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整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置

阅读：461发布：2021-06-08

专利汇可以提供整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于机电一体化技术领域，具体涉及一种自动测量装置。一种整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置，其技术方案是是，它包括：执行装置与控制装置；控制装置根据既定的程序对执行装置进行控制，从而实现对螺栓拉伸机的拉伸量的测量；在有限狭小的空间内实现了对螺栓拉伸量的精确、高效、安全、自动测量，缩短了人员在辐射环境下的滞留时间，减少了其所接受的辐射剂量，保护了操作人员的健康。同时，此项技术可以移植到其他恶劣环境的自动测量，弥补了国内在此方面的技术缺失。，下面是整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置，其特征是，它包括：执行装置与控制装置；其中，
所述执行装置包括：固定板（1）、悬臂梁（2）、绕线帽（3）、限位开关A（4）、限位开关B（5）、关节电机A（6）、关机电机B（7）、托架（8）、适配器（9）与测量表；
所述固定板（1）为L型结构，其水平部分设有通孔，竖直部分设有安装孔，所述水平部分的上表面还有挡位块；
所述悬臂梁（2）的表面设有左、中、右三个通孔，在所述悬臂梁（2）的左侧的端面上设有限位块；
所述托架（8）安装在所述固定板（1）的下表面，其底部设有U型槽；
所述限位开关A（4）安装在所述固定板（1）的上表面；
所述限位开关B（5）安装在所述托架（8）上，其触点高于所述固定板（1）的上端面；
所述关节电机A（6）固定安装在所述固定板（1）的下表面，其输出轴穿过所述固定板（1）上的通孔，所述悬臂梁（2）通过其左侧的通孔与所述关节电机A（6）的输出轴固定连接；
所述关机电机B（7）固定安装在所述悬臂梁（2）的下表面，其输出轴穿过所述悬臂梁（2）中间的通孔并与所述绕线帽（3）固定连接；
所述绕线帽（3）上的线绳穿过所述悬臂梁（2）右侧的通孔与所述适配器（9）连接；
所述测量表安装在所述适配器上；
当所述悬臂梁（2）转动时，会分别与所述限位开关A（4）、限位开关B（5）的触点以及所述挡位块发生接触；
控制装置包括：工控机、FPGA、数据转换模块A、数据转换模块B、电流放大模块A、电流放大模块B、电流检测模块A与电流检测模块B；
所述FPGA内写入执行固定程序，所述工控机用于显示来自所述测量表的测量数据；
所述工控机通过CAN 数据总线与所述数据转换模块A连接；所述数据转换模块A与所述FPGA连接；所述测量表通过所述数据转换模块B连接至所述FPGA；所述FPGA的输出信号分两路分别连接所述电流放大模块A与所述电流放大模块B；所述电流放大模块A连接所述执行装置中的关节电机A（6），所述电流放大模块B连接所述执行装置中的关节电机B（7）；所述电流检测模块A与所述关节电机A（6）及所述FPGA连接，所述电流检测模块B与所述关节电机B（7）及所述FPGA连接；
所述限位开关A（4）与所述限位开关B（5）与所述FPGA相连，当所述限位开关A（4）或所述限位开关B（5）的触点被触碰时，向所述FPGA发送停止所述关节电机A（6）的信号。
2.如权利要求1所述的一种整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置，其特征是，所述整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置的工作过程为：
初始位置时，初始位置时，所述适配器安放在所述托架（8）的U型槽上；工作人员通过所述工控机向所述FPGA发出执行程序的指令；
A．所述FPGA通过所述电流放大模块B对所述关节电机B（7）进行控制，所述关节电机B（7）的输出轴带动所述绕线帽（3）旋转，所述绕线帽（3）执行收线动作，所述适配器（9）与所述测量表开始上升，上升的时间由所述FPGA中的时序单元控制；
B．所述FPGA停止所述关节电机B（7）的运动，通过所述电流放大模块A对所述关节电机A（6）进行控制，所述关节电机A（6）的输出轴带动所述悬臂梁（2）向测量位旋转，当所述悬臂梁（2）上的限位块与所述限位开关A（4）接触时，所述关节电机A（6）停止运动，此时，所述适配器（9）与所述测量表位于测量位的正上方；
C．所述FPGA再次通过所述电流放大模块B对所述关节电机B（7）进行控制，所述关节电机B（7）的输出轴带动所述绕线帽（3）反向旋转，所述绕线帽（3）执行放线动作，所述适配器（9）与所述测量表开始下降，下降的时间由所述FPGA中的时序单元控制；
D．当适配器（9）与所述测量表达到测量位置时，所述FPGA停止所述关节电机B（7）的运动，所述测量表开始进行测量，并将测量数据传输至所述工控机进行显示；
E．测量完成后，所述FPGA通过所述电流放大模块B对所述关节电机B（7）进行控制，所述关节电机B（7）的输出轴带动所述绕线帽（3）旋转，所述绕线帽（3）执行收线动作，所述适配器（9）与所述测量表开始上升，上升的时间由所述FPGA中的时序单元控制；
F．所述FPGA停止所述关节电机B（7）的运动，通过所述电流放大模块A对所述关节电机A（6）进行控制，所述关节电机A（6）的输出轴带动所述悬臂梁（2）向放置位旋转，当所述悬臂梁（2）与所述限位开关B（5）接触时，所述关节电机A（6）停止运动，此时，所述适配器（9）与所述测量表位于所述托架（8）的U型槽上的正上方；
G．所述FPGA通过所述电流放大模块B对所述关节电机B（7）进行控制，所述关节电机B（7）的输出轴带动所述绕线帽（3）反向旋转，所述绕线帽（3）执行放线动作，所述适配器（9）与所述测量表开始下降，下降的时间由所述FPGA中的时序单元控制；当所述适配器（9）与所述U型槽接触时，所述FPGA停止所述关节电机B（7）的运动；
上述过程中，若所述限位开关A（4）失效，无法对所述关节电机A（6）进行停止控制，所述悬臂梁（2）上的限位块与所述固定板（1）上的挡位块发生接触后，实现机械限位；
所述电流检测模块A与所述电流检测模块B实时监测所述关节电机A（6）与所述关机电机B（7）中的电流变化情况，若出现电流异常情况，所述电流检测模块A或所述电流检测模块B向所述FPGA发出中断程序的信号。
3.如权利要求1或2所述的一种整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置，其特征是，在所述悬臂梁（2）处设置对所述关机电机B（7）进行控制的限位开关C，当所述适配器（9）触碰所述限位开关C时，所述关机电机B（7）停止运行。
4.如权利要求1或2所述的一种整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置，其特征是，58个所述执行装置等间距的安装在圆形导轨上，对应58个主螺栓。

说明书全文

整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置

技术领域

[0001] 本发明属于机电一体化技术领域，具体涉及一种自动测量装置。

背景技术

[0002] 整体螺栓拉伸机是核电站开关压力容器顶盖的专用机电一体化设备，其通过锁紧主螺栓的底端，并通过液压动力将顶端拉长，使主螺栓产生弹性变形从而产生预紧力，在液压拉伸的整个过程中，需要始终依靠拉伸量测量系统对主螺栓的伸长量进行监测，并将伸长量的数据传输到控制台上。现有的伸长量测量装置在不使用的时候是放置在工作平台外侧的支撑板上，依靠伸长量测量装置底部的磁铁吸附在支撑板上，稳固存放，共有58套，对应58个主螺栓。在使用时，需要操作人员手动将伸长量测量装置从支撑板上拔出，从工作平台外侧绕出，下降放到主螺栓上。伸长量测量装置的支架与主螺栓顶部表面接触。伸长量测量装置的顶杆与主螺栓内部的芯杆接触。根据主螺栓被拉伸时，内部芯杆长度不变，产生一个距离差的原理，实现主螺栓伸长量的测量。

[0003] 由于测量位置所在环境具有一定的辐射，且测量表的数目较多，如果仅仅人工放置必将导致操作人员在辐射环境中滞留较长时间，从而增加操作人员的辐射剂量，对身体健康造成损害。申请号为201310010466.5的中国专利申请公开了一种利用磁头测量活塞杆伸缩时的磁晶格的磁场变化，分析磁场信号的超前滞后关系和交替变化次数，得出伸缩方向和伸长量的方法，该测量方法采用的是电磁原理，在核辐射环境下，对电磁产品的性能会有较大的干扰，除此之外其所设计的机械装置无法自动固定在测量端，从而无法达成自动测量的目的。

发明内容

[0004] 本发明的目的是：为弥补现有技术的不足，提供一种可以自动测量装置，在有限狭小的空间内实现对整体螺栓拉伸机拉伸量的自动测量。

[0005] 本发明的技术方案是：一种整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置，它包括：执行装置与控制装置；其中，

[0006] 执行装置包括：固定板、悬臂梁、绕线帽、限位开关A、限位开关B、关节电机A、关机电机B、托架、适配器与测量表；

[0007] 固定板为L型结构，其水平部分设有通孔，竖直部分设有安装孔，水平部分的上表面还有挡位块；

[0008] 悬臂梁的表面设有左、中、右三个通孔，在悬臂梁的左侧的端面上设有限位块；

[0009] 托架安装在固定板的下表面，其底部设有U型槽；

[0010] 限位开关A安装在固定板的上表面；

[0011] 限位开关B安装在托架上，其触点高于固定板的上端面；

[0012] 关节电机A固定安装在固定板的下表面，其输出轴穿过固定板上的通孔，悬臂梁通过其左侧的通孔与关节电机A的输出轴固定连接；

[0013] 关机电机B固定安装在悬臂梁的下表面，其输出轴穿过悬臂梁中间的通孔并与绕线帽固定连接；

[0014] 绕线帽上的线绳穿过悬臂梁右侧的通孔与适配器连接；

[0015] 测量表安装在适配器上；

[0016] 当悬臂梁转动时，会分别与限位开关A、限位开关B的触点发生接触；

[0017] 控制装置包括：工控机、FPGA、数据转换模块A、数据转换模块B、电流放大模块A、电流放大模块B、电流检测模块A与电流检测模块B；

[0018] FPGA内写入执行固定程序，工控机用于显示来自测量表的测量数据；

[0019] 工控机通过CAN 数据总线与数据转换模块A连接；数据转换模块A与FPGA连接；测量表通过数据转换模块B连接至FPGA；FPGA的输出信号分两路分别连接电流放大模块A与电流放大模块B；电流放大模块A连接执行装置中的关节电机A，电流放大模块B连接执行装置中的关节电机B；电流检测模块A与关节电机A及FPGA连接，电流检测模块B与关节电机B及FPGA连接；

[0020] 限位开关A与限位开关B与FPGA相连，当限位开关A或限位开关B的触点被触碰时，向FPGA发送停止关节电机A的信号。

[0021] 本发明的有益效果是：(1)在有限狭小的空间内实现了对螺栓拉伸量的精确、高效、安全、自动测量，缩短了人员在辐射环境下的滞留时间，减少了其所接受的辐射剂量，保护了操作人员的健康。同时，此项技术可以移植到其他恶劣环境的自动测量，弥补了国内在此方面的技术缺失。

[0022] (2)使用柔性线绳对测量表进行放置，增加冗余，避免机械结构硬接触带来的设备损坏，同时大大提升测量准确度。

[0023] (3)机械臂转动角度采用机械限位，开关限位，电流控制三重保护措施，保证核工业环境下的作业安全。

[0024] (4)数据采集处理器使用FPGA为核心的系统构架，有效的保证控制大容量的末端设备与数据采集。附图说明

[0025] 图1为本发明中执行装置结构示意图；

[0026] 图2为本发明中控制装置结构框图；

[0027] 图3为本发明中执行装置从初始位至测量位的运动示意图；

[0028] 图4为本发明中执行装置从测量位至初始位的运动示意图；

[0029] 图5为本发明中执行装置安装在圆形轨道上的结构示意图；

[0030] 其中：1-固定板、2-悬臂梁、3-绕线帽、4-限位开关A、5-限位开关B、6-关节电机A、7-关机电机B、8-托架、9-适配器。

具体实施方式

[0031] 一种整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置，它包括：执行装置与控制装置；其中，[0032] 参见附图1，执行装置包括：固定板1、悬臂梁2、绕线帽3、限位开关A4、限位开关B5、关节电机A6、关机电机B7、托架8、适配器9与测量表；

[0033] 固定板1为L型结构，其水平部分设有通孔，竖直部分设有安装孔，水平部分的上表面还有挡位块；

[0034] 悬臂梁2的表面设有左、中、右三个通孔，在悬臂梁2的左侧的端面上设有限位块；

[0035] 托架8安装在固定板1的下表面，其底部设有U型槽；

[0036] 限位开关A4安装在固定板1的上表面；

[0037] 限位开关B5安装在托架8上，其触点高于固定板1的上端面；

[0038] 关节电机A6固定安装在固定板1的下表面，其输出轴穿过固定板1上的通孔，悬臂梁2通过其左侧的通孔与关节电机A6的输出轴固定连接；

[0039] 关节电机A6固定安装在固定板1的下表面，其输出轴穿过固定板1上的通孔，悬臂梁2通过其左侧的通孔与关节电机A6的输出轴固定连接；

[0040] 关机电机B7固定安装在悬臂梁2的下表面，其输出轴穿过悬臂梁2中间的通孔并与绕线帽3固定连接；

[0041] 绕线帽3上的线绳穿过悬臂梁2右侧的通孔与适配器连接；

[0042] 测量表安装在适配器上，测量表用于测量主螺栓的伸长量，适配器为测量表提供合适的工作电源；

[0043] 当悬臂梁2转动时，会分别与限位开关A4、限位开关B5的触点发生接触；

[0044] 参见附图2，控制装置包括：工控机、FPGA、数据转换模块A、数据转换模块B、电流放大模块A、电流放大模块B、电流检测模块A与电流检测模块B；

[0045] FPGA内写入执行固定程序，工控机用于显示来自测量表的测量数据；

[0046] 工控机通过CAN数据总线与数据转换模块A连接；数据转换模块A与FPGA连接；测量表通过数据转换模块B连接至FPGA；FPGA的输出信号分两路分别连接电流放大模块A与电流放大模块B；电流放大模块A连接执行装置中的关节电机A6，电流放大模块B连接执行装置中的关节电机B7；电流检测模块A与关节电机A6及FPGA连接，电流检测模块B与关节电机B7及FPGA连接；

[0047] 限位开关A4与限位开关B5与FPGA相连，当限位开关A4或限位开关B5的触点被触碰时，向FPGA发送停止关节电机A6的信号。

[0048] 整体螺栓拉伸机拉伸量自动测量装置的工作过程为：

[0049] 初始位置时，适配器安放在托架8的U型槽上；工作人员通过工控机向FPGA发出执行程序的指令；

[0050] 参见附图3，A．FPGA通过电流放大模块B对关节电机B7进行控制，关节电机B7的输出轴带动绕线帽3旋转，绕线帽3执行收线动作，适配器9与测量表开始上升，上升的时间由FPGA中的时序单元控制；

[0051] B．FPGA停止关节电机B7的运动，通过电流放大模块A对关节电机A6进行控制，关节电机A6的输出轴带动悬臂梁2向测量位旋转，当悬臂梁2上的限位块与限位开关A4接触时，关节电机A6停止运动，此时，适配器9与测量表位于测量位的正上方；

[0052] C．FPGA再次通过电流放大模块B对关节电机B7进行控制，关节电机B7的输出轴带动绕线帽3反向旋转，绕线帽3执行放线动作，适配器9与测量表开始下降，下降的时间由FPGA中的时序单元控制；

[0053] D．当适配器9与测量表达到测量位置时，FPGA停止关节电机B7的运动，测量表开始进行测量，并将测量数据传输至工控机进行显示；

[0054] 参见附图4，E．测量完成后，FPGA通过电流放大模块B对关节电机B7进行控制，关节电机B7的输出轴带动绕线帽3旋转，绕线帽3执行收线动作，适配器9与测量表开始上升，上升的时间由FPGA中的时序单元控制；

[0055] F．FPGA停止关节电机B7的运动，通过电流放大模块A对关节电机A6进行控制，关节电机A6的输出轴带动悬臂梁2向放置位旋转，当悬臂梁2与限位开关B5接触时，关节电机A6停止运动，此时，适配器9与测量表位于托架8的U型槽上的正上方；

[0056] G．FPGA通过电流放大模块B对关节电机B7进行控制，关节电机B7的输出轴带动绕线帽3反向旋转，绕线帽3执行放线动作，适配器9与测量表开始下降，下降的时间由FPGA中的时序单元控制；当适配器9与U型槽接触时，FPGA停止关节电机B7的运动；

[0057] 上述过程中，若限位开关A4失效，无法对关节电机A6进行停止控制，悬臂梁2上的限位块与固定板1上的挡位块发生接触后，实现机械限位；

[0058] 电流检测模块A与电流检测模块B实时监测关节电机A6与关机电机B7中的电流变化情况，若出现电流异常情况，电流检测模块A或电流检测模块B向FPGA发出中断程序的信号。

[0059] 较优的，可以在悬臂梁2处设置对关机电机B7进行控制的限位开关C，当适配器9触碰限位开关C时，关机电机B7停止运行。

[0060] 在实际使用时，58个执行装置等间距的安装在圆形导轨上，对应58个主螺栓，在非工作状态时整体设备隐藏于圆形导轨的下方，从而避免干扰整体螺栓拉伸机设备的正常使用。

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