CN104294759A - 铁路桥梁智能检测装置 - Google Patents

Abstract

铁路桥梁智能检测装置，以在不干扰行车、检查时间不受天窗点控制的情况下，实现对铁路混凝土桥梁结构表面的病害检查。它包括：自动行走小车，其上设置有图像分析处理装置；支撑臂及旋转机构，安装于自动行走小车；水平悬臂及旋转机构，设置于支撑臂及旋转机构的顶端；伸缩立臂及伸缩机构，设置于水平悬臂及旋转机构的外端；横臂及收放机构，设置于伸缩立臂及伸缩机构的下端；扫描成像装置，固定设置于水平悬臂及旋转机构上，其采集的图像传送至图像分析处理装置。

Description

铁路桥梁智能检测装置

技术领域

本发明涉及一种铁路桥梁，特别涉及铁路桥梁智能检测装置。

背景技术

根据国家“十二五”规划，到2015年，全国铁路运营里程将达到12万公里，并且随着国民经济的发展，新建的高速铁路、城际铁路以及各类型铁路线路持续投入运营也将不断刷新这个数字。值得注意的是，在各类铁路线路特别是高速铁路线路中，桥梁在线路总长中的占比往往较大，例如，全长1318公里的京沪高铁，桥梁总长占线路总里程的比例达到80％，因此，桥梁的结构安全是铁路运营安全的控制性因素之一。而针对铁路桥梁的结构要求和特点，结合经济安全性方面的考虑，混凝土桥梁成为了铁路桥梁最常用的结构形式，在现有的铁路桥梁中占有很大的比例，混凝土桥梁的开裂和钢筋锈蚀等问题也就成为了保证铁路桥梁运营安全不容回避的关键问题。

常规性的检查和修补是确保铁路混凝土桥梁结构安全的有效方式之一，目前国内外进行桥梁检查的方式主要有两种，第一种是在铁路线路的天窗时间内，利用桥面轨道上行驶的专用桥梁检查车，伸出检修臂环绕到桥梁底部，由检修人员对梁底进行检修；第二种方式就是在墩台梁底设置围栏、吊篮和检查梯，天窗时间内，检查人员爬到墩台顶或梁底进行检修。

以上两种检修方式均能实现对桥梁结构的常规检修，但是也均存在着以下几点相同的弊端和不足：第一，检修作业必须在天窗时间内进行，并且天窗时间大多在晚上，作业时间和现场条件严重受限，随着铁路线路的愈发高效运营，天窗时间也将面临逐步压缩的趋势，给天窗时间内铁路桥梁的检修造成更大的压力；第二，两类方式均采用检修人员人工作业的方式，尽管可以采用相关的仪器设备，但是人工检查主观因素大，难免出现漏检的区域或者检查深度不够的情况，无法保证铁路桥梁结构安全隐患的全面排除；第三，作业效率低，由于天窗时间较短，检修作业的前期准备和后期撤离工作时间占比相应较大，加上作业期间重型机械臂的伸缩或者吊篮的移动行进等，使得实际有效的检修时间将大幅缩小；第四，实时性差，发现问题时不能及时地进行分析、判断和预警。

综上所述，随着铁路混凝土桥梁建设规模和标准的不断提高，桥梁检修面临着更高的要求和挑战，一方面，传统的包括裸眼观测、利用刻度尺和放大镜等简单人工检查方法日益凸显出不足和缺陷，检测效率难以保证；另一方面，面对检修工作量的迅速增加，现有的常规检修方法已然无法满足相关要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路桥梁智能检测装置，以在不干扰行车、检查时间不受天窗点控制的情况下，实现对铁路混凝土桥梁结构表面的病害检查。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的铁路桥梁智能检测装置，其特征是它包括：自动行走小车，其上设置有图像分析处理装置；支撑臂及旋转机构，安装于自动行走小车；水平悬臂及旋转机构，设置于支撑臂及旋转机构的顶端；伸缩立臂及伸缩机构，设置于水平悬臂及旋转机构的外端；横臂及收放机构，设置于伸缩立臂及伸缩机构的下端；扫描成像装置，固定设置于水平悬臂及旋转机构上，其采集的图像传送至图像分析处理装置。

本发明的有益效果是，能自动完成铁路混凝土桥梁结构表面的病害检查，大大减少巡检人员的工作强度与工作量；巡检工作不干扰行车、检查时间不受天窗点控制；检查范围全面，可全面覆盖整个梁部结构；采用图像处理识别结构表面状态，避免了偶然疏忽或主观因素，提高检查的精度；检测装置自动行走、自动扫描、图像处理、发现问题及时预警，大大提高了检查的工作效率，具有很好的经济性与适用性。

附图说明

本说明书包括如下十幅附图：

图1是本发明铁路桥梁智能检测装置的结构总图；

图2是本发明铁路桥梁智能检测装置中支撑臂及旋转机构和水平悬臂及旋转机构的结构示意图；

图3是本发明铁路桥梁智能检测装置中伸缩立臂及伸缩机构的结构示意图；

图4是本发明铁路桥梁智能检测装置中横臂及收放机构的结构示意图；

图5至图8是本发明铁路桥梁智能检测装置的动作过程示意图。

图9是本发明铁路桥梁智能检测装置中自动行走小车的结构示意图；

图10是本发明铁路桥梁智能检测装置中自动行走小车的控制系统框图。

图中示出构件及所对应标记的名称：自动行走小车10、轮胎11、后轮驱动系统12、电器柜13、电池组14、电器柜15、转向电机16、前轮悬挂转向系统17；支撑臂及旋转机构20、上支撑臂21、下支撑臂22、第一电机23、第一减速机24；水平悬臂及旋转机构30、水平悬臂31、第二电机23、第二减速机24；伸缩立臂及伸缩机构40、上臂41、中臂42、下臂43、第三电机44、卷扬机45、钢索46；横臂及收放机构50、剪刀撑51、第四电机52、丝杆53、螺母54；扫描成像装置60。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的铁路桥梁智能检测装置包括：自动行走小车10，其上设置有图像分析处理装置；支撑臂及旋转机构20，安装于自动行走小车10；水平悬臂及旋转机构30，设置于支撑臂及旋转机构20的顶端；伸缩立臂及伸缩机构40，设置于水平悬臂及旋转机构30的外端；横臂及收放机构50，设置于伸缩立臂及伸缩机构40的下端；扫描成像装置60，固定设置于水平悬臂及旋转机构30上，其采集的图像传送至图像分析处理装置。自动行走小车10可在桥梁两侧的人行道上自动或遥控行走，由搭载扫描成像装置60获取桥梁结构表面的图像信息，然后通过内置图像分析处理装置对采集图像进行处理分析，对桥梁结构的裂缝、剥落、渗水等桥梁病害进行综合评估，实时反馈评估结果和检测细节报告给工务部门以便及时维修。

自动行走小车10内置平衡压重块、图像分析处理装置及预警平台、小车定位装置等。支撑臂及旋转机构20、水平悬臂及旋转机构30、伸缩立臂及伸缩机构40和横臂及收放机构50的目的是通过不同的旋转、伸缩动作，使扫描成像装置60位于合适的工作位置，并在自动行走小车10行走过程中使扫描成像装置60的安装构件避开接触网立柱、避车台等障碍，均可以采用多种形式的机械旋转、伸缩和传动结构，图2至图3示出的只是其中一种结构较为简单和动作可靠的结构。

参照图2，所述支撑臂及旋转机构20、上支撑臂21、下支撑臂22和第一电机23，下支撑臂22与自动行走小车10固定连接，第一电机23经第一减速机24与上支撑臂21传动连接。参照图3，所述伸缩立臂及伸缩机构40和相套装的上臂41、中臂42、下臂43，以及安装于上臂41上端由第三电机44驱动的卷扬机45，钢索的下端作用于下臂43的上端。参照图4，所述横臂及收放机构50包括剪刀撑51和由丝杆53、螺母54构成的丝杆螺母机构；丝杆53安装在下臂43上，由第四电机52驱动；剪刀撑51的内端的两根支臂分别与下臂43、螺母54铰接。

参照图9，自动行走小车10包括轮胎11、后轮驱动系统12、电器柜13、电池组14、电器柜15、转向电机16和前轮悬挂转向系统17。采用轮胎式行走方式，前轮为悬挂式轮胎，具有减震，转向功能。后轮为整轴驱动，配套减速机的电机带动后轴转动，从而驱动小车行走。基于对桥检车走形平台的考虑，小车的整体减振设计分为前后轮两部分减震系统。其中前轮减震采用独立悬挂系统，连接车体与前车轮，从而实现减震目的。后轮则采用减震器与车体、车轴直接相连，从而实现减震目的。为了实现小车转弯，采用电机带动转向拉杆的方式，拉动与车轮固连的羊角偏转一定角度，进而达到转向目的。

参照图10，自动行走小车10的走行自动控制原理是，采用摄像头作为寻线传感器，为了使摄像头获得很好的前方视野，将摄像头安装在车体前部高处，从而捕获车体前方足够丰富的路线信息，实现线路预判，这是视觉方案在寻线速度上大大优于光电传感器方案的关键。

在地面绘制高对比度的线路，通过视频采集，提取视频中的白线位置。由于视频图像简单，视频处理算法采用边缘检测算法，获取视频图像中的“白变黑”和“黑变白”的黑线边缘位置。同时，通过计算两个边缘位置的距离，判断“白线”宽度，过滤其他干扰。摄像头采集到的信号是一系列方波信号，即使经过分频也不能生成坐标信息，所以用计数器来对同步信号进行计数，来产生坐标信息，方便下一步处理。

接下来程序开始图像处理工作，将采集到的图像进行灰度处理，以及采用边缘检测算法，过滤掉其他杂物干扰，总结出线相对于车身的位置和变化规律，来调节车身姿态，能够判断出桥检车是在直道、弯道，并根据各种形状道路的特点输出特定的目标转速，实现自动行走的目的。

Claims (5)

1.铁路桥梁智能检测装置，其特征是它包括：自动行走小车(10)，其上设置有图像分析处理装置；支撑臂及旋转机构(20)，安装于自动行走小车(10)；水平悬臂及旋转机构(30)，设置于支撑臂及旋转机构(20)的顶端；伸缩立臂及伸缩机构(40)，设置于水平悬臂及旋转机构(30)的外端；横臂及收放机构(50)，设置于伸缩立臂及伸缩机构(40)的下端；扫描成像装置(60)，固定设置于水平悬臂及旋转机构(30)上，其采集的图像传送至图像分析处理装置。

2.如权利要求1所述的铁路桥梁智能检测装置，其特征是：所述支撑臂及旋转机构(20)包括上支撑臂(21)、下支撑臂(22)和第一电机(23)，下支撑臂(22)与自动行走小车(10)固定连接，第一电机(23)经第一减速机(24)与上支撑臂(21)传动连接。

3.如权利要求2所述的铁路桥梁智能检测装置，其特征是：所述水平悬臂及旋转机构(30)包括水平悬臂(31)和第二电机(23)，第二电机(23)固定安装在上支撑臂(21)的顶端，且通过第二减速机(24)与水平悬臂(31)的内端传动连接。

4.如权利要求3所述的铁路桥梁智能检测装置，其特征是：所述伸缩立臂及伸缩机构(40)包括相套装的上臂(41)、中臂(42)、下臂(43)，以及安装于上臂(41)上端由第三电机(44)驱动的卷扬机(45)，钢索(46)的下端作用于下臂(43)的底端。

5.如权利要求4所述的铁路桥梁智能检测装置，其特征是：所述包括横臂及收放机构(50)剪刀撑(51)和由丝杆(53)、螺母(54)构成的丝杆螺母机构；丝杆(53)安装在下臂(43)上，由第四电机(52)驱动；剪刀撑(51)的内端的两根支臂分别与下臂(43)、螺母(54)铰接。