一种链条受力检测方法及其系统

技术领域

本发明涉及链条检测领域内的拉力检测方法及其系统。

背景技术

链条一般为金属的链环或环形物，多用作机械传动、牵引。用来障碍交通通道的链形物(如在街道中、河流或港湾入口处)，机械上传动用的链子。由于链条在使用时会承受较大的力，因此为了避免链条在使用时发生断裂等情况，需要在链条出厂前进行检测。现有技术中，采用拉力机分段检测，对链条的链条每一段都进行一次拉力检测，检测结束后，检测人员手持专用卡尺随机抽取几段测量该段的形变量，若是超过误差范围，则将其划分为不合格品，降级使用，若是不超过，则认定为合格品。但是这样做，不能对链条全段都进测量，容易出现漏检误检的情况，检测精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种链条受力检测方法及其系统，能够链条的全段进行精确的检测，不会出现漏检和误检的情况，检测精度高。

为实现上述目的，本发明提供了一种链条受力检测方法，包括以下内容，步骤1，初始设定，根据待检测的同一批次的链条的规格型号，设定拉力的上限报警值HI和下限报警值LO；步骤2，链条的分段检测；步骤3，结果判断。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，能够对链条进行分段检测，并且每一段都能够检测出链条的应变力，将应变力与上限报警值HI和下限报警值LO作比较，从而精确判断出链条每一段是否合格，能够链条的全段进行精确的检测，不会出现漏检和误检的情况，检测精度高。

作为本发明的进一步改进，步骤2的具体内容如下，

步骤2.1，将链条化分为若干段，链条第一段的前端与拉力机的前夹具相连，装有拉力传感器的后夹具与链条第一段的后端相连，链条每段的距离与前夹具的移动距离相等；

步骤2.2，拉力机对链条施加拉力，持续设定的时间长度，在这一过程中，链条第一段在承受拉力的同时产生应力，应力被拉力传感器检测并转化为差分电压信号；

步骤2.3，上述差分电压信号经过模拟信号调理单元进行放大降噪处理，再传递给模拟信号转换单元处理，转化为数字信号，并最终输出到处理单元；

步骤2.4，处理单元将采集到的数字信号处理后转化为实际拉力值，在显示单元上实时显示，同时也会判断所采集到的链条第一段的应力值是否超过设定的上限报警值HI，若超过则上限报警灯发出报警，若应力值小于上限报警值则上限报警灯不发出报警，无论是否报警，均进入下一步；

步骤2.5，后夹具松开链条，前夹具则拉动链条朝前移动设定的距离，之后前夹具松开链条，后夹具则夹住链条第二段的后端，前夹具则向后移动至链条第二段的前端并将其加紧，在这一过程中，前一段链条的应力值通过处理单元与下限报警值进行比较，若该应力值小于下限报警值，则下限报警灯发出报警并停机，若应力值大于下限报警值，则下限报警灯不报警，继续第二段的检测；

步骤2.6，重复上述步骤，直到链条最后一段检测结束，同时单片机也会记录并保存所有的检测数据。

这样，拉力传感器安装在后夹具上，通过后夹具与链条连接，拉力机的前夹具则可以前后一定设定的距离，前夹具夹住链条被测段的前端，后夹具夹夹住链条被测段的后端，后夹具固定不动，前夹具给链条一个向前的拉力，从而使得该段链条内部产生应变力，该应变力则被后夹具上的拉力传感器感应到，从而将该数据传递给处理单元，通过处理单元处理转化为实际的力值与上限报警值HI和下限报警值LO作比较，并将结果保存，一段测量完成，则进行下一段测量，直到链条全段测量结束，从而实现链条全段应变力的检测。

作为本发明的进一步改进，步骤2中，应力值小于下限报警值，发出报警停机，此时需要检测人员用专用卡尺对发出下限报警值的该段链条进行测量，检测其是否发生形变，无论形变量是否超过限定值，均消除警报，在该段链条做好标记，继续下一次检测；若未发生形变，则需要检查拉力机是否出现故障，在消除故障后，重新进行检测。

这样可以排除设备故障等原因造成的误报警，并且还能够精确判断具体那段链条发生形变，形变量是否超过限定值。

作为本发明的进一步改进，步骤3中判断的结果具体如下，

3.1，若是链条全段超过都出现上限值报警，则将其品级上调一档；

3.2，若是链条全段中出现了下限值报警，并且所有的形变量均未超过限定值，则该链条作为本品级的合格品；

3.3，若是链条全段中出现了下限值报警，并且其中至少一个形变量超过限定值，则将该链条的品级下调一档；

3.4，若是链条全段没有发生任何报警，则该链条作为本品级的合格品。

这样将最终结果分为多个情况，按照不同的要求对链条进行品级划分，从而更准确得确定链条的品级。

为实现上述目的，本发明提供了一种链条受力检测系统，包括拉力传感器，拉力传感器与模拟信号调理单元相连，模拟信号调理单元与模拟信号转换单元相连，模拟信号转换单元与处理单元相连，处理单元分别与显示器、报警单元以及继电控制单元相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，能够通过拉力传感器测量链条的应变力，将其经过调理，转换，给到处理单元，并将最终数据在显示器上显示，而且一旦发生报警，可以通过报警单元发出警报，继电控制单元能够对外发出报警信号。

作为本发明的进一步改进，模拟信号调理单元包括AD8221ARM芯片，AD8221ARM芯片的4号脚以及1号脚分别与拉力传感器的3号脚和4号脚相连，AD8221ARM芯片的7号脚与运放U17A的3号脚相连，运放U17A的2号脚与1号脚相连，运放U17A的1号脚与运放U17B的5号脚相连，运放U17B的6号脚7号脚相连，运放U17B的7号脚与模拟信号转换单元相连。

这样通过AD8221ARM芯片将拉力传感器的传输的信号进行放大，再通过滤波降噪和降低阻抗后得到稳定的放大信号。

作为本发明的进一步改进，模拟信号转换单元包括AD7192芯片，处理单元包括STM32F411CEU6 芯片，AD7192芯片的11号脚与运放U17B的7号脚相连，AD7192芯片的3号脚和4号脚分别与STM32F411CEU6 芯片的15号脚和14号脚相连，AD7192芯片的22号脚、23号脚以及24号脚分别与STM32F411CEU6 芯片的18号脚、16号脚以及17号脚相连。

这样可以将稳定的放大信号从模拟量信号转化为数字量信号，从而可以输入至处理单元的单片机STM32F411CEU6 芯片，最终通过计算得出实际的应变力值。

作为本发明的进一步改进，继电控制单元包括上限报警电路和下限报警电路；上限报警电路包括光耦U13，光耦U13的2号脚与STM32F411CEU6 芯片的25号脚相连，光耦U13的3号脚与三极管Q10的集电极相连并接地，光耦U13的4号脚经电阻R41与三极管Q9的集电极相连，光耦U13的4号脚还分别与三极管Q9的基极和三极管Q10的基极相连，三极管Q9的发射极与三极管Q10的发射极相连，三极管Q10的发射极与电阻R47的一端相连，电阻R47的另一端分别与二极管D10的正极以及继电器U12的2号脚相连，二极管D10的负极与继电器U12的9号脚相连，继电器U12的1号脚与输出端子座J3的6号脚相连；

下限报警电路包括光耦U10，光耦U10的2号脚与STM32F411CEU6 芯片的26号脚相连，光耦U10的3号脚与三极管Q5的集电极相连并接地，光耦U10的4号脚经电阻R24与三极管Q3的集电极相连，光耦U10的4号脚还分别与三极管Q3的基极和三极管Q5的基极相连，三极管Q3的发射极与三极管Q5的发射极相连，三极管Q5的发射极与电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端分别与二极管D9的正极以及继电器U9的2号脚相连，二极管D9的负极与继电器U9的9号脚相连，继电器U9的1号脚与输出端子座J3的3号脚相连。

这样在采集数据的过程中，一旦应变力值超过上限报警值，则其继电器U12的常闭端变为常开，而U12的常闭端则根据需求决定是否与拉力机的PLC连接，从而通过U12的常闭端给PLC发出报警信号；同理一旦应变力值低于下限报警值，则其继电器U9的常闭端变为常开，而U9的常闭端则与拉力机的PLC连接，从而通过U9的常闭端给PLC发出报警信号，一旦PLC接收到下限报警信号，则必然控制拉力机停机，进行相关的检测。

作为本发明的进一步改进，继电控制单元还包括消除报警电路和工作使能电路，消除报警电路包括光耦U5，光耦U5的3号脚与STM32F411CEU6 芯片的20号脚相连，光耦U5的2号脚接地，光耦U5的4号脚经电阻R11与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极与三极管Q1的基极之间连接有电阻R6，三极管Q1的基极经电阻R7分别与二极管TVS6以及输入开关J4的1号脚相连；

工作使能电路包括光耦U8，光耦U8的3号脚与STM32F411CEU6 芯片的19号脚相连，光耦U8的2号脚接地，光耦U8的4号脚经电阻R21与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极与三极管Q2的基极之间连接有电阻R18，三极管Q2的基极经电阻R19分别与二极管TVS8以及输入开关J4的3号脚相连。

这样在发生警报后，需要消除警报时，则可以按下输入开关的消除报警开关，从而将报警消除，按下工作使能开关，则可以开始进行应变力值的采集。

作为本发明的进一步改进，报警单元包括电源灯LED1、通讯灯LED2、下限报警灯LED3、上限报警灯LED4以及工作运行灯LED5；电源灯LED1的负极接地，电源灯LED1的正极接电源；通讯灯LED2的正极接电源，通讯灯LED2负极与磁珠FB5一端相连，磁珠FB5的另一端与STM32F411CEU6 芯片的42号脚相连，磁珠FB5的两端分别经电容C17和电容C27接地；

下限报警灯LED3的正极接电源，下限报警灯LED3负极与磁珠FB6一端相连，磁珠FB6的另一端与STM32F411CEU6 芯片的43号脚相连，磁珠FB6的两端分别经电容C18和电容C78接地；限报警灯LED4的正极接电源，限报警灯LED4负极与磁珠FB7一端相连，磁珠FB7的另一端与STM32F411CEU6 芯片的45号脚相连，磁珠FB7的两端分别经电容C79和电容C80接地；工作运行灯LED5的正极接电源，工作运行灯LED5负极与磁珠FB8一端相连，磁珠FB8的另一端与STM32F411CEU6 芯片的46号脚相连，磁珠FB8的两端分别经电容C81和电容C82接地。

这样电源灯，系统上电红灯常亮；通讯灯，系统和上位机通过RS485网关通讯，通讯正常，绿灯闪烁，不通讯不亮；运行灯，运行开始采集力值，运行绿灯常亮。工作使能开关断开，运行绿灯不亮；而上限报警灯正常不亮，只有发出上限报警时才亮，下限报警灯正常不亮，发出下限报警时才亮。

附图说明

图1为本发明结构框图。

图2为本发明应变力波形与信号的关系图。

图3为本发明模拟信号调理单元电路图。

图4为本发明模拟信号转换单元电路图。

图5为本发明处理单元电路图。

图6为本发明上限报警电路和下限报警电路。

图7为本发明消除报警电路和工作使能电路。

图8为本发明报警单元电路图。

实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1-2所示的一种链条受力检测方法，其特征在于：包括以下内容，

步骤1，初始设定，根据待检测的同一批次的链条的规格型号，设定拉力的上限报警值HI和下限报警值LO；

步骤2，链条的分段检测；

步骤2.1，将链条化分为若干段，链条第一段的前端与拉力机的前夹具相连，装有拉力传感器的后夹具与链条第一段的后端相连，链条每段的距离与前夹具的移动距离相等；

步骤2.2，拉力机对链条施加拉力，持续设定的时间长度，在这一过程中，链条第一段在承受拉力的同时产生应力，应力被拉力传感器检测并转化为差分电压信号；

步骤2.3，上述差分电压信号经过模拟信号调理单元进行放大降噪处理，再传递给模拟信号转换单元处理，转化为数字信号，并最终输出到处理单元；

步骤2.4，处理单元将采集到的数字信号处理后转化为实际拉力值，在显示单元上实时显示，同时也会判断所采集到的链条第一段的应力值是否超过设定的上限报警值HI，若超过则上限报警灯发出报警，若应力值小于上限报警值则上限报警灯不发出报警，无论是否报警，均进入下一步；

步骤2.5，后夹具松开链条，前夹具则拉动链条朝前移动设定的距离，之后前夹具松开链条，后夹具则夹住链条第二段的后端，前夹具则向后移动至链条第二段的前端并将其加紧，在这一过程中，前一段链条的应力值通过处理单元与下限报警值进行比较，若该应力值小于下限报警值，则下限报警灯发出报警并停机，若应力值大于下限报警值，则下限报警灯不报警，继续第二段的检测；

步骤2.6，重复上述步骤，直到链条最后一段检测结束，同时单片机也会记录并保存所有的检测数据。

应力值小于下限报警值，发出报警停机，此时需要检测人员用专用卡尺对发出下限报警值的该段链条进行测量，检测其是否发生形变，无论形变量是否超过限定值，均消除警报，在该段链条做好标记，继续下一次检测；若未发生形变，则需要检查拉力机是否出现故障，在消除故障后，重新进行检测。

步骤3，结果判断。

3.1，若是链条全段超过都出现上限值报警，则将其品级上调一档；

3.2，若是链条全段中出现了下限值报警，并且所有的形变量均未超过限定值，则该链条作为本品级的合格品；

3.3，若是链条全段中出现了下限值报警，并且其中至少一个形变量超过限定值，则将该链条的品级下调一档；

3.4，若是链条全段没有发生任何报警，则该链条作为本品级的合格品。

如图1-8所示的一种链条受力检测系统，其特征在于：包括拉力传感器，拉力传感器与模拟信号调理单元相连，模拟信号调理单元与模拟信号转换单元相连，模拟信号转换单元与处理单元相连，处理单元分别与显示器、报警单元以及继电控制单元相连。

模拟信号调理单元包括AD8221ARM芯片，AD8221ARM芯片的4号脚以及1号脚分别与拉力传感器的3号脚和4号脚相连，AD8221ARM芯片的7号脚与运放U17A的3号脚相连，运放U17A的2号脚与1号脚相连，运放U17A的1号脚与运放U17B的5号脚相连，运放U17B的6号脚7号脚相连，运放U17B的7号脚与模拟信号转换单元相连。

模拟信号转换单元包括AD7192芯片，处理单元包括STM32F411CEU6 芯片，AD7192芯片的11号脚与运放U17B的7号脚相连，AD7192芯片的3号脚和4号脚分别与STM32F411CEU6芯片的15号脚和14号脚相连，AD7192芯片的22号脚、23号脚以及24号脚分别与STM32F411CEU6 芯片的18号脚、16号脚以及17号脚相连。

继电控制单元包括上限报警电路和下限报警电路；上限报警电路包括光耦U13，光耦U13的2号脚与STM32F411CEU6 芯片的25号脚相连，光耦U13的3号脚与三极管Q10的集电极相连并接地，光耦U13的4号脚经电阻R41与三极管Q9的集电极相连，光耦U13的4号脚还分别与三极管Q9的基极和三极管Q10的基极相连，三极管Q9的发射极与三极管Q10的发射极相连，三极管Q10的发射极与电阻R47的一端相连，电阻R47的另一端分别与二极管D10的正极以及继电器U12的2号脚相连，二极管D10的负极与继电器U12的9号脚相连，继电器U12的1号脚与输出端子座J3的6号脚相连。

下限报警电路包括光耦U10，光耦U10的2号脚与STM32F411CEU6 芯片的26号脚相连，光耦U10的3号脚与三极管Q5的集电极相连并接地，光耦U10的4号脚经电阻R24与三极管Q3的集电极相连，光耦U10的4号脚还分别与三极管Q3的基极和三极管Q5的基极相连，三极管Q3的发射极与三极管Q5的发射极相连，三极管Q5的发射极与电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端分别与二极管D9的正极以及继电器U9的2号脚相连，二极管D9的负极与继电器U9的9号脚相连，继电器U9的1号脚与输出端子座J3的3号脚相连。

继电控制单元还包括消除报警电路和工作使能电路，消除报警电路包括光耦U5，光耦U5的3号脚与STM32F411CEU6 芯片的20号脚相连，光耦U5的2号脚接地，光耦U5的4号脚经电阻R11与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极与三极管Q1的基极之间连接有电阻R6，三极管Q1的基极经电阻R7分别与二极管TVS6以及输入开关J4的1号脚相连。

工作使能电路包括光耦U8，光耦U8的3号脚与STM32F411CEU6 芯片的19号脚相连，光耦U8的2号脚接地，光耦U8的4号脚经电阻R21与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极与三极管Q2的基极之间连接有电阻R18，三极管Q2的基极经电阻R19分别与二极管TVS8以及输入开关J4的3号脚相连。

报警单元包括电源灯LED1、通讯灯LED2、下限报警灯LED3、上限报警灯LED4以及工作运行灯LED5；电源灯LED1的负极接地，电源灯LED1的正极接电源；通讯灯LED2的正极接电源，通讯灯LED2负极与磁珠FB5一端相连，磁珠FB5的另一端与STM32F411CEU6 芯片的42号脚相连，磁珠FB5的两端分别经电容C17和电容C27接地。

下限报警灯LED3的正极接电源，下限报警灯LED3负极与磁珠FB6一端相连，磁珠FB6的另一端与STM32F411CEU6 芯片的43号脚相连，磁珠FB6的两端分别经电容C18和电容C78接地；限报警灯LED4的正极接电源，限报警灯LED4负极与磁珠FB7一端相连，磁珠FB7的另一端与STM32F411CEU6 芯片的45号脚相连，磁珠FB7的两端分别经电容C79和电容C80接地；工作运行灯LED5的正极接电源，工作运行灯LED5负极与磁珠FB8一端相连，磁珠FB8的另一端与STM32F411CEU6 芯片的46号脚相连，磁珠FB8的两端分别经电容C81和电容C82接地。

本发明中，设定拉力传感器激励电源5V，传感器属于交流电桥形式，根据灵敏度计算，得到输出量程+/-10mV（5*2.0025）。通过模拟信号调理电路中的AD8221ARM利用精密(0.1%)电阻R60将输入信号放大125倍，得到信号+/-1.25V.由于6脚属于偏置电压，输出信号是在2.5V +/-1.25V.接着经过R61和C23组成一阶滤波器，降低输入高频噪声，经过U17A同向跟随到U17B输入正端，主要是为了输出阻抗小，降低后级输入阻抗要求，U17B由运放组成二阶低通滤波器，设置截止频率1K,防止输入有高频信号，影响输出精度，最终得到信号电压为2.5V+/-1.25V。

上述信号从AIN1输入至模拟信号转换电路，由于REFIN+接的是2.5V，REFIN-接的是AGND，则信号量程是+/-2.5V，也就是AIN和AINCOM之间输入信号的电压范围在+/-2.5V内。AINCOM固定为2.5V，AIN电压为2.5+/-1.25V.所以AIN和AINCOM之间压差为+/-1.25V.对应满量程的一半，也是1.25V对应2.5V，-1.25V对应2.5V.AD7192将采集到数据按照刻度表一一对应最终由DOUT这个引脚送出数据到处理单元的STM32F411CEU6 芯片进行转化计算处理。

例如，采集到的AIN和AINCOM之间压差为1V,按照2V计算，AD7192的位数使用的是20bit,满量程是+/-2.5V,刻度表总数是2^20=1048576,那么分辨率是[（2.5+2.5）/2^20]=4.77uV 2V对应的数字量十进制为419430.4，那么STM32F411CEU6 芯片就能通过计算419430.4*4.77uV近似2V，最后在2V/2=1V，得到实际输出值，该实际输出值则通过STM32F411CEU6 芯片计算转为实际的力值，从而能够与上限报警值和下限报警值作比较。

检测时，将被测链条的前端送入拉力机中，由拉力机的前夹具夹住，拉力机的后夹具则夹住链条第一段的末端，使得安装在后夹具上的拉力传感器与链条接触，执行“工作使能”开关，闭合开关采集链条的应变力值（由于链条在承受拉力机的拉力，内部会产生对应的应变力，拉力机的拉力是恒定的，而应变力则会在设定的拉力检测时间内不断增加，直到即将发生形变时达到峰值；一旦发生形变，应变力会降低，或者后夹具松开链条后，应变力也会下降）。如图2所示，在检测的时间范围内，应变力会零不断增大，最终需要进行对比的应变力值即为处于波峰位置的值。

数据的采集和分析判断分两个阶段，第一个阶段是该段链条在检测时间内被施加拉力，由拉力传感器检测数据并传递给处理单元，该过程中所采集的应变力只与设定的上限报警值对比；而第二阶段则是后夹具松开链条，前夹具向前拉动链条移动预先设定的距离后（即将之前已经测试后的链条拖走，同时将下一段被测链条输送上来），松开链条，重新向后移动回到初始位置，夹住链条的下一段前端，在这个阶段中，处理单元会将测量出的上一段链条的应变力值与下限报警值做对比。

在第一阶段时，采集过程判断采集应变力值有无超设定上限报警值，上限报警值的设定可以在显示屏上设定。如果超过上限，则上限报警指示灯红灯常亮，同时上限继电器常闭端变为常开，若是上限继电器常闭端与拉力机的PLC连接，则可以通过上限继电器U12向拉力机的PLC发出上限报警信号，同时处理单元也会控制上限报警灯LED4发亮，从而报警提示。不过由于上限报警信号是有益的，因此PLC不会发出停机指令，因此上限继电器常闭端也可不与拉力机的PLC相连；如果采集的应变力值低于上限报警值，则不会发出报警。无论是否发出上限报警，均会进入第二阶段。

第二阶段中，处理单元会将采集的应变力值与设定的下限报警值作比较，如果低于下限报警值，则处理单元发出指令，使得下限报警指示灯LED3常亮，同时下限继电器U9常闭端变为常开，下限继电器的常闭端与拉力机的PLC相连，这样会向PLC发出下限报警，从而使得PLC下达停机指令。之所以会选择在第二阶段进行下限报警检测，是因为该段链条在第一阶段的检测过程中会在前期的时候应变力值是小于下限报警值的，这样会触发莫误报警，为了跳过这段报警，所以才会改在拉力传感器断开检测后进行对比。出现下限报警则需要去检查，找到报警原因（通过人工测量该段链条的形变量，或者排查是否设备故障）后则通过消除报警开关，所有的报警灯会熄灭，消除报警执行下一段链条的测试。

在整个链条都检测完成后，根据处理单元判断的结果，对链条的品级做出判定，具体情况如下：

若是链条全段超过都出现上限值报警，则将其品级上调一档。

若是链条全段中出现了下限值报警，并且所有的形变量均未超过限定值，则该链条作为本品级的合格品。

若是链条全段中出现了下限值报警，并且其中至少一个形变量超过限定值，则将该链条的品级下调一档。

若是链条全段没有发生任何报警，则该链条作为本品级的合格品。

本发明能够通过拉力传感器检测链条每一段在收到拉力机的拉力后的应变力，通过将应变力的峰值与上限报警值以及下限报警值对比，从而全面的判断整个链条的受力情况，从而判断出链条是否为该品级下的合格品，检测精度高，准确性高，不会出现漏检和错检的问题。

本发明不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。