CN105698758A - 海上风电钢桩垂直度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海上风电钢桩垂直度测量装置及方法，该装置包括双轴倾斜仪、第一数传电台、用于根据双轴倾斜仪的测量数据计算显示并存储风电钢桩垂直度和径向高度差信号的误差反馈装置，双轴倾斜仪通过第一减震器设置于打桩锤上的一个平面上，该平面平行于打桩锤的打桩平面，第一数传电台通过第二减震器设置于打桩锤上，第一数传电台通过无线发射天线与误差反馈装置进行数据交换。本发明提供的海上风电钢桩垂直度测量装置及方法能够真正实现对风电钢桩垂直度的全程监控，提高了打桩效率，为调整风电钢桩的垂直度提供可靠的数值依据。
Description
技术领域
本发明涉及海上打桩技术领域，特别是涉及一种海上风电钢桩垂直度测量装置及方法。
背景技术
目前，根据海上风电钢桩打桩施工的要求，需要控制单根桩的垂直度(坡度)在千分之三以内。
常规的测量方法是，利用经纬仪观测桩的边缘，以确定桩在某一方向上的倾斜程度。这种测量方法至少要架设两台仪器，在互相垂直的两个方向上同时进行观测，其缺点显而易见：1、不能在打桩过程中进行全程观测，只能在打桩之前和某一阵后停锤观测；2、因只能观测桩的边缘，所以局限于观测桩的同径段，对于变径段无法准确观测；3、由于整根桩的圆度并不均匀，局部观测误差难以避免；4、因频繁停锤观测，降低了施工效率。
还有一种测量方法是利用激光扫描雷达，在水平方向对桩进行多点扫描，这种方法需要至少两台激光雷达，在严格垂直的方向上隔开一定的距离安装，需要建造上下两个安装平台。这种方法虽然能够实现全程测量，但仍存在缺点：1、造价高昂，安装调试难度大；2、对变径段无法准确测量；3、由于整根桩的圆度并不均匀，测量误差无法避免；4、由于仪器需要在垂直方向上隔开一定距离安装，如果桩顶标高低于最上层仪器的标高，就无法测量。
因此，需要提供一种海上风电钢桩垂直度测量装置及方法以解决上述技术问题。
发明内容
本发明提供一种海上风电钢桩垂直度测量装置及方法，以实现对风电钢桩垂直度的全程高精度的监测，为风电钢桩垂直度的调整提供可靠的数值依据，提高打桩的工作效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是提供一种海上风电钢桩垂直度测量装置，包括双轴倾斜仪、用于对测量数据进行协议转换处理的第一数传电台、用于根据双轴倾斜仪的测量数据计算显示并存储风电钢桩垂直度误差和径向高度差信号的误差反馈装置，双轴倾斜仪通过第一减震器设置于打桩锤上的一个平面上，所述平面平行于打桩锤的打桩平面，第一数传电台通过第二减震器设置于打桩锤上，第一数传电台上设置无线发射天线，双轴倾斜仪电连接第一数传电台，第一数传电台通过无线发射天线与误差反馈装置进行数据交换。
优选，所述误差反馈装置包括用于对接收到的倾斜角度数据进行协议转换解析的第二数传电台、无线接收天线、用于计算显示并存储风电钢桩垂直度误差和径向高度差的数据计算服务器，无线接收天线、数据计算服务器电连接第二数传电台。
优选，所述双轴倾斜仪和第一数传电台之间利用RS-232通讯协议进行数据传输，所述第二数传电台和数据计算服务器之间利用RS-232通讯协议进行数据传输。
根据上述任一项所述的海上风电钢桩垂直度测量装置，优选所述第一减震器包括安装箱不锈钢外壳、安装箱压板和安装箱盖板，双轴倾斜仪通过弹簧设置在安装箱压板和安装箱不锈钢外壳内底面形成的空间中，双轴倾斜仪包括外壳、顶板和倾斜仪电路，顶板盖在外壳上，倾斜仪电路设置在外壳内，外壳内灌注有电子灌封胶。
优选，所述第二减震器包括不锈钢安装箱和钢丝绳减震单元，所述第一数传电台设置于不锈钢安装箱内，不锈钢安装箱四个底脚分别通过钢丝绳减震单元连接在打桩锤上，其中，双轴倾斜仪和第一数传电台设置于打桩锤的同一个平面上，所述平面平行于打桩锤的打桩平面。
优选，所述不锈钢安装箱内设置有可充电锂电池，所属可充电锂电池电连接第一数传电台和双轴倾斜仪。
为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是提供一种海上风电钢桩垂直度测量方法，包括步骤：
S1、吊起打桩锤吊打风电钢桩上顶面安装的替打，设置在打桩锤的一个平面上的双轴倾斜仪产生两个相互垂直方向上的倾斜角度，所述的一个平面与打桩平面相平行；
S2、启动误差反馈装置以无线接收来自双轴倾斜仪的倾斜角度数据；
S3、误差反馈装置利用倾斜角度数据计算显示并存储风电钢桩的倾斜数据和径向高度差；
S4、判断所述径向高度差是否在预设范围内，若是，回到步骤S1，若否，则执行步骤S5；
S5、停止打桩锤并根据风电钢桩的倾斜数据手动调整风电钢桩的抱桩器油缸的位置以使得风电钢桩的垂直度回到预设的范围内，并架设经纬仪对风电桩垂直度测量验证，直到风电钢桩的垂直度调整到允许范围内，回到步骤S1。
优选步骤S1之前进一步包括步骤a1、将打桩锤打桩平面调整到水平状态，测出双轴倾斜仪的倾斜角度，以该倾斜角度对误差反馈装置进行标定，使得误差反馈装置利用该倾斜角度计算出的风电钢桩的垂直度达到预设的标准值。
本发明的有益效果是：1、真正实现风电钢桩垂直度全程监测和为风电钢桩垂直度的调整提供可靠的数值依据；2、安装简单、实现方便、造价低廉；3、能够提高风电钢桩垂直度的控制精度；4、提高打桩效率。
附图说明
图1是本发明的第一优选实施例的海上风电钢桩垂直度测量装置中打桩锤、双轴倾斜仪及第一数传电台安装示意图；
图2是本发明的第一优选实施例的海上风电钢桩垂直度测量装置的工作原理示意图；
图3是本发明的海上风电钢桩垂直度测量装置的双轴倾斜仪安装箱的第一优选实施例的结构示意图；
图4是本发明的海上风电钢桩垂直度测量装置的双轴倾斜仪的第一优选实施例的结构示意图；
图5是本发明的海上风电钢桩垂直度测量装置的第一数传电台的第一优选实施例的结构示意图；
图6是本发明的海上风电钢桩垂直度测量方法的第一优选实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合图示对本发明的技术方案进行详述。
请参看图1所示，本发明的海上风电钢桩垂直度测量装置的第一优选实施例，包括双轴倾斜仪1、第一数传电台2、用于根据双轴倾斜仪1的测量数据计算显示并存储风电钢桩3垂直度和径向高度差信号的误差反馈装置4，双轴倾斜仪1通过第一减震器设置于打桩锤5的一个平面上，该平面平行于打桩锤5的打桩平面，第一数传电台2通过第二减震器设置于打桩锤5上。在实际的打桩过程中，风电钢桩3桩面上设置替打6，打桩锤5是打在替打6上进而间接作用在风电钢桩3上的。
如图2所示，本实施例中，第一数传电台2上设置无线发射天线21，双轴倾斜仪1和第一数传电台2电连接，第一数传电台2对双轴倾斜仪1的测量数据进行协议转换处理之后通过无线发射天线21传输给误差反馈装置4，误差反馈装置4根据双轴倾斜仪1测量数据生成风电钢桩3的垂直度和径向高度差信号，使得工作人员能够通过误差反馈装置4的显示屏很直观的看到风电钢桩3虚拟模型的倾斜情况以及抱桩器油缸的位置，另外可以通过监测风电钢桩3的径向高度差时间曲线图，从而可以直观的知道径向高度差的大小值变化，及时发现径向高度差超出预警线，从而及时手工调整抱桩器的位置使得风电钢桩3的垂直度调整到允许范围内。由于，误差反馈装置4能够对计算的数据和模拟数据进行保存，因此能够全程追溯风电钢桩3的倾斜度信息的监测及调整状况。
本实施例能够在打桩锤5打桩的过程中自动测量打桩锤5上设置的双轴倾斜仪1的倾斜角度，因此免去了人工测量的复杂过程，且无需打桩一次，停下来用经纬仪对钢桩进行直接测量一次，从而节省了时间，提高了打桩效率，相较于传统的用两台经纬仪直接测量风电钢桩3的垂直度成本要低。
本实施例中，是利用打桩锤5上设置的双轴倾斜仪1的两个相互垂直方向的倾斜角度来间接测量打桩锤5的打桩平面的倾斜角度的。在实际中，很难做到打桩锤5的打桩平面与双轴倾斜仪1的测量面严格平行，存在一定的误差。为了消除这个误差，就需要对打桩锤5进行标定，使得打桩锤5的打桩平面变成双轴倾斜仪1的测量面。
标定方法如下：将打桩锤5的打桩平面调整成水平状态，记录双轴倾斜仪1的倾斜角度数据，将记录的数据作为标定值输入误差反馈装置4的计算软件中，此时计算软件计算出的风电钢桩3的垂直度应该为预设的标准值，表明此时打桩平面已经是测量面了。因此通过误差反馈装置4读取到的经过标定的双轴倾斜仪1的测量数据即是打桩平面的倾斜数据。
验证方法为：将打桩锤5随意放置，使其具有一个小的倾角，记录当前的误差反馈装置4的计算软件显示的风电钢桩3的第一倾斜角度。保持打桩锤5的当前的倾斜角度，并使打桩锤5水平旋转180度，此时误差反馈装置4的计算软件显示的风电钢桩3第二倾斜角度应该与第一倾斜角度绝对值相等，符号相反，表明标定正确。
实际应用中，采用以上的方法实现起来可能比较困难，可以采用一种变通的方法进行标定。先用常规测量方法打好一根桩，保持打桩锤5在桩上的状态，利用经纬仪等常规仪器反复测量桩的倾角值，反算标定值，将反算出的标定值输入误差反馈装置4的计算软件，使软件计算出的倾斜角度与经纬仪观测的倾斜角度相同。这样，经过多次反复测量和微调，也能达到正确标定的目的。
请进一步参看图2，本实施例优选误差反馈装置4包括用于对接收到的倾斜角度数据进行协议转换解析的第二数传电台41、无线接收天线42、用于计算显示并存储风电钢桩垂直度误差和径向高度差的数据计算服务器43，数据计算服务器43和无线接收天线42电连接第二数传电台41。其中，第一数传电台2通过无线发射天线21将数据无线发送给无线接收天线42，无线接收天线42接收到的数据经由第二数传电台41处理之后输入数据计算服务器43进行数据计算模拟。其中，数据计算服务器43可以是台式机电脑，也可以是笔记本电脑，甚至也可以是其他类型的数据计算机器，本发明对此不做限制。
更进一步的，本实施例优选双轴倾斜仪1和第一数传电台2之间利用RS-232通讯协议进行数据传输，第二数传电台41和数据计算服务器43之间同样利用RS-232通讯协议进行数据传输。当然在本发明的其他实施例中，也可以用其他的通讯协议来替代RS-232通讯协议，本发明对此不作限制。
在本发明的海上风电钢桩垂直度测量、控制装置的所有实施例中，由于双轴倾斜仪1和第一数传电台2安装在打桩锤5上，因锤击时冲击力强大，会产生很强烈的震动，所以必须对设备进行减震处理。本发明的实施例中，优选双轴倾斜仪1和第一数传电台2安装在打桩锤5上的平行于打桩平面的一个平面上。
如图3所示，对于第一减震器11优选包括不锈钢安装箱外壳111、安装箱压板112和安装箱盖板113，双轴倾斜仪1通过弹簧114设置在安装箱压板112和不锈钢安装箱外壳111内底面形成的空间中。请参看图6，双轴倾斜仪1包括外壳115、顶板116和倾斜仪电路，顶板116盖在外壳115上，倾斜仪电路设置于外壳内。其中，为了防止电路板松动，在双轴倾斜仪1的外壳115内部灌注了电子灌封胶，其中的电子灌封胶优选HCY5299电子灌封胶。由于，打桩锤5受到的冲击力通过弹簧114减震以及电子灌封胶的减震作用得到很大程度的削弱，因此最终作用到双轴倾斜仪1的冲击力已经很小，不足以对双轴倾斜仪1造成损坏。当然也可以用其他方式对双轴倾斜仪1进行减震，同样在本发明的保护范围之内。
如图4所示，对于第二减震器22优选包括不锈钢安装箱221和钢丝绳减震单元222，第一数传电台2设置于不锈钢安装箱221内部，不锈钢安装箱221四个底脚分别通过钢丝绳减震单元222连接到打桩锤5上。同样，第二减震器22也可以是其他结构的减震器，对此不做限制。
请进一步参看图4，优选不锈钢安装箱221内部设置有可充电锂电池23，所述可充电锂电池23电连接第一数传电台2和双轴倾斜仪1，进一步优选采用10安时可充电锂电池。
请参看图5所示，本发明的海上风电钢桩垂直度测量方法的第一优选实施例，包括步骤：
S1、吊起打桩锤吊打风电钢桩上顶面安装的替打，设置在打桩锤的平面上的双轴倾斜仪产生两个相互垂直方向上的倾斜角度，其中，所述的平面与打桩平面相平行，由于实际中，双轴倾斜仪的测量数据难以等于打桩平面的垂直度数据，因此需要对双轴倾斜仪测量数据进行标定，具体的标定过程在本发明的海上风电钢桩垂直度测量、控制装置的实施例中已经做了描述，对此不再赘述，同样的，双轴倾斜仪安装方式及减震方式在此也不再赘述；
S2、启动误差反馈装置以无线接收来自双轴倾斜仪产生的倾斜角度数据；
S3、误差反馈装置利用倾斜角度数据计算显示并存储出风电钢桩的倾斜数据和径向高度差；
S4、判断所述径向高度差是否在预设的范围内，若是，则回到步骤S1，若否，则执行步骤S5；
S5、停止打桩锤并根据风电钢桩的倾斜数据手动调整风电钢桩的抱桩器油缸的位置以使得风电钢桩的垂直度回到预设的范围内，并架设经纬仪对风电桩垂直度测量验证，直到风电钢桩的垂直度调整到允许范围内，回到步骤S1。
本实施例优选在步骤S1之前进一步包括步骤a1、将打桩锤打桩平面调整到水平状态，测出双轴倾斜仪的倾斜角度，以该角度对误差反馈装置进行标定，使得误差反馈装置利用该倾斜角度计算出的风电钢桩的垂直度达到预设的标准值。其中，对于预设的标准值，并不限于零值，只要在预设的一个允许的范围内即可。
本发明的海上风电钢桩的抱桩器优选包括相互间隔的四个油缸，工作人员根据误差反馈装置计算出的误差数据调整油缸的位置和/或抱合方向，进而调整风电钢桩的垂直度。当然，油缸的个数不限于4个还可以更多个，对此不作限制。
本发明提供的海上风电钢桩垂直度测量装置及方法，能够真正实现对风电钢桩垂直度的全程监测和精准控制，且装置的安装简单方便，造价低廉，提高了打桩效率，且利用误差反馈装置能够实现测量数据的保存及回放，可实现风电钢桩垂直度测量及控制的全程追溯。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种海上风电钢桩垂直度测量装置，其特征在于：包括双轴倾斜仪、用于对测量数据进行协议转换处理的第一数传电台、用于根据双轴倾斜仪的测量数据计算显示并存储风电钢桩垂直度误差和径向高度差信号的误差反馈装置，双轴倾斜仪通过第一减震器设置于打桩锤上的一个平面上，所述平面平行于打桩锤的打桩平面，第一数传电台通过第二减震器设置于打桩锤上，第一数传电台上设置无线发射天线，双轴倾斜仪电连接第一数传电台，第一数传电台通过无线发射天线与误差反馈装置进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的海上风电钢桩垂直度测量装置，其特征在于：所述误差反馈装置包括用于对接收到的倾斜角度数据进行协议转换解析的第二数传电台、无线接收天线、用于计算显示并存储风电钢桩垂直度误差和径向高度差的数据计算服务器，无线接收天线、数据计算服务器电连接第二数传电台。
3.根据权利要求2所述的海上风电钢桩垂直度测量装置，其特征在于：所述双轴倾斜仪和第一数传电台之间利用RS-232通讯协议进行数据传输，所述第二数传电台和数据计算服务器之间利用RS-232通讯协议进行数据传输。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的海上风电钢桩垂直度测量装置，其特征在于：所述第一减震器包括安装箱不锈钢外壳、安装箱压板和安装箱盖板，双轴倾斜仪通过弹簧设置在安装箱压板和安装箱不锈钢外壳内底面形成的空间中，双轴倾斜仪包括外壳、顶板和倾斜仪电路，顶板盖在外壳上，倾斜仪电路设置在外壳内，外壳内灌注有电子灌封胶。
5.根据权利要求1-3任一项所述的海上风电钢桩垂直度测量装置，其特征在于：所述第二减震器包括不锈钢安装箱和钢丝绳减震单元，所述第一数传电台设置于不锈钢安装箱内，不锈钢安装箱四个底脚分别通过钢丝绳减震单元连接在打桩锤上，其中，双轴倾斜仪和第一数传电台设置于打桩锤的同一个平面上，所述平面平行于打桩锤的打桩平面。
6.根据权利要求5所述的海上风电钢桩垂直度测量装置，其特征在于：所述不锈钢安装箱内设置有可充电锂电池，所属可充电锂电池电连接第一数传电台和双轴倾斜仪。
7.一种海上风电钢桩垂直度测量方法，其特征在于，包括步骤：
S1、吊起打桩锤吊打风电钢桩上顶面安装的替打，设置在打桩锤的一个平面上的双轴倾斜仪产生两个相互垂直方向上的倾斜角度，所述的一个平面与打桩平面相平行；
S2、启动误差反馈装置无线接收来自双轴倾斜仪的倾斜角度数据；
S3、误差反馈装置利用倾斜角度数据计算显示并存储风电钢桩的倾斜数据和径向高度差；
S4、判断所述径向高度差是否在预设范围内，若是，回到步骤S1，若否，则执行步骤S5；
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8.根据权利要求7所述的海上风电钢桩垂直度测量方法，其特征在于：所述步骤S1之前进一步包括步骤a1、将打桩锤打桩平面调整到水平状态，测出双轴倾斜仪的倾斜角度，以该倾斜角度对误差反馈装置进行标定，使得误差反馈装置利用该倾斜角度计算出的风电钢桩的垂直度达到预设的标准值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160622 |