一种基于偏振片的吊具摆动角度测量装置及系统

技术领域

本发明涉及船舶航运领域，具体涉及一种基于偏振片的吊具摆动角度测量装置及系统。

背景技术

现有大型集装箱装卸区，现有桥式起重机只有单吊具和双吊具。货物运输只能采用一个或两个集装箱同时进行，效率低、耗时长、工作质量低；为了提升处理效率只能进一步提高桥式起重机的性能，桥式起重机在未来的发展中向多吊具方向发展，持续改进和创新。因此根据多吊具桥式起重机的背景，不同的多吊具桥式起重机的检测装置是尤为重要。即使用设备同时识别每个吊具的摆动角度和吊具长度。

然而，许多大型港口仍然是单吊具系统，其部分控制主要是基于视觉和手动控制。由于小车载荷的惯性和一些外部环境的扰动，如风会引起绳子摆动。这种摆动不仅对集装箱的效率有很大的影响，而且还具有很大的安全隐患。因此，有必要设计相应的控制器来抑制绳子的摆动。而控制器的反馈环节基础是要获取吊绳的精确摆角,这也是防摇控制的一个关键问题。

目前摆角检测装置大多数可分为接触式检测和非接触型检测。现有的一种接触式检测装置主要是通过吊绳摆动带动摆架8转动,再在相应的摆角编码器上进行测量,但是这种检测装置的准确性不高,尤其是当摆角比较小时,不易检测出小的摆角信息。非接触式检测装置常通使用激光角度仪,此类仪器角对工作环境要求较高,价格昂贵,分辨率不高,易受干扰。

并且,现有的桥吊检测装置基本上都是针对单吊具桥吊设计的,由于新型桥吊具有两个可以单独起升的吊具,所以上面提到的摆角检测装置很难分别同时测出它们的摆角。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于偏振片的桥吊摆角检测装置,当桥吊的吊绳摆动时会带动轻质摆架上相连的第二偏振片一同转动，线线偏振光穿过第二偏光片之后入射到光电检测器,该光电检测器用于将入射到该光电检测器的光转换成电流并输出,其中所述线线偏振光的偏振方向与所述第二偏振片的预期偏振方向一致；通过信号处理装置的分析计算将结果传送至桥吊自动防摇系统中完成桥吊的自动防摇，也可以传送到桥吊驾驶室，工人操作参考。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于偏振片的吊具摆动角度测量装置，该装置应用于桥吊，该桥吊包括大车机构、小车机构、吊绳、吊具和吊具起升电机，该装置包括：

摆架，其中，所述吊绳的自由端贯穿所述摆架后与所述吊具连接；

盒体，具有容纳空间；

第二偏振片，可转动地安装在所述容纳空间内，其中，所述第二偏振片的第一侧用于接收射入的线偏振光，该线偏振光从所述第二偏振片的第二侧射出，所述第二偏振片的第二侧设置的光电检测器用于接收该射出的线偏振光；

传动组件，其第一端安装在第二偏振片上，其第二端安装在所述摆架上；

当所述吊具摆动时，连接所述吊具的所述吊绳带动所述摆架摆动，所述摆架通过所述传动组件带动所述第二偏振片转动，其中，转动后的所述第二偏振片的偏振方向发生变化。

可选地，该装置还包括：

线偏振光发生装置，用于向所述第二偏振片的第一侧射入线偏振光，该线偏振光发生装置包括：

可以直接发出线偏振光的第一光源。

可选地，该装置还包括：

线偏振光发生装置，用于向所述第二偏振片的第一侧射入线偏振光，该线偏振光发生装置包括：

第二光源；以及

第一偏振片，位于所述第二光源与所述第二偏振片之间，所述第二光源发出的光穿过所述第一线偏振片后形成线偏振光；

当所述吊具未摆动时，所述第一偏振片的偏振方向与所述第二偏振片的偏振方向相同；当所述吊具摆动时，所述第一偏振片的偏振方向与所述第二偏振片的偏振方向不同。

可选地，可转动地安装在所述容纳空间内的所述第二偏振片始终平行于所述第一偏振片。

可选地，所述摆架的摆动轴与所述第二偏振片的转动轴同轴。

另一方面，本发明还公开了一种基于偏振片的吊具摆动角度测量系统，该系统包括两个如上述基于偏振片的吊具摆动角度测量装置，两个吊具摆动角度测量装置分别用于测量同一个吊具在两个方向上的摆角。

可选地，其中一个吊具摆动角度测量装置中的摆架与其中另一个吊具摆动角度测量装置中的摆架相互垂直。

可选地，其中一个吊具摆动角度测量装置中的摆架包围其中另一个吊具摆动角度测量装置中的摆架。

可选地，该系统还包括：

信号处理装置，与两个所述光电检测器连接；所述信号处理装置根据两个所述光电检测器的输出电流分别来计算两个第二偏振片的转动角度,根据两个第二偏振片的转动角度计算出所述吊具的摆动角度。

再一方面，本发明还公开了一种多吊具桥吊，该桥吊包括至少一个吊具，各吊具分别对应地安装有一如上述的吊具摆动角度测量系统。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点之一：

本发明的摆角检测装置避免了吊绳摆角接触式测量的磨损、不易维护等外部因素的影响。具有准确、高效、实时性强的优点，还可以适用多吊具的摆角检测问题，结构简单，使用简单，成本低。

附图说明

图1是本发明一实施例中桥吊的结构示意图；

图2是本发明一实施例中基于偏振片的吊具摆动角度测量系统6的结构示意图；

图3是本发明一实施例中基于偏振片的吊具摆动角度测量装置的结构示意图；

图4是本发明一实施例中基于偏振片的吊具摆动角度测量装置的工作原理图；

图5是本发明一实施例中双吊具桥吊在测量摆角时的流程图。

具体实施方式

以下结合附图1～5和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、基于偏振片的吊具摆动角度测量装置、物品或者现场设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、基于偏振片的吊具摆动角度测量装置、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、基于偏振片的吊具摆动角度测量装置、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1，图1是本实施例中桥吊的结构示意图。该桥吊包括大车机构15、小车机构1以及至少一个吊具。对于具有多吊具的桥吊而言，各吊具可以独立工作，也可以共同互锁工作。

本实施例中，对于吊具的数量以及是否在每个吊具上分别设置一吊具摆动角度测量系统不作具体限定，图1中仅以吊具的数量为两个且两个吊具(17、18)上分别设置吊具摆动角度测量系统(6、7)进行举例说明。

大车机构15的下端设有第一移动机构16，大车机构15可通过该第一移动机构16在地面上移动。小车机构1和大车机构15之间设有第二移动机构14，小车机构1通过该第二移动机构14可滑动地安装在大车机构15上。

需要指出的是，第一移动机构16和第二移动机构14均为现有装置，在此不再赘述。本实施例中，对于第一移动机构16和第二移动机构14的结构不作具体限定，本实施例仅以附图1所示的具体结构进行举例说明。

请参阅图1，各吊具(17或18)分别对应地设有一吊具起升电机(4或5)、一吊绳(12或13)以及一基于偏振片的吊具摆动角度测量系统(6或7)，小车机构1为吊具起升电机(4、5)和基于偏振片的吊具摆动角度测量系统(6、7)的搭载平台。吊绳(12或13)的一端绕设于对应的吊具起升电机(4或5)的输出端连接的转轴(10、11)上，该吊绳(12或13)的另一端为自由端，该自由端与其对应的吊具(17或18)连接，吊具起升电机(4或5)负责吊具(17或18)与负载的升降运动。

当桥吊的一吊绳(12或13)发生摆动时，该吊绳(12或13)对应的吊具摆动角度测量系统(6或7)可高效、准确地测量出该吊绳(12或13)的摆角，并将实时测量到的摆角发送至桥吊自动防摇系统，桥吊自动防摇系统完成桥吊的自动防摇。

同时，也可以将该实时测量到的摆角发送至桥吊驾驶室，相关技术人员可参考该摆角进行人工操作。

请参阅图2，该基于偏振片的吊具摆动角度测量系统(6或7)用于测量一吊具(17或18)在两个方向上的摆角，并将其在两个方向上的摆角进行合成，得到该吊具(17或18)实际的摆角。该基于偏振片的吊具摆动角度测量系统(6或7)具体包括两个基于偏振片的吊具摆动角度测量装置，两个吊具摆动角度测量装置(6、7)均与信号处理装置2连接。

该信号处理装置2包括电压放大器、整流滤波器及A/D转换器，电压放大器的输入端与偏振检测电路连接，电压放大器的输出端依次连接整流滤波器、A/D转换器，之后输出给摆角合成计算机3。

为了简化篇幅，本实施例仅以图1中的吊具摆动角度测量系统6(请参阅图1的左侧)中的一个吊具摆动角度测量装置进行举例说明。

请参阅图3，图3是本实施例中基于偏振片的吊具摆动角度测量装置6的结构示意图。该吊具摆动角度测量装置6具体包括一摆架8、一盒体24、一第二偏振片21以及一传动组件。

该摆架8通过摆动轴可转动地安装在小车机构1的下表面，摆架8的摆动轴与所述第二偏振片21的转动轴同轴。该摆架8为半圆型轻质摆架，轻质材料设计可以减小摆架8对吊绳的阻力，使该摆架8在摆动时与吊绳具有较高的一致性，该一致性指的是摆架8的摆角与吊绳或吊具的摆角之间的误差小于设定值。该摆架8具有一光滑开缝，以供吊绳12穿过。

该盒体24具有容纳空间，该盒体24可为黑盒子。

第二偏振片21的第一侧用于接收射入的线偏振光，该线偏振光从所述第二偏振片21的第二侧射出，所述第二偏振片21的第二侧设置的光电检测器22用于接收该射出的线偏振光。当所述第二偏振片21转动至任一角度时，所述光电检测器22可测得该角度对应的光照强度，根据第二偏振片21在该角度以及初始位置分别对应的光照强度可计算出所述吊绳的摆角。

其中，该传动组件的第一端安装在第二偏振片21上，其第二端安装在所述摆架8上，所述传动组件的第一端与所述传动组件的第二端相对设置。

当吊具摆动时，连接所述吊具的吊绳带动所述摆架8摆动，所述摆架8通过所述传动组件带动所述第二偏振片21转动，其中，转动后的所述第二偏振片21的偏振方向发生变化。

本实施例中，该基于偏振片的吊具摆动角度测量装置还包括：

线偏振光发生装置，用于向所述第二偏振片21的第一侧射入线偏振光。

本实施例中，线偏振光发生装置包括：

第二光源19，位于所述容纳空间内；以及

第一偏振片20(或称标准偏振片)，位于所述第二光源19与所述第二偏振片21之间；当所述吊具未摆动时，所述第一偏振片20的偏振方向与所述第二偏振片21的偏振方向相同；当所述吊具摆动时，所述第一偏振片20的偏振方向与所述第二偏振片21的偏振方向不同，二者的偏振方向相交；当第二光源19发出的光穿过所述第一线偏振片后形成线偏振光。

在其他实施例中，该线偏振光发生装置是可以直接发出线偏振光的第一光源19，该第一光源19可为激光器。

其中，可转动地安装在所述容纳空间内的所述第二偏振片21始终平行于所述第一偏振片20。

请参阅图1和图2，图1中的吊具摆动角度测量系统6中的另一个吊具摆动角度测量装置与上述的吊具摆动角度测量装置大致相同，仅在摆架9的位置及规格上有些许区别(下文仅描述吊具摆动角度测量系统6的两个吊具摆动角度测量装置之间的不同之处，相同之处不再赘述)，具体区别为：摆架8与摆架9相交，且摆架8和摆架9中一个包围其中的另一个。

请参阅图2，本实施例中的基于偏振片的吊具摆动角度测量系统6中的吊绳12的自由端先后贯穿对应的两个吊具摆动角度测量装置的摆架(8、9)上的开缝后与所述吊具17连接，且其中的一个摆架8与其中的另一个摆架9相交。

两个吊具摆动角度测量装置中的一个用于测量一个吊具17在第一方向上的摆角，另一个用于测量同一个吊具17在第二方向上的摆角，所述第一方向与所述第二方向相交。

当吊绳12发生摆动时，会带动其对应的两个摆架(8、9)一起摆动，进而将吊具17的摆角转化为x轴、y轴各自轴向的转动，其中，x轴对应第一方向，y轴对应第二方向。

优选地，其中一个吊具摆动角度测量装置中的摆架8与其中另一个吊具摆动角度测量装置中的摆架9垂直设置。

优选地，其中一个吊具摆动角度测量装置中的摆架8包围其中另一个吊具摆动角度测量装置中的摆架9，且二者刚好相切。

本实施例中，基于偏振片的吊具摆动角度测量系统6中的信号处理装置2与两个吊具摆动角度测量装置中的光电检测器22连接；所述信号处理装置2根据两个所述光电检测器22的输出电流分别来计算两个所述第二偏振片21的转动角度,根据两个第二偏振片21的转动角度计算出所述吊具的摆动角度。

请参阅图5，图5是本实施例中双吊具桥吊在测量摆角时的流程图。双吊具桥吊工作时，首先由驾驶室发出工作指令信号,小车运动,桥吊第一吊具17和第二吊具18开始运行时,引起吊绳摆动,当吊绳摆动时,会带动轻质摆架88的摆动,由于下面的两片偏振片20、21是固定的,所以会产生偏振片偏振方向变化,进而导致光照强度变化,将光电检测检测的电流的变化值传送给信号处理装置22,2对信号进行前置放大、A/D转换等处理,进而传输进入摆角合成计算机33进行合成计算，分别得到第一吊具17和第二吊具18各自的摆角值。吊具的摆角值被传输至驾驶室内的桥吊显示器,供桥吊操作员提供参考,同时提供给桥吊防摇/同步控制器作为桥吊控制的反馈信息。

请参阅图4，光源发出的光穿过第一偏振片20形成的标准线偏振光的光强A

第一偏振片20的偏振方向为在图上所示的方向,第二偏振片21的初始偏振方向与第一偏振片20相同,第二偏振片21的实际偏振方向由于轻质连杆的转动与预期偏振方向之间可能偏光片后形成的标准线偏振光穿过第二偏振片21,相当于穿过一偏振片,因此，从第二偏振片21透射的光的光强满A

光电池的输出电流I

I

其中,K为所述光电池的入射光强和输出电流的比值,K的值例如可以从光电池的使用手册中查询获得，为已知值。

在公式(1)中,K为已知值,光源的光强A的值也可通过查询或测量而获得,这里,K和A的值均可以被预先存储在处理器中，光电池与处理器连接,在光源发出的光穿过依次所述第一偏振片20和第二偏振片21入射到光电池之后,处理器可以检测出光电池的输出电流I

同样的方法得到另一个方向上的角度θ

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。