一种对地震检波器用弹簧片进行自动检测与分选的系统

摘要

本发明涉及一种对地震检波器用弹簧片进行自动检测与分选的系统，包括控制器系统，测量机构和分选机构，其特征在于：测量机构和分选机构在控制系统的控制下同步工作，即当测量机构对当前弹簧片进行检测，并计算弹性系数和支撑力以及弹簧片的分选坐标时，分选机构则将上一次检测完成的弹簧片从承片盘上取走，并根据控制器发送来的弹簧片在分选板上的坐标值，将其挂在分选板相应的挂钉上，在整个测量过程中，当已测弹簧片被取走后，操作者只要将待测弹簧片放在承片盘上，启动测量按钮，此后的检测以及分选过程，无须操作者干预。该系统可一人操作多台，具有精度高，速度快，效率高，操作简单，劳动强度小的优点。

说明书

技术领域：

    本发明涉及地球物理勘探领域，具体地说是一种对地震检波器用弹簧片进行自动检测与分选的系统。

背景技术：

石油勘探用的地震检波器是一种磁电式传感器，在生产过程中，为了最大限度地减小检波器的失真度，要求装入检波器中的上下两个弹簧片，当悬体处于静止状态时，它们两个的支撑面应处在同一个水平面位置上，这样才能根据传感器的谐振频率和芯体的悬体质量，经过对上下弹簧片进行搭配，使装配出的传感器的频率和中心度参数，都符合设计者的要求，为此，就需要对弹簧片处在同一个水平面位置时所具有的支撑力和弹性系数进行检测，弹簧片测试仪正是用于检波器生产中，对生产过程进行控制的一种专用测试设备。

在全球经济高速发展的今天，人们对石油的依赖程度与日俱增，从而促进了石油勘探业的迅猛扩张，而对生产地震检波器的企业来说，机遇与压力并存。具体地说，一只检波器中有两个弹簧片，如何在生产中快速而精确的对弹簧片参数进行检测和分选，往往成了制约产品质量和产量的瓶颈。

申请号为200810041766.9的发明专利，提出了一种弹簧片刚度精密测试仪，用来测量电子天平用的弹簧片的刚度，与本发明原理不同，也不属于同一个领域。

我国检波器生产企业最早引进过国外的弹簧片测试设备，也制造过类似的测试设备，这种设备的核心部件是位移传感器和加力器，加力器是一种电磁式施力部件，当电流通过加力器的线圈时，产生的电磁力带动施力杆，使其沿着测试头轴线方向上下移动，位移传感器对弹簧片产生的变形进行测量。这种测试设备结构复杂，故障率高，现在已经逐步淘汰。

申请号为200510011839.6的发明专利，提出了一种弹簧片自动检测仪，原理上借鉴了国外引进的测量仪，它采用荷重杆将一个标准重量的荷重球放置在待测弹簧片上，用CCD传感器来测量弹簧片的位移，与本发明属于同一领域，但原理不同。

实验室手工检测弹簧片时，将弹簧片放置在电子天平上，用一只千分表的接触头下压弹簧片，当弹簧片处在压平位置时，读取电子天平的显示数据和千分尺的刻度，即可计算出弹簧片的支撑力和弹性系数，这种办法虽然原始，速度慢，只是一种实验室的测量分析手段，无法适应批量化的工业生产，但由此启发工程师们，用电子技术来代替人工操作，实现自动测试，下面两个测试仪就是基于这种原理提出的。

由威海双丰电子集团有限公司于2007年申报的省级科技成果“高精度弹簧片测试仪”，该测试仪主要由步进电机，电子千分尺，测试头，电子天平，固定支架和分选板组成。步进电机是施力部件，与电子千分尺紧固在一起，在测试中，步进电机带动电子千分尺上下移动，与千分尺固定的测试头也随之移动，待测弹簧片的变形力直接由电子天平测出，位移量由千分尺测出，这两个数据被读入工控计算机内，经过计算，在电脑屏幕上显示出支撑力和弹性系数，同时，计算机根据被测弹簧片的位置坐标信息，点亮分选板上的位置指示发光二极管，操作者按照指示位置，将弹簧片挂在对应位置的挂钉上。显然，这个成果所述的测量仪的精度能满足要求，但控制结构不合理，虽然采用了步进电机和工控计算机，都没有真正发挥作用，测量速度也上不去。

由I/O开曼群岛有限公司2009年提出的申请号为200910131591.5的发明专利“检波器弹簧片测试仪”，与以上的测量仪原理相同，省掉了电子千分尺，结构更加合理，但存在一个问题，步进电机加力机构没有零位传感器，虽然电子千分尺保证了力的精度，但由于位移精度的误差，同样会大大影响测量精度，同时，这两个专利都没有解决速度问题，还是由人工将弹簧片放置在分选板上，分选板面积比较大，操作起来既费时费力，又有可能出错。  

通过对以上两个现有技术的分析可知，现有技术存在两大主要问题，一是测量速度慢，效率低，二是测量精度低，这两个也是一对矛盾体。

为解决这个问题，本发明的思路是：优化改进机械和电控结构，在保证测量精度的前提下，把测量时间压缩到最短，即使缩短一两秒时间，都是很可观的进步。但微处理器的运算速度再高，工人操作和机械加力机构总要占用一定的时间，有些不能省，采用分时操作提高速度受到了限制。为进一步缩短时间，本发明人将分时工作改为同时工作，进一步采取了两个措施，第一，自动分选入库：即操作者只负责将待测的弹簧片放在承片盘上，测量完成后，分选机构自动取走弹簧片，这时，操作者就可以放入下一个待测的弹簧片，并启动测量装置开始测试，与此同时，分选机构将取走的弹簧片，自动安放在相应位置的挂钉上，从而达到了测量和分选同时进行的目的。第二，一人操作多台：正是因为有了自动分选机构，才使操作者有时间再给第二、第三个测量装置的承片盘上放置弹簧片，这样就提高了测量速度，也大大减轻了工人的劳动强度。

发明内容：

    本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种对地震检波器用弹簧片进行自动检测与分选的系统，该系统能自动测量地震检波器用弹簧片的弹性系数和支撑力、测量精度高、且能自动分选，效率高，劳动强度低。

本发明可以通过以下措施达到：

一种对地震检波器用弹簧片进行自动检测与分选的系统，包括控制系统，测量机构和分选机构，其特征在于：测量机构在控制系统的控制下，完成对弹簧片的弹性系数和支撑力的测量，并计算出弹簧片的分选坐标，分选机构在控制系统的控制下，完成弹簧片的自动分选定位；测量机构和分选机构同步工作，即当测量机构对当前弹簧片进行检测时，分选机构把上一次检测完成的弹簧片从承片盘上取走，并根据弹簧片的分选坐标值，将其挂在分选板相应位置的挂钉上，在整个测量过程中，当已测弹簧片被取走后，操作者只需将待测弹簧片放置在承片盘上，启动测量按钮，此后的检测及分选过程，无须操作者干预。

所述的测量机构包括固定机架、承片盘、加力步进电机、传动机构、加力杆、称量装置，其特征在于：测量机构还设置了一个零位传感器，每完成一次弹簧片的测量，加力杆都要重新回归零位。

    所述的分选机构包括分选板和一个由X轴传动机构、Y轴传动机构、Z轴传动机构组成的三坐标定位系统，其特征在于：分选板水平安装在三坐标定位系统的工作台面上；在Z轴传动机构的拖板上，安装了一个可随Z轴上下移动的取片叉，该取片叉的两个分叉的前部为带有梢度的楔形状，在分选过程中，取片叉在三坐标定位系统的驱动下，从测量装置的承片盘上提取弹簧片，并把弹簧片移动到分选板的相应挂钉位置，通过脱挂动作，使弹簧片落入挂钉。

所述的控制系统包括测量控制器和分选控制器，其特征在于：测量控制器和分选控制器都是数字式控制器，且通过串行接口交换数据和命令信息；测量控制器控制加力杆给弹簧片施力，读取称重装置的测量值，计算出弹簧片的支撑力和弹性系数，并通过串行接口，把分选坐标信息发送给分选控制器；分选控制器在接到测量控制器发来的弹簧片的分选坐标后，三坐标联动带动取片叉，把弹簧片从承片盘中取出，并快速转放到分选板上相应的挂钉上。

    本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）测量精度高。采用零位传感器，每次测量完成，加力杆都回归到零位，消除了机械传动系统的积累误差。（2）测量速度快，使生产效率成倍提高。采用测量和分选同步自动工作方式，节省了时间，实现了一人操作多台。（3）操作简便，劳动强度小。采用数字化自动控制技术，操作者只要放好弹簧片，按启动按钮，此后的工作都由计算机控制系统自动完成。 

附图说明

附图1为本发明一种对地震检波器用弹簧片自动检测与分选的系统的结构图。

附图2为本发明的一种测量机构的结构图。

附图3为本发明的一种分选机构的结构图。

附图4为本发明的取片过程示意图。

附图5为本发明的挂片过程示意图。

附图6为本发明的一种控制系统结构框图。

附图7为本发明的另一种控制系统结构框图。

附图标记：控制系统1、测量机构2、分选机构3、固定机架4、零位传感器5、承片盘6、加力步进电机7、传动机构8、加力杆9、弹簧片10、荷重传感器11、挂钉12、分选板13、取片叉14、Y轴驱动机构15，X轴驱动机构16、Z轴驱动机构17、上位单片机18、输入按键电路19、显示器20、加力步进电机驱动器21、下位单片机22、工控计算机23、三坐标数控系统24、电子天平25。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如附图1所示，一种对地震检波器用弹簧片进行自动检测与分选的系统，包括控制器系统1，测量机构2，分选机构3。控制系统1用于对测量机构2和分选机构3进行控制。测量机构2在控制系统1的控制下，完成对弹簧片的弹性系数和支撑力的测量，计算出分选坐标。分选机构3在控制系统1的控制下，从测量机构取出弹簧片，并根据其在分选板上的坐标位置，将弹簧片放在相应的挂钉上，完成对弹簧片的分选入库。

如附图2所示为本发明的一种测量机构的结构图，由固定机架4、零位传感器5、承片盘6、加力步进电机7、传动机构8、加力杆9、荷重传感器11组成。加力步进电机7转动，通过传动机构8，使加力杆9从零位传感器5的零位开始，向下运动到预定位置，给弹簧片10加力，荷重传感器11将力量信息传送给控制系统，控制系统计算出支撑力和弹性系数，根据预先设定的分选坐标原点及分档步距，计算出具体分选位置坐标，此后，加力步进电机7带动加力杆9返回零位传感器5的零位，从而消除了机械运动的积累误差，等待操作者启动下一次测量。

如附图3所示为本发明的一种分选机构的结构图，分选板13水平放置在三坐标定位系统的台面上，在其表面上安装有挂钉12，按照10x20等间距垂直布置，在分选入库过程中，分选板13静止不动。X轴传动机构16、Y轴传动机构15和Z轴传动机构17共同组成一个典型的三坐标定位系统，实现对取片叉14的三维空间定位，其中，Y轴传动机构15拖动X轴传动机构16进行左右移动，X轴传动机构16拖动Z轴传动机构17进行前后移动，Z轴传动机构17拖动取片叉14上下移动。

如附图4所示为本发明的取片过程示意图，取片时，取片叉14进入弹簧片10的上下弹面之间的空隙中，然后取片叉14向上运动，将弹簧片10从承片盘6中提起，至此，取片动作完成。取片叉14的前部为带梢度的楔形状，弹簧片10的上下弹面给取片叉14一个回弹力，保证了在分选入库移动过程中，弹簧片10不会从取片叉14中滑落出去。

如附图5所示为本发明的挂片过程示意图，当取片叉14到达相应的挂钉12位置后，取片叉14向下运动，当挂钉12从弹簧片10的中心穿透后，取片叉14停止向下的运动，并向右运动，使取片叉14从弹簧片10中抽出，弹簧片10掉入挂钉12中，一次分选入库动作完成。

    如附图6所示为本发明的一种控制系统结构框图，其中，测量控制器由上位单片机18、显示器20、荷重传感器11、零位传感器5、输入按键电路19、加力步进电机驱动器21、加力步进电机7组成，其中，荷重传感器11采用电阻应变式传感器；分选入库控制器由下位单片机22、X轴驱动机构16、Y轴驱动机构15、Z轴驱动机构17组成。采用单片机控制系统，具有速度快，可靠性高，系统成本低的特点。

控制系统工作过程的分析，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。上位单片机18接到操作者通过输入按键电路19发出的启动命令以后，控制加力步进电机驱动器21，使加力步进电机7转动，通过传动机构8，带动加力杆9从零位传感器5的零位开始，向下运动到预定位置，给放置在承片盘上6的弹簧片10加力，荷重传感器11将代表力量的毫伏电压信号输出给上位单片机18，上位单片机18计算出支撑力和弹性系数，根据预先通过输入按键电路19设定的分选板的坐标原点及分档步距参数，计算出具体分选坐标值，并通过串行接口，把这个坐标信息发送给下位单片机22，此后，上位单片机18驱动加力步进电机7，使加力杆9返回到零位传感器5的零位，等待操作者放入新的弹簧片并启动下一次测量。

下位单片机22在接到上位单片机18发来的分选坐标和入库命令后，给X轴驱动机构16、Y轴驱动机构15和Z轴驱动机构17发出三坐标联动控制信号，使取片叉14到达取片位置，并把取片叉14送入弹簧片10的上下弹面之间的空隙中，然后Z轴驱动系统17向上运动，将弹簧片10从承片盘6中提起，至此，弹簧片10由测量机构2分离出来，转由分选机构3进行处理。

下位单片机22根据分选坐标，给X轴驱动机构16、Y轴驱动机构15和Z轴驱动机构17发出三坐标联动控制信号，将取片叉14快速移动到相应的挂钉12的位置，这时，Z轴驱动系统17向下运动，当挂钉12从弹簧片10的中心穿过后，Z轴驱动系统17停止向下运动，Y轴驱动系统15向右运动，当取片叉14从弹簧片10中抽出时，弹簧片10掉入挂钉12，一次分选入库动作完成，下位单片机22给X轴驱动机构16、Y轴驱动机构15和Z轴驱动机构17发出控制信号，使取片叉14快速返回取片位置，等待下一个入库命令。

如附图7所示为本发明的另一种控制系统结构框图，与图6所述的一种控制系统结构不同之处在于：采用电子天平25取代了图6中的荷重传感器11；采用工业控制计算机23取代了图6中的是上位单片机18；采用三坐标数控系统24取代了图6中的下位单片机22。其中：电子天平25和工业控制计算机23之间采用串行通讯；工业控制计算机23和三坐标数控系统24之间采用串行总线通讯，其余部分相同，控制原理也相同。这种以工控计算机为主体的积木化控制系统，具有良好的人机界面功能。

本发明的主要创新点：

一是采用时分复用原理，测量机构和分选机构同步自动工作，即当测量机构对当前弹簧片进行检测时，分选机构则将上一次检测完成的弹簧片从承片盘上取走，并根据弹簧片的分选坐标位置，自动地将其挂在分选板相应的挂钉上，在整个测量过程中，当已测弹簧片被取走后，操作者只要将待测弹簧片放置在承片盘上，启动测量按钮，此后的检测及分选入库过程，无须操作者干预。

二是在测量装置上设置了一个零位传感器，每完成一次弹簧片的测量，加力杆都要重新回归零位，从而消除了机械运动的积累误差，保证了测量精度。

三是分选机构中设置了一个三坐标定位的取片叉，取片叉的两个分叉结构及前部带有梢度的楔形状，既保证了弹簧片的平衡，还有一定的回弹力，防止了分选入库移动过程中弹簧片的滑落。