采用二维编码的油缸行程检测装置及方法与流程

1.本发明涉及油缸行程检测技术领域，具体为采用二维编码的油缸行程检测装置及方法。


背景技术：

2.水利工程液压启闭机是闸门启闭作业的永久设备，在开启或关闭闸门的操作时，需要对液压启闭机活塞杆伸出长度进行检测，确定闸门的实时开度信息，目前工程上采用的方法很多，有内置式拉线结构型式的，有外置静磁栅结构型式的，也有通过读取活塞杆上标记物进行识别来实现的，但在实际使用过程中，内置式传感器具有无法更换的特点，故在水利工程液压启闭机中逐渐被淘汰，外置静磁栅式传感器具有便于安装和更换的特点，但是在使用过程中会受到水流的冲击和外部的碰撞，容易出现故障，采用对活塞杆上标记物的识别进行行程检测的方法是目前研究的方向；
3.对于活塞杆上标记物的使用和识别，目前没有一个较为系统的标示方法，活塞杆上标记物在涂层底部且永久留存在活塞杆上，安装在油缸头部的识别模块运行一段时间需要更换时，则必须更换其配套的识别模块，若原配套厂家不提供设备维护，该系统将无法使用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供采用二维编码的油缸行程检测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：采用二维编码的油缸行程检测装置，包括油缸本体，所述油缸本体上开设有通槽，通槽的一侧外壁上固定连接有定尺组件，定尺组件包括固定座，通槽的一侧外壁上固定连接有固定座，固定座的一侧外壁上设置有接触凸面，且接触凸面套接于通槽的内部，固定座的另一侧外壁上固定连接有壳体，壳体的内部固定连接有电路板，电路板的一侧外壁上固定连接有支架，支架的内部设置有永磁铁，永磁铁的一侧外壁上设置有顶盖，且顶盖固定连接于壳体的内壁上。
6.优选的，所述通槽的外侧设置有第一安装孔，固定座的一侧外壁上对应第一安装孔的位置处开设有第二安装孔，电路板的一侧外壁上开设有第三安装孔，支架的一侧外壁上对应第三安装孔的位置处开设有第四安装孔，支架的内部开设有容纳槽，且永磁铁套接于容纳槽的内部。
7.优选的，所述壳体外壁上安装有连接头，且连接头与电路板电性连接。
8.优选的，所述电路板的一侧外壁上对应接触凸面的位置处固定连接有线性霍尔元件阵列，且线性霍尔元件阵列与接触凸面的内壁接触贴合，电路板的另一侧外壁上固定连接有控制器，控制器的一侧设置有触头。
9.优选的，所述油缸本体上安装有活塞杆组件，活塞杆组件包括活塞杆本体、外螺纹和环形槽，油缸本体的内壁上套接有活塞杆本体，且活塞杆本体与接触凸面的外壁接触贴
合，活塞杆本体的顶端开设有外螺纹，活塞杆本体的外壁上开设有环形槽。
10.优选的，所述环形槽有两种类型，分别是a型槽和b型槽，且b型槽的深度大于a型槽。
11.采用二维编码的油缸行程检测装置的检测方法，包括步骤一，加工环形槽；步骤二，装配使用；步骤三，识读环形槽编码；步骤四，测定绝对行程；
12.其中上述步骤一中，首先将活塞杆本体全长范围内分为若干节，每节的宽度相等，节与节之间相互连接，在活塞杆本体全长范围内组成可识读区，每节均分为两个区域，识别区和编码区，每节的起始位置由一条b型槽和一条a型槽组成，编码区由不少于一条的a型槽组成，在固定的宽度范围内通过排列组合形成二进制编码，编码区尾部添加与a型槽等距的空白编码，并据此设计在活塞杆本体上开设出相应的环形槽；
13.其中上述步骤二中，将加工有环形槽的活塞杆本体进行表面防腐后，装配至油缸本体内，再把定尺组件安装在通槽位置，并用螺栓进行固定，最后将连接头与上位机通过信号线连接；
14.其中上述步骤三中，当活塞杆本体进行伸缩运行时，线性霍尔元件阵列识读环形槽的编码，从而获取节位信息；
15.其中上述步骤四中，步骤三中所得到的节位信息和b型槽所在的位置信息上传至上位机后，即可计算出活塞杆本体与定尺组件的绝对位置，进而获得活塞杆本体的行程信息。
16.优选的，所述步骤三中，编码的具体识读过程为：线性霍尔元件阵列在永磁铁的磁场下，能够检测到活塞杆本体上环形槽引起的磁场变化，从而获得a型槽和b型槽形成的磁场信号，由于b型槽的深度比a型槽深，故而线性霍尔元件阵列能够检测出b型槽在线性霍尔元件阵列上对应的具体位置，由于线性霍尔元件阵列的总长度大于活塞杆本体上每节的宽度，所以至少一个b型槽落在了定尺组件的识读范围内，定尺组件在确定b型槽的位置后，通过读取落入其识别区的部分前节编码区信息和部分后节编码区信息，运算得出b型槽所在的节位信息，其中，在部分情况下仅有前节信息或仅有后节信息。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用二维编码的形式，以二维的表现形式在活塞杆上进行标示，并以二进制编码的结构形式进行连续编码，实现活塞杆编码型式的标准化，实现油缸头部识别模块的可变性，解决水利工程液压启闭机长期使用后的维修维护问题，具有良好的社会经济价。
附图说明
18.图1为本发明的整体立体结构正视图；
19.图2为本发明的整体结构爆炸图；
20.图3为图2中a区域的结构放大图；
21.图4为本发明的定尺组件结构爆炸图；
22.图5为本发明的活塞杆本体主视结构示意图；
23.图6为本发明试验一的原理图；
24.图7为本发明试验二的原理图；
25.图8为本发明的方法流程图；
26.图中：1、油缸本体；10、通槽；11、第一安装孔；2、定尺组件；20、固定座；200、第二安装孔；201、接触凸面；202、壳体；203、连接头；21、电路板；210、第三安装孔；211、线性霍尔元件阵列；212、控制器；213、触头；22、支架；220、第四安装孔；221、容纳槽；23、永磁铁；24、顶盖；3、活塞杆组件；30、活塞杆本体；31、外螺纹；32、环形槽；320、a型槽；321、b型槽。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：采用二维编码的油缸行程检测装置，包括油缸本体1，油缸本体1上开设有通槽10，通槽10的一侧外壁上固定连接有定尺组件2，定尺组件2包括固定座20，通槽10的一侧外壁上固定连接有固定座20，固定座20的一侧外壁上设置有接触凸面201，且接触凸面201套接于通槽10的内部，固定座20的另一侧外壁上固定连接有壳体202，壳体202的内部固定连接有电路板21，电路板21的一侧外壁上固定连接有支架22，支架22的内部设置有永磁铁23，永磁铁23的一侧外壁上设置有顶盖24，且顶盖24固定连接于壳体202的内壁上；通槽10的外侧设置有第一安装孔11，固定座20的一侧外壁上对应第一安装孔11的位置处开设有第二安装孔200，电路板21的一侧外壁上开设有第三安装孔210，支架22的一侧外壁上对应第三安装孔210的位置处开设有第四安装孔220，支架22的内部开设有容纳槽221，且永磁铁23套接于容纳槽221的内部；壳体202外壁上安装有连接头203，且连接头203与电路板21电性连接；电路板21的一侧外壁上对应接触凸面201的位置处固定连接有线性霍尔元件阵列211，且线性霍尔元件阵列211与接触凸面201的内壁接触贴合，电路板21的另一侧外壁上固定连接有控制器212，控制器212的一侧设置有触头213；油缸本体1上安装有活塞杆组件3，活塞杆组件3包括活塞杆本体30、外螺纹31和环形槽32，油缸本体1的内壁上套接有活塞杆本体30，且活塞杆本体30与接触凸面201的外壁接触贴合，活塞杆本体30的顶端开设有外螺纹31，活塞杆本体30的外壁上开设有环形槽32；环形槽32有两种类型，分别是a型槽320和b型槽321，且b型槽321的深度大于a型槽320。
29.请参阅图8，本发明提供的一种实施例：包括步骤一，加工环形槽；步骤二，装配使用；步骤三，识读环形槽编码；步骤四，测定绝对行程；
30.其中上述步骤一中，首先将活塞杆本体30全长范围内分为若干节，每节的宽度相等，节与节之间相互连接，在活塞杆本体30全长范围内组成可识读区，每节均分为两个区域，识别区和编码区，每节的起始位置由一条b型槽321和一条a型槽320组成，编码区由不少于一条的a型槽320组成，在固定的宽度范围内通过排列组合形成二进制编码，编码区尾部添加与a型槽320等距的空白编码，并据此设计在活塞杆本体30上开设出相应的环形槽32；
31.其中上述步骤二中，将加工有环形槽32的活塞杆本体30进行表面防腐后，装配至油缸本体1内，再把定尺组件2安装在通槽10位置，并用螺栓进行固定，最后将连接头203与上位机通过信号线连接；
32.其中上述步骤三中，当活塞杆本体30进行伸缩运行时，线性霍尔元件阵列211识读环形槽32的编码，从而获取节位信息；编码的具体识读过程为：线性霍尔元件阵列211在永
磁铁23的磁场下，能够检测到活塞杆本体30上环形槽32引起的磁场变化，从而获得a型槽320和b型槽321形成的磁场信号，由于b型槽321的深度比a型槽320深，故而线性霍尔元件阵列211能够检测出b型槽321在线性霍尔元件阵列211上对应的具体位置，由于线性霍尔元件阵列211的总长度大于活塞杆本体30上每节的宽度，所以至少一个b型槽321落在了定尺组件2的识读范围内，定尺组件2在确定b型槽321的位置后，通过读取落入其识别区的部分前节编码区信息和部分后节编码区信息，运算得出b型槽321所在的节位信息，其中，在部分情况下仅有前节信息或仅有后节信息；
33.其中上述步骤四中，步骤三中所得到的节位信息和b型槽321所在的位置信息上传至上位机后，即可计算出活塞杆本体30与定尺组件2的绝对位置，进而获得活塞杆本体30的行程信息。
34.试验例1：
35.将活塞杆本体30分为若干节，每节宽度75mm，由宽度为5mm的a型槽320和宽度为5mm的b型槽321组成，形成编码后，从右至左的第一节形成的编码可表示为：x01000000000010；其中x代表5mm宽的b型槽321，1代表5mm宽的a型槽320，0代表无槽；根据二进制编码，从右至左第二节形成的编码表示为：x01000000000100，第三节形成的编码表示为：x01000000000110，第四节形成的编码表示为：x01000000001000，第五节形成的编码表示为：x01000000001010，第六节形成的编码表示为：x01000000001100，
……
；线性霍尔元件阵列211采用20支线性霍尔元件组成，以4mm间距布置，组成76mm的识别区，以适配活塞杆本体30每节75mm的间距；使用该活塞杆本体30进行以下两个试验：
36.试验一、如图6所示，该定尺组件2识读到了两个b型槽321和若干a型槽320，读取数据可表示为：20110000000000101102，算法如下：
37.1)确认b型槽321相对于定尺组件2的位置：
38.每节的识别区由一个b型槽321和一个a型槽320组成，中间间隔一个槽宽，共计15mm，上述读取值中的前四位“2011”即是读出的数据，根据错位放大原理，可判断出2号和3号霍尔器件位于b型槽321和a型槽320的中间位置，从而判断b型槽321的中心距1号线性霍尔元件中心的位置为-1mm向右偏移为正，向左偏移为负，即：1号线性霍尔器件中心距b型槽321端部1.5mm；
39.2)读取识别区，以获得节号：
40.当确定b型槽321位置后，再对编码区进行解算，确定节号为：000000001010；如表1所示：
[0041][0042]
表1试验一编码区解算表
[0043]
试验二、如图7所示，该定尺组件2识读到了两个b型槽321和若干a型槽320，读取数据可表示为：00110002010000000000，算法如下：
[0044]
1)确认b型槽321相对于定尺组件2的位置：
[0045]
上述读取值中的8-11位“2010”即是读出的数据，根据错位放大原理，可判断出9号霍尔器件中心位于b型槽321和a型槽320的中间位置，从而判断b型槽321的中心距8号线性霍尔元件中心的位置为1mm向右偏移为正，向左偏移为负，即：8号线性霍尔器件中心距b型槽321端部3.5mm；
[0046]
2)读取识别区，以获得节号：
[0047]
当确定b型槽321位置后，再对编码区进行解算，如表2所示；通过对识别区的解析，可获得b型槽321上一节的部分编码和b型槽321本节的部分编码即：01100“2010”0000000，b型槽321上一节的编码减去1后，即可移至本节使用，最终确定节号为：000000001010。
[0048][0049][0050]
表2试验二编码区解算表
[0051]
基于上述，本发明的优点在于，该发明使用时，由活塞杆本体30上的环形槽32实现二维编码，再由线性霍尔元件阵列211识读编码信息，该信息上传至上位机后，即可计算得到活塞杆本体30的行程信息；其中，油缸本体1用于推动活塞杆本体30，通槽10用于容纳接触凸面201，接触凸面201用于贴合活塞杆本体30的表面，以便线性霍尔元件阵列211识读编码，固定座20、壳体202和顶盖24组成定尺组件2的主体外壳，连接头203用于插接信号线，以此与上位机建立数据连接，电路板21用于承载线性霍尔元件阵列211、控制器212和触头213等电子元件，支架22上的容纳槽221用于安装永磁铁23，第一安装孔11、第二安装孔200、第三安装孔210和第四安装孔220都用于安装固定螺丝，活塞杆本体30上的外螺纹31用于与其他装置进行连接固定；
[0052]
同时，本发明具备以下的优点：
[0053]
1)采用二进制型式的编码方式，实现了装置的通用性，为系统的维护维修提供了便利；
[0054]
2)采用差分放大方法进行定位，使定位精度达到毫米级别，实现了宽槽高精度的检测方式，减少了加工成本；
[0055]
3)采用两种深度的环形槽32实现了二维编码，使识别变得非常容易，简单的逻辑关系避免了错码的发生，也为纠错提供了条件；
[0056]
4)线性霍尔元件阵列211随磁场强度的变化输出不同的电压信号，使定尺组件2能够识别出不同深度的环形槽32，并实现了定尺组件2与活塞杆本体30之间较大的作用距离，
避免了定尺组件2的接触面与活塞杆之间的摩擦；
[0057]
5)统一的编码型式适用于不同精度的液压启闭机行程检测，当需要较高精度时，可减少线性霍尔元件阵列211元件间的间距并增加线性霍尔元件的数量，当需要较低精度时，可以增加线性霍尔元件间的间距并增加各节的宽度和环形槽32的宽度；
[0058]
6)活塞杆本体30以节为单位进行连续排布，从而实现量程的无限可调，当需要增大量程时，仅需要对编码区的位数进行扩充即可，同时需要增大定尺的长度以适配该宽度；
[0059]
7)活塞杆本体30上每节均由识别区和编码区组成，节与节宽度的不变性、节内识别区的不变性和节内编码区的二进制规律性使得环形槽32在加工时具备了优秀的逻辑规律，便于专用加工工具的开发和使用，增加劳动效率。
[0060]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。