(xiàn)偏差，理論計算值難以作為吊臂優(yōu)化設(shè)計及吊重過程中的起重機安全控制策略的參考依據(jù)。因而對起重機吊載時的吊臂撓度實時檢測是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種吊臂彎曲撓度檢測和安全控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法及起重機。以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種吊臂彎曲撓度檢測設(shè)備，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，其中該檢測設(shè)備包括第一接收裝置，用于接收待測臂節(jié)上布置的光源在吊臂吊載前于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和第二成像位置，以及光源在吊臂吊載時于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置和第四成像位置，第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置分別位于轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)；以及計算裝置，用于根據(jù)預(yù)先存儲的第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離、第一圖像采集裝置與第二圖像采集裝置之間的距離以及第一成像位置、第二成像位置、第三成像位置和第四成像位置計算待測臂節(jié)的撓度。本發(fā)明還提供了一種吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)包括上述的檢測設(shè)備；光源，布置在待測臂節(jié)的上；第一圖像采集裝置，與第一接收裝置相連，用于確定待測臂節(jié)上布置的光源在吊載前于該第一圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和在吊載時于該第一圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置；以及第二圖像采集裝置，與第一接收裝置相連，用于確定待測臂節(jié)上布置的光源在吊載前于該第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第二成像位置和在吊載時于該第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第四成像位置。
本發(fā)明還提供了一種吊臂安全控制設(shè)備，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，其中該控制設(shè)備包括第二接收裝置，用于在吊臂吊載時接收上述的吊臂彎曲撓度檢測設(shè)備檢測的吊臂伸出末端的臂節(jié)的撓度；以及處理裝置，用于將接收到的撓度與額定撓度比較，在所接收的撓度大于額定撓度的情況下，輸出報警信號。本發(fā)明還提供了一種吊臂安全控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述的吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)；以及上述的吊臂安全控制設(shè)備。本發(fā)明還提供了一種起重機，該起重機包括吊臂和轉(zhuǎn)臺，其中該起重機還包括上述的吊臂安全控制系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了一種彎曲撓度檢測方法，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，該方法包括接收待測臂節(jié)上布置的光源在吊臂吊載前于第一圖像采集裝置和 第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和第二成像位置，以及光源在吊臂吊載時于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置和第四成像位置，第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置分別位于轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)；以及根據(jù)預(yù)先存儲的第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離、第一圖像采集裝置與第二圖像采集裝置之間的距離以及第一成像位置、第二成像位置、第三成像位置和第四成像位置計算待測臂節(jié)的撓度。本發(fā)明還提供了一種吊臂安全控制方法，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，其中該方法包括在吊臂吊載時接收上述的吊臂彎曲撓度檢測方法檢測的吊臂伸出末端的臂節(jié)的撓度；以及將接收到的撓度與額定撓度比較，在所接收的撓度大于額定撓度的情況下，輸出報警信號。通過上述技術(shù)方案，通過接收待測臂節(jié)上設(shè)置的光源分別在吊臂吊載前和吊載時于設(shè)置在轉(zhuǎn)臺兩側(cè)的第一和第二圖像采集裝置(例如，C⑶相機)中的成像位置，并根據(jù)預(yù)先存儲的第一和第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離以及上述的成像位置計算撓度，從而實現(xiàn)對吊臂的彎曲撓度進行實時檢測，獲得可信度高的撓度測量值。并且通過將光源布置在各個臂節(jié)上，無需設(shè)置傳感器來進行撓度計算，從而有效地避免了現(xiàn)有技術(shù)中布置傳感器困難的缺陷。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細(xì)說明。


附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測設(shè)備的框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂安全控制設(shè)備的方框圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測方法的流程圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂安全控制方法的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的起重機吊臂吊載時的示意圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)的原理示意圖。
附圖標(biāo)記說明I轉(zhuǎn)臺2變幅油缸3CCD相機4吊臂5第一節(jié)臂6第二節(jié)臂7第三節(jié)臂8第四節(jié)臂9第五節(jié)臂10第一銷軸11第二銷軸12第三銷軸51第一光源61第二光源71第三光源81第四光源91第五光源A重物B嵌入式控制器 31左側(cè)C⑶相機32右側(cè)CCD相機 311第一成像屏312第一棱鏡
LI第一成像位置 L2第三成像位置Rl第二成像位置R2第四成像位置 m左側(cè)CXD相機與右側(cè)CXD相機之間的距離h棱鏡與成像板之間的距離 n待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離S3第三節(jié)臂的變形撓度 a吊臂吊載前與轉(zhuǎn)臺的夾角
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測設(shè)備的框圖。其中吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接。如圖I所示，該檢測設(shè)備包括第一接收裝置100，用于接收待測臂節(jié)上布置的光源在吊臂吊載前于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和第二成像位置，以及光源在吊臂吊載時于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置和第四成像位置，第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置分別位于轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)；以及計算裝置102，用于根據(jù)預(yù)先存儲的第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離、第一圖像采集裝置與第二圖像采集裝置之間的距離以及第一成像位置、第二成像位置、第三成像位置和第四成像位置計算待測臂節(jié)的撓度。通過接收待測臂節(jié)上設(shè)置的光源分別在吊臂吊載前和吊載時于設(shè)置在轉(zhuǎn)臺兩側(cè)的第一和第二圖像采集裝置(例如，CCD相機)中的成像位置，并根據(jù)預(yù)先存儲的第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離以及上述的成像位置計算撓度，從而實現(xiàn)對吊臂的彎曲撓度進行實時檢測，獲得可信度高的撓度測量值。并且通過將光源布置在各個臂節(jié)上，無需設(shè)置傳感器來進行撓度計算，從而有效地避免了現(xiàn)有技術(shù)中布置傳感器困難的缺陷。優(yōu)選地，光源可以被布置在各個臂節(jié)的臂頭(例如待測臂節(jié)的前端)上。其中，優(yōu)選地，在光源布置在待測臂節(jié)的前端上，第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置分別位于吊臂與轉(zhuǎn)臺連接處兩側(cè)，且第一圖像采集裝置的棱鏡和成像板之間的距離等于第二圖像采集裝置的棱鏡和成像板之間的距離的情況下，撓度的計算公式為3 二 "、/l + (l + (/( - R:、: / ' cos' c/-2)-2- cos￠2-(1 + (/.； -1。丫 ■ h 2)，其中，6表示待測臂節(jié)的撓度，n表示吊載前待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離，a表示吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，h表示棱鏡與成像板之間的距離，(L1-L2)2表示第一成像位置與第三成像位置之間的距離的平方，(R1-R2)2表示第二成像位置與第四成像位置之間的距離的平方。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述公式僅僅是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際的設(shè)置情況，可以對上述公式進行變形來計算撓度。本發(fā)明提供了一種吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)包括上述實施例中的檢測設(shè)備；光源，布置在待測臂節(jié)上；第一圖像采集裝置，與第一接收裝置相連，用于確定待測臂節(jié)上布置的光源在吊載前于該第一圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和在吊載時于該第一圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置；以及第二圖像采集裝置，與第一接收裝置相連，用于確定待測臂節(jié)上布置的光源在吊載前于該第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第二成像位置和在吊載時于該第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第四成像位置。其中，光源可以為紅外光源，發(fā)出紅外光線。

通過采用上述檢測系統(tǒng)，能夠?qū)Φ醣鄣膹澢鷵隙冗M行實時檢測，獲得可信度高的撓度測量值。并且通過將光源布置在各個臂節(jié)上，無需設(shè)置傳感器來進行撓度計算，從而有效地避免了現(xiàn)有技術(shù)中布置傳感器困難的缺陷。優(yōu)選地，光源可以被布置在各個臂節(jié)的臂頭(例如待測臂節(jié)的前端)上。在本實施例中，該檢測系統(tǒng)還包括輸出裝置，用于輸出待測臂節(jié)的撓度；控制裝置，用于接收待測臂節(jié)的撓度，并在接收到多個臂節(jié)中的每個待測臂節(jié)的撓度時使用最小二乘法擬合每個待測臂節(jié)的撓度曲線，輸出撓度曲線；以及顯示裝置，用于顯示撓度曲線。這樣，可以通過顯示裝置實時顯示吊臂彎曲曲線，且人機交互便捷。其中，控制裝置可以為嵌入式控制器，顯示裝置可以為液晶顯示器，輸出裝置與控制裝置之間可以通過有線傳輸方式或無線傳輸方式進行數(shù)據(jù)傳輸。在本實施例中，該檢測系統(tǒng)還包括存儲器，該存儲器用于存儲撓度曲線和與撓度曲線對應(yīng)的撓度的計算時間。這樣，不僅可以實時顯示撓度曲線，還可以查詢歷史撓度曲線，以便回溯過往吊載情況下吊臂的彎曲撓度。在上述實施例中，上述第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置可以為電荷耦合器件(CCD)相機。第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置可以分別包括濾波片，該濾波片僅允許光源發(fā)出的光通過。例如，在光源為紅外光源的情況下，該CCD相機的鏡頭前可以采用紅外濾波片。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述關(guān)于光源和CCD相機的描述僅僅是示例性的，光源還可以采用其他波長的光源，圖像采集裝置也可以采用其他類型的相機，而相機鏡頭前則采用與該其他波長的光源相對應(yīng)的濾波片。圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂安全控制設(shè)備的方框圖。其中，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接。如圖2所示，該控制設(shè)備包括第二接收裝置200，用于在吊臂吊載時接收上述實施例中的吊臂彎曲撓度檢測設(shè)備檢測的吊臂伸出末端的臂節(jié)的撓度；以及處理裝置202，用于將接收到的撓度與額定撓度比較，在所接收的撓度大于額定撓度的情況下，輸出報警信號。通過將接收的撓度與額定撓度比較，在接收的撓度大于額定撓度的情況下輸出報警信號，可以及時提醒操作者執(zhí)行相應(yīng)的操作以使例如起重機的工程機械設(shè)備停止工作。
在本實施例中，處理裝置202還用于在輸出報警信號的同時控制吊臂停止工作。這樣，在輸出報警信號提醒操作者的同時還可以實現(xiàn)吊臂自動停止工作，從而可以實現(xiàn)例如起重機的安全控制，提高工程作業(yè)的安全性。其中，如果所接收的撓度小于90%的額定撓度，處理裝置202輸出吊臂正常工作的信號，對應(yīng)的綠色指示燈亮；如果所接收的撓度等于額定撓度，處理裝置202輸出吊臂滿負(fù)荷(臨界狀態(tài)下)工作的信號，對應(yīng)的黃色指示燈亮；在輸出報警信號的情況下，對應(yīng)的紅色指示燈亮，蜂鳴器連續(xù)性發(fā)聲報警。在本實施例中，在吊臂吊載之前，第二接收裝置200還用于接收吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置；控制裝置202還用于將所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角與預(yù)先存儲的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角比較，如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角不等于預(yù)先存儲的吊載前 吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則控制吊臂起升或下降；如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角等于預(yù)先存儲的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則根據(jù)與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置確定一個或多個臂節(jié)是否均已伸出到位，如果一個或多個臂節(jié)伸出不到位，則控制吊臂伸臂。其中，可以通過傳感器來檢測吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和臂節(jié)的伸出位置。通過在吊臂吊載之前接收吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和臂節(jié)伸出位置，并在夾角和位置不滿足要求時分別調(diào)整吊臂，可以保證起重機吊臂安全可靠地工作。本發(fā)明實施例還提供了一種吊臂安全控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述實施例中的吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)；以及上述實施例中的吊臂安全控制設(shè)備。本發(fā)明實施例還提供了一種起重機。該起重機包括吊臂和轉(zhuǎn)臺，其中該起重機還包括上述實施例中的吊臂安全控制系統(tǒng)。圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測方法的流程圖。其中，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接。 如圖3所示，該方法包括S300，接收待測臂節(jié)上布置的光源在吊臂吊載前于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和第二成像位置，以及光源在吊臂吊載時于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置和第四成像位置，第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置分別位于轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)；以及S302，根據(jù)預(yù)先存儲的第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離、第一圖像采集裝置與第二圖像采集裝置之間的距離以及第一成像位置、第二成像位置、第三成像位置和第四成像位置計算待測臂節(jié)的撓度。通過上述方法，通過接收待測臂節(jié)上設(shè)置的光源分別在吊臂吊載前和吊載時于設(shè)置在轉(zhuǎn)臺兩側(cè)的第一和第二圖像采集裝置(例如C⑶相機)中的成像位置，并根據(jù)預(yù)先存儲的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離以及上述的成像位置計算撓度，從而實現(xiàn)對吊臂的彎曲撓度進行實時檢測，獲得可信度高的撓度測量值。其中，優(yōu)選地，在光源布置在待測臂節(jié)的前端上，第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置分別位于吊臂與轉(zhuǎn)臺連接處兩側(cè)，且第一圖像采集裝置的棱鏡和成像板之間的距離等于第二圖像采集裝置的棱鏡和成像板之間的距離的情況下，撓度的計算公式為S = Ti-Jl+ (I+ (R1-R2)2 -h : ■ cos'" a-2)-2- cos or (I + (L1 -Z2)2 -/T2)，其中，6表示待測臂節(jié)的撓度，n表示吊載前待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離，a表示吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，h表示棱鏡與成像板之間的距離，(L1-L2)2表示第一成像位置與第三成像位置之間的距離的平方，(R1-R2)2表示第二成像位置與第四成像位置之間的距離的平方。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述公式僅僅是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際的設(shè)置情況，可以對上述公式進行變形來計算撓度。圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂安全控制方法的流程圖。其中，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接。如圖4所示，該方法包括S400，在吊臂吊載時接收上述實施例中的吊臂彎曲撓度檢測方法檢測的吊臂伸出末端的臂節(jié)的撓度；以及S402，將接收到的撓度與額定撓度比較，在所接收的撓度大于額定撓度的情況下，輸出報警信號。通過將接收的撓度與額定撓度比較，在接收的撓度大于額定撓度的情況下輸出報警信號，可以及時提醒操作者執(zhí)行相應(yīng)的操作以使例如起重機的工程機械設(shè)備停止工作。在本實施例中，該方法還包括在輸出報警信號的同時控制吊臂停止工作。這樣，在輸出報警信號提醒操作者的同時還可以實現(xiàn)吊臂自動停止工作，從而可以實現(xiàn)例如起重機的安全控制，提高工程作業(yè)的安全性。其中，如果所接收的撓度小于90%的額定撓度，輸出吊臂正常工作的信號，對應(yīng)的綠色指示燈亮；如果所接收的撓度等于額定撓度，輸出吊臂滿負(fù)荷(臨界狀態(tài)下)工作的信號，對應(yīng)的黃色指示燈亮。在輸出報警信號的情況下，對應(yīng)的紅色指示燈亮，蜂鳴器連續(xù)性
發(fā)聲報警。在本實施例中，在吊臂吊載之前，該方法還包括接收吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置；將所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角與預(yù)先存儲的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角比較，如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角不等于預(yù)先存儲的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則控制吊臂起升或下降；如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角等于預(yù)先存儲的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則根據(jù)與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置確定一個或多個臂節(jié)是否均已伸出到位，如果一個或多個臂節(jié)伸出不到位，則控制吊臂伸臂。通過在吊臂吊載之前接收吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和臂節(jié)的伸出位置，并在夾角和位置不滿足要求時分別調(diào)整吊臂，可以保證起重機吊臂安全可靠地工作。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的起重機吊臂吊載時的示意圖。如圖5所示，其中的吊臂4處于吊載狀態(tài)下。具體地，吊臂4為套接的伸縮臂，由第一節(jié)臂5、第二節(jié)臂6、第三節(jié)臂7、第四節(jié)臂8、第五節(jié)臂9套接而成。吊載時吊臂4的前端吊載重物A，吊臂4的下鉸點與轉(zhuǎn)臺I利用第一銷軸10連接，前鉸點與變幅油缸2通、過第二銷軸11連接，變幅油缸2與轉(zhuǎn)臺I由第三銷軸12連接，吊臂4在重物A的作用下在xz平面內(nèi)(變幅平面)會發(fā)生彎曲變形,產(chǎn)生xz平面內(nèi)的彎曲撓度。兩個CCD相機3分別布置在轉(zhuǎn)臺I兩側(cè)(分別為左側(cè)CCD相機31和右側(cè)CCD相機32)，相機鏡頭前安裝有特定波長的濾波片(例如，在光源為紅外光源的情況下，采用紅外波長的濾波片)，以過濾環(huán)境雜光，而僅允許紅外光源發(fā)出的紅外光線通過。優(yōu)選地，在吊臂4各臂節(jié)的前端布置特定波長的第一光源51、第二光源61、第三光源71、第四光源81、第五光源91,各光源的電源可以由起重機車載電源提供。其中臂節(jié)的前端為臂節(jié)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)臺I的那一端。通過吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)計算得到的撓度值可以通過有線傳輸方式或無線傳輸方式傳輸至嵌入式控制器B。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述的臂節(jié)數(shù)量僅僅是示例性的，并非用于限定本發(fā)明。圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)的原理示意圖。在圖6中，實線C表示吊臂吊載前理想的吊臂形狀，而虛線D表示吊臂吊載后的變形狀態(tài)。
下面結(jié)合圖5和圖6詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測的原理。左側(cè)CXD相機31包括第一成像屏311和第一棱鏡312，右側(cè)CXD相機32包括第二成像屏和第二棱鏡，左側(cè)CXD相機31和右側(cè)CXD相機32例如可以為相同的相機。左側(cè)CXD相機31和右側(cè)CXD相機32之間的距離為m (即如圖5所示的第一成像屏311與第二成像屏之間的距離)，第一棱鏡312距離第一成像屏311的距離為h，第二棱鏡距離第二成像屏的距離也可以為h(可選地，第二棱鏡距離第二成像屏的距離可以不同于第一棱鏡312距離第一成像屏311的距離)，吊臂4各臂節(jié)吊載前理想的吊臂形狀如圖6中的實線所示，吊載后吊臂4發(fā)生彎曲變形，變形狀態(tài)如圖6中的虛線所示。下面以第三節(jié)臂7為例說明根據(jù)本發(fā)明實施例的吊臂彎曲撓度檢測其中優(yōu)選地，光源可以被布置在第三節(jié)臂7的臂頭(前端)上。吊載前位于該臂節(jié)臂頭(前端)上的光源71所發(fā)出的例如紅外光線在左側(cè)CCD相機31上成像位置為第一成像位置LI，在右側(cè)CXD相機32上成像位置為第二成像位置Rl。同時，吊臂吊載前與轉(zhuǎn)臺的夾角(仰角)a及該臂節(jié)的伸出長度(該臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離)n是由起重機控制程序事先設(shè)定好的，即a及n值是已知量，這樣便將各臂節(jié)在無吊重狀態(tài)下的理想位置確定了下來，即標(biāo)定了吊臂理想狀態(tài)下的位置。吊載重物A后，吊臂會發(fā)生xz平面內(nèi)的彎曲變形，各臂節(jié)臂頭的光源由初始狀態(tài)隨各臂節(jié)彎曲變形而變換至虛線位置，例如圖中光源71所示。此時光源71所發(fā)出的例如紅外光線在左側(cè)CXD相機31上成像位置為第三成像位置L2，在右側(cè)CXD相機32上成像位置為第四成像位置R2，顯然光源71在吊臂變形前后的成像位置LI、L2、Rl、R2及LI、L2間的距離和Rl、R2間的距離是可以直接獲得的。然后在LI、L2、R1、R2&L1、L2間的距離和Rl、R2間的距離的基礎(chǔ)上結(jié)合已知參數(shù)m、n、a和h，經(jīng)過換算便可獲得第三節(jié)臂7的彎曲變形撓度83。例如當(dāng)相機分別裝在吊臂與轉(zhuǎn)臺的連接銷軸10兩側(cè)，且兩個相機的棱鏡和成像板之間的距離相等的情況下，通過下述公式計算第三節(jié)臂7的彎曲變形撓度S3:S3 = H小 + (.1 + ( R, - R1) ~ ■ If2 cos2 a — 2) — 2 cos - (I + (/、一 i2 ―)2 /T2) 0本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述公式僅僅是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際的設(shè)置情況，可以對上述公式進行變形來計算撓度。同理，第一節(jié)臂5、第二節(jié)臂6、第四節(jié)臂8、第五節(jié)臂9各臂節(jié)的彎曲撓度值也可相應(yīng)得出。其中，根據(jù)臂節(jié)的測量順序依次點亮待測臂節(jié)對應(yīng)的光源。例如需要順序測量第一至第五節(jié)臂的彎曲撓度值時，各發(fā)光源按照51-61-71-81-91-51的順序及適當(dāng)?shù)念l率依次點亮，從而分別得出各臂節(jié)的彎曲撓度。其中，通過上述方式測量得出的第五節(jié)臂9 (為圖5中的吊臂伸出末端的臂節(jié))的撓度可以用于吊臂安全控制。 得出的臂節(jié)的彎曲撓度值可以傳輸(有線或無線傳輸)給嵌入式控制器，待嵌入式控制器接收到各個臂節(jié)的彎曲撓度值后，該嵌入式控制器按照最小二乘法將各臂節(jié)彎曲撓度曲線擬合出來，并在液晶顯示屏上實時顯示吊臂彎曲曲線。該擬合曲線可以存儲在存儲器中，以便將來回溯過往吊載情況下吊臂的彎曲撓度。從上述實施例可以看出，通過接收待測臂節(jié)上設(shè)置的光源分別在吊臂吊載前和吊載時于設(shè)置在轉(zhuǎn)臺兩側(cè)的第一和第二圖像采集裝置(例如CXD相機)中的成像位置，并根據(jù)預(yù)先存儲的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)的前端至吊臂起始端的距離以及上述的成像位置計算撓度，從而實現(xiàn)對吊臂的彎曲撓度進行實時檢測，獲得可信度高的撓度測量值。并且將光源布置在各個臂節(jié)(例如臂節(jié)的前端)上，有效地避免了現(xiàn)有技術(shù)中布置傳感 器時所存在的缺陷。此外，如前所述的發(fā)光光源(關(guān)鍵的標(biāo)志點)、CCD相機、嵌入式控制系統(tǒng)及顯示裝置均布置在起重機上，與起重機自身的控制系統(tǒng)可無縫結(jié)合，并可隨車行走，測量時也是根據(jù)外部發(fā)光光源的位置來實時獲得吊臂彎曲撓度，因此能適用于吊臂吊載的實時工況，而不受場地、風(fēng)載、工人操作熟練程度等多種因素的影響，測量的撓度值可信度高。此外，通過將上述方式獲得的撓度值與額定撓度值比較可以實現(xiàn)起重機的安全控制，提高工程作業(yè)的安全性。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種吊臂彎曲撓度檢測設(shè)備，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，其中該檢測設(shè)備包括 第一接收裝置，用于接收待測臂節(jié)上布置的光源在所述吊臂吊載前于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和第二成像位置，以及所述光源在所述吊臂吊載時于所述第一圖像采集裝置和所述第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置和第四成像位置，所述第一圖像采集裝置和所述第二圖像采集裝置分別位于所述轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)；以及 計算裝置，用于根據(jù)預(yù)先存儲的所述第一圖像采集裝置和所述第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和所述待測臂節(jié)的前端至所述吊臂起始端的距離、所述第一圖像采集裝置與所述第二圖像采集裝置之間的距離以及第一成像位置、第二成像位置、第三成像位置和第四成像位置計算所述待測臂節(jié)的撓度。
2.一種吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括 權(quán)利要求I所述的檢測設(shè)備； 光源，布置在所述待測臂節(jié)上； 第一圖像采集裝置，與所述第一接收裝置相連，用于確定所述待測臂節(jié)上布置的光源在吊載前于該第一圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和在吊載時于該第一圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置；以及 第二圖像采集裝置，與所述第一接收裝置相連，用于確定所述待測臂節(jié)上布置的光源在吊載前于該第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第二成像位置和在吊載時于該第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第四成像位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測系統(tǒng)，其中，該檢測系統(tǒng)還包括 輸出裝置，用于輸出所述待測臂節(jié)的撓度； 控制裝置，用于接收所述待測臂節(jié)的撓度，并在接收到所述多個臂節(jié)中的每個待測臂節(jié)的撓度時使用最小二乘法擬合所述每個待測臂節(jié)的撓度曲線，輸出所述撓度曲線；以及 顯示裝置，用于顯示所述撓度曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述檢測系統(tǒng)還包括存儲器，該存儲器用于存儲所述撓度曲線和與所述撓度曲線對應(yīng)的撓度的計算時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項權(quán)利要求所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述第一圖像采集裝置和所述第二圖像采集裝置包括濾波片，所述濾波片僅允許所述光源發(fā)出的光通過。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述光源布置在所述待測臂節(jié)的前端上。
7.一種吊臂安全控制設(shè)備，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，其中該控制設(shè)備包括 第二接收裝置，用于在吊臂吊載時接收權(quán)利要求I所述的吊臂彎曲撓度檢測設(shè)備檢測的所述吊臂伸出末端的臂節(jié)的撓度；以及 處理裝置，用于將接收到的撓度與額定撓度比較，在所接收的撓度大于所述額定撓度的情況下，輸出報警信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制設(shè)備，其中該處理裝置還用于在輸出報警信號的同時控制所述吊臂停止工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的控制設(shè)備，其中，在所述吊臂吊載之前，所述第二接收裝置還用于接收吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置； 所述控制裝置還用于將所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角與預(yù)先存儲的吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角比較，如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角不等于預(yù)先存儲的吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則控制所述吊臂起升或下降； 如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角等于預(yù)先存儲的吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則根據(jù)所述與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置確定所述一個或多個臂節(jié)是否均已伸出到位，如果所述一個或多個臂節(jié)伸出不到位，則控制所述吊臂伸臂。
10.一種吊臂安全控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 權(quán)利要求2-6中任一項權(quán)利要求所述的吊臂彎曲撓度檢測系統(tǒng)；以及 權(quán)利要求7-9中任一項權(quán)利要求所述的吊臂安全控制設(shè)備。
11.一種起重機，該起重機包括吊臂和轉(zhuǎn)臺，其中該起重機還包括權(quán)利要求10所述的吊臂安全控制系統(tǒng)。
12.—種吊臂彎曲撓度檢測方法，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，該方法包括 接收待測臂節(jié)上布置的光源在所述吊臂吊載前于第一圖像采集裝置和第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第一成像位置和第二成像位置，以及所述光源在所述吊臂吊載時于所述第一圖像采集裝置和所述第二圖像采集裝置所采集的圖像中的第三成像位置和第四成像位置，所述第一圖像采集裝置和所述第二圖像采集裝置分別位于所述轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)；以及 根據(jù)預(yù)先存儲的所述第一圖像采集裝置和所述第二圖像采集裝置各自的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和所述待測臂節(jié)的前端至所述吊臂起始端的距離、所述第一圖像采集裝置與所述第二圖像采集裝置之間的距離以及第一成像位置、第二成像位置、第三成像位置和第四成像位置計算所述待測臂節(jié)的撓度。
13.一種吊臂安全控制方法，該吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，其中該方法包括 在吊臂吊載時接收權(quán)利要求12所述的吊臂彎曲撓度檢測方法檢測的所述吊臂伸出末端的臂節(jié)的撓度；以及 將接收到的撓度與額定撓度比較，在所接收的撓度大于所述額定撓度的情況下，輸出報警信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法,其中該方法還包括在輸出報警信號的同時控制所述吊臂停止工作。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的控制方法，其中，在所述吊臂吊載之前，該方法還包括 接收吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置；將所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角與預(yù)先存儲的吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角比較，如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角不等于預(yù)先存儲的吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則控制所述吊臂起升或下降； 如果所接收的吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角等于預(yù)先存儲的吊載前所述吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角，則根據(jù)與當(dāng)前工況對應(yīng)的一個或多個臂節(jié)的伸出位置確定所述一個或多個臂節(jié)是否 均已伸出到位，如果所述一個或多個臂節(jié)伸出不到位，則控制所述吊臂伸臂。
全文摘要
本發(fā)明公開一種吊臂彎曲撓度檢測和安全控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法及起重機。吊臂為套接伸縮臂，包括多個臂節(jié)，與轉(zhuǎn)臺連接，該檢測設(shè)備包括第一接收裝置，接收待測臂節(jié)上的光源在吊臂吊載前于第一和第二圖像采集裝置采集的圖像中的第一和第二成像位置以及光源在吊臂吊載時于第一和第二圖像采集裝置采集的圖像中的第三和第四成像位置，第一和第二圖像采集裝置位于轉(zhuǎn)臺兩側(cè)；及計算裝置，根據(jù)預(yù)先存儲的第一和第二圖像采集裝置的棱鏡和成像板之間的距離、吊載前吊臂與轉(zhuǎn)臺的夾角和待測臂節(jié)前端至吊臂起始端的距離、第一與第二圖像采集裝置之間的距離及第一至第四成像位置計算待測臂節(jié)撓度。從而能對吊臂彎曲撓度實時檢測，獲得可信度高的撓度測量值。
文檔編號B66C23/88GK102756976SQ20121025566
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者劉權(quán), 周磊, 詹純新 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司