CN108006411B - 电加热元件摄像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电加热元件摄像系统,涉及无损检测设备技术领域,解决了无法方便快速的近距离观察和检查电加热元件的技术问题,该电加热元件摄像系统包括柔性锚泊机构、支撑调心机构、机械臂、全方位摄像系统和电加热元件自动寻位系统,支撑调心机构安装在稳压器人孔内,柔性锚泊机构竖直设置在稳压器内部,通过调整位于稳压器人孔外侧的柔性锚泊机构长度实现柔性锚泊机构与支撑板连接时的张紧状态;机械臂设置在柔性锚泊机构上,机械臂能够带动与其连接的全方位摄像系统上下移动、水平转动和竖直摆动;本发明能使全方位摄像系统达到稳压器内任意位置,可实现各个电加热元件的360度全方位检测,为后续维修工作提供图像资料。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测设备技术领域,尤其是涉及一种用于对核电站所使用的电加热式的稳压器中电加热元件近距离观察、检测、扫描、成像的电加热元件摄像系统。
背景技术
稳压器的主要作用是将一回路(RCP)的压力维持在15.5MPa(abs)的整定值上,以防止冷却剂水在一回路中汽化。借助于加热和喷淋来控制水-汽平衡温度,从而保持所要求的主冷却剂压力。当压力出现负波动时,电加热元件产生蒸汽,使反应堆冷却剂系统的压力维持在一个允许的范围内,所以电加热元件长期工作在高温、高压、高辐照条件下,因此容易产生裂纹、腐蚀等缺陷,并可能会引起加热元件组件的肿胀和变形,电加热元件对核电站安全可靠的运行起着十分重要的作用。
在稳压器检修过程中,如何能实现方便快速的近距离观察和检查电加热元件,是急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电加热元件摄像系统,以解决现有技术中存在的无法方便快速的近距离观察和检查电加热元件的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:
本发明提供的一种电加热元件摄像系统,包括柔性锚泊机构、支撑调心机构、机械臂、全方位摄像系统和电加热元件自动寻位系统,其中:
所述支撑调心机构安装在稳压器人孔内,且所述支撑调心机构末端位于稳压器中心线上;
所述柔性锚泊机构竖直设置在稳压器内部,且其下端可拆卸连接在稳压器内部的支撑板中心处,所述柔性锚泊机构上端穿过所述支撑调心机构后延伸出稳压器人孔外侧,通过调整位于稳压器人孔外侧的所述柔性锚泊机构长度实现所述柔性锚泊机构与所述支撑板连接时的张紧状态;
所述机械臂设置在所述柔性锚泊机构上,所述机械臂具有三个自由度,能够带动与其连接的部件上下移动、水平转动和竖直摆动;
所述全方位摄像系统和所述电加热元件自动寻位系统均与所述机械臂连接。所述支撑板包括上下设置的第一支撑板和第二支撑板,所述第一支撑板上开设有供所述柔性锚泊机构下端穿过的开口,所述柔性锚泊机构下端可拆卸连接在第二支撑板板面上,电加热元件竖直穿设在所述第一支撑板和所述第二支撑板上。所述第一支撑板和所述第二支撑板上位于所述电加热元件附件设置有多个过水孔,当需要进行维修检测时,所述全方位摄像系统自所述过水孔内穿过对所述电加热元件进行全方位观察、检测。所述自动寻位系统能在水平方向旋转360度,从而可寻找过水孔位置,根据过水孔位置,机械臂进行调节带动全方位摄像系统准确地从过水孔穿过进行观察检测作业。
为了实现电加热元件的近距离观察,该摄像系统采用远距离柔性锚泊机构、支撑调心机构、多自由度机械臂、全方位摄像系统以及电加热元件自动寻位检测系统组成。该摄像系统从稳压器的人孔进入,由远距离柔性锚泊机构实现整个摄像系统在稳压器内支撑板上的锚泊,上方刚性绳索拉紧,然后驱动多自由度机械臂,利用多自由度耦合,使全方位摄像系统达到稳压器内任意位置,可实现各个电加热元件的360度全方位检测,为后续维修工作提供图像资料。
作为本发明的进一步改进,所述支撑调心机构包括支撑座、导轮和高度调节装置,所述支撑座安装在稳压器人孔内,所述导轮的数量为两个,两个所述导轮分别转动设置在所述支撑座两端,所述高度调节装置设置在所述支撑座和稳压器人孔内壁之间,且所述高度调节装置位于所述支撑座靠近稳压器中心的那一端。
支撑调心机构功能:可以实现自动调心,使整个摄像系统找到稳压器的中心,并为后续的多自由度机械臂自动寻位检测控制提供基准和中心,然后实现整个摄像系统铅垂后的高度方向拉紧;靠近所述支撑座右端的所述导轮在水平面内的投影与稳压器中心重合,通过人孔将远距离柔性锚泊机构前端刚性绳索和导向连杆送入稳压器后,末端刚性绳索通过两个导轮顺序进入。通过设计计算,右侧导轮可使整个柔性锚泊机构处于稳压器中心位置并保持铅垂,这保证了整个摄像系统的径向定位基准;锚泊吸附动作完成后,从稳压器外提拉刚性绳索,可使整个远距离柔性锚泊机构整体向上提拉,可以通过力传感器测量拉紧力的大小,保证在拉紧刚性绳索的同时,不使锚泊吸盘装置脱离第二支撑板。作为本发明的进一步改进,所述高度调节装置为液压缸。所述液压缸的数量为两个,两个所述液压缸并列设置在所述支撑座靠近所述稳压器中心的那一端。所述液压缸能够调节所述支撑座的高度。优选的,两个导轮安装在一个可以绕入口处铰链转动的木板上,木板由两个液压缸推动,实现微调。
作为本发明的进一步改进,所述柔性锚泊机构包括刚性绳索、导向连杆、锁紧机构和吸盘装置,所述导向连杆为空心结构,所述刚性绳索下端穿过所述导向连杆内腔后与所述吸盘装置连接,所述吸盘装置与稳压器内的所述支撑板吸附连接,所述刚性绳索上端依次挂设在两个所述导轮后从人孔处伸出,所述机械臂设置在所述导向连杆上,所述锁紧机构分别设置在所述导向连杆上下两端用于实现所述导向连杆与所述刚性绳索的锁紧和松开。所述刚性绳索与所述吸盘装置连接处设置有力传感器。
本发明通过利用狭小人孔将远距离柔性锚泊机构穿进去,使刚性绳索进入到稳压器内,拉伸刚性绳索后增加整个电加热元件摄像系统送入稳压器后的刚度,并为多自由度机械臂定位和控制提供支撑和基准。导向连杆为中空结构,长度1.6m,导向连杆穿设在刚性绳索上,下部刚性绳索前端连接锚泊吸盘装置,顶部刚性绳索通过支撑调心机构延伸至稳压器外,用于最前端吸盘装置锚泊后整个柔性锚泊机构中中空连杆的拉紧。使用时,吸盘装置、中空连杆和刚性绳索由稳压器顶端人孔顺序进入,通过第一支撑板的开口,直到锚泊吸盘装置到达第二支撑板处;利用锚泊吸盘装置内的气动装置,使锚泊吸盘吸附于第二支撑板上;柔性锚泊机构将刚性绳索和中空导向连杆有机地结合;与刚性连杆机构相比,有效减轻整体系统的重量,而且系统的柔性更好,更加便于安装和拉紧;与绳索机构相比,由于导向连杆的存在,系统的刚性更好,寻位精度更高。因此,综合考虑多种因素,柔性锚泊机构更加简洁轻便易于安装和使用。
作为本发明的进一步改进,所述锁紧机构包括设置在所述导向连杆上方的上锁紧机构和设置在所述导向连杆下方的下锁紧机构,所述上锁紧机构包括第一上锁块、第一外锁罩和第一锁紧液压缸,所述第一上锁块为上小下大的锥台结构,所述第一上锁块穿设在所述刚性绳索上,所述第一上锁块上部开设有十字形凹槽,所述第一外锁罩为中空圆柱体形结构,且所述第一外锁罩下部设置有下座板,所述第一锁紧液压缸设置在所述下座板和所述导向连杆之间,所述第一外锁罩内腔直径小于所述第一上锁块下部外径;所述下锁紧机构包括第二下锁块和第二外锁罩,所述第二下锁块为上大下小的锥台结构,所述第二下锁块穿设在所述刚性绳索上,所述第二下锁块下部开设有十字形凹槽,所述第二外锁罩为中空圆柱体结构,所述第二外锁罩内腔直径小于所述第二下锁块上部直径。导向连杆中空,是沿刚性绳索滑进去的,导向连杆上端和下端有锁紧机构,保证导向连杆在刚性绳索上不会滑动和晃动;下端锁紧机构是一个锁紧环,固定在绳索上,导向连杆滑下来靠重力自然锁紧,上方锁紧机构由两个液压缸回缩实现锁紧。
作为本发明的进一步改进,所述机械臂包括依次连接的上下滑动装置、旋转装置、摆臂装置和摆垂装置,所述上下滑动装置包括套筒、滑动电机、滑动齿轮、滑动齿条和自由轮,所述套筒套设在所述导向连杆外侧,所述自由轮的数量为四个,四个所述自由轮转动设置在所述套筒内壁上,所述滑动电机设置在所述套筒上,所述滑动齿轮设置在所述滑动电机输出轴上,所述滑动齿条沿所述导向连杆长度方向设置,所述滑动齿轮与所述滑动齿条啮合连接;
所述旋转装置包括旋转筒、旋转电机、第一旋转齿轮和第二旋转齿轮,所述旋转筒套设在所述套筒外侧,且所述旋转筒与所述套筒之间设置有轴承,所述旋转电机竖直连接在所述套筒外侧,所述第一旋转齿轮设置在所述旋转电机输出轴上,所述第二旋转齿轮套设在所述旋转筒外侧,所述第一旋转齿轮和所述第二旋转齿轮啮合连接,所述电加热元件自动寻位系统垂直连接在所述旋转筒外侧;
所述摆臂装置铰接在所述旋转筒外侧,所述摆臂装置包括摆臂电机和摆臂,所述摆臂电机与所述摆臂连接,所述摆臂为铰接式平行四边形结构;摆动部分用到了一个平行四边形机构,可以保证摆垂的方向和导向连杆的方向始终平行。
所述摆垂装置包括第一垂杆、第二垂杆、水平转向装置和上下摆动装置,所述第一垂杆上端铰接在所述摆臂末端,所述第二垂杆通过所述水平转向装置与所述第一垂杆下端连接,所述全方位摄像系统通过所述上下摆动装置与所述第二垂杆下端转动连接。
多自由度机械臂功能:多自由度机械臂共四个自由度,四个自由度的配合可实现圆柱形摄像头按要求通过第一支撑板和第二支撑板上φ50的过水孔,并沿电加热元件长度方向上下运动,完成对电加热元件的近距离观察;多自由度机械臂套装在导向连杆上,在上下滑动装置的牵引下,可沿垂直的导向连杆上下滑动;旋转装置可在旋转电机的驱动下,使摆臂绕中空导向连杆360度旋转;电加热元件自动寻位系统为全局摄像头,全局摄像头安装在旋转装置上,可以跟随旋转装置旋转,实现对过水孔的360度全方位观察。关于全局摄像头的参数如下:
该全局摄像头能够通过控制箱面板上的按钮实现摄像头的变倍调焦功能,而且该全局摄像头还具有自动和手动两种亮度调节方式供用户选择,能够对图像的背景亮度进行补偿,从而得到更好的图像质量;摆臂装置可在摆臂电机的驱动下,与导向连杆形成0-90度之间的任意角度;摆垂装置,可在多自由度机械臂各个关节到达位置后,通过铰接式平行四边形结构的摆臂对摆垂装置进行限位,始终保证摆垂装置垂直设置,且保证摆垂装置在上下运动过程中不发生晃动;上下滑动装置、旋转装置和摆臂装置上均安装有位置传感器,可实现对滑动位置、旋转角度和摆动角度的测量。电加热元件自动寻位系统可以根据过水孔分布图,按照观测要求,绕中空导向连杆旋转,在摄像系统协助下,探寻到相应的过水孔后,驱动多自由度机械臂各个关节,各个关节协调配合,实现全方位摄像系统自动进入过水孔,并沿加热元件高度方向上下运动,实现对加热元件的近距离观测。
作为本发明的进一步改进,所述水平转向装置包括设置在所述第一垂杆内腔中的水平转向电机,所述水平转向电机输出轴与所述第二垂杆传动连接。
作为本发明的进一步改进,所述上下摆动装置包括拉线、拉伸电机和复位装置,复位装置为扭簧,所述第二垂杆下端相对的两侧分别向下延伸形成悬臂,所述全方位摄像系统转动连接在两个所述悬臂上,所述拉线一端与所述全方位摄像系统侧壁固定连接,所述拉线与所述全方位摄像系统连接点位于转动连接点下侧,所述拉线另一端与安装在所述第二垂杆内部的所述拉伸电机传动连接,所述拉伸电机通过所述拉线能够带动所述全方位摄像系统沿竖直方向抬起,所述复位装置设置在所述全方位摄像系统与所述悬臂转动连接点之间,所述拉伸电机关闭后所述复位装置能带动所述全方位摄像系统自动恢复到原始竖直位置。
作为本发明的进一步改进,所述上下摆动装置还包括限位绳,所述限位绳两端分别与与两个所述悬臂连接形成对所述全方位摄像系统的限位,防止所述全方位摄像系统向旋转方向相反的方向摆动。所述限位绳可以安装在所述全方位摄像系统前侧,既所述限位绳与所述拉线同侧,且所述限位绳位于所述全方位摄像系统与所述悬臂旋转轴上方,或者所述限位绳安装在所述全方位摄像系统后侧,既所述限位绳与所述拉线位于所述全方位摄像系统相反的两侧,所述限位绳位于所述全方位摄像系统与所述悬臂旋转轴下方。
作为本发明的进一步改进,所述全方位摄像系统为圆柱形摄像头,所述电加热元件自动寻位系统为带有变焦调焦和亮度调节功能的寻位摄像头,所述寻位摄像头竖直方向设置。
全方位摄像系统为圆柱形摄像头,具有变焦扫描功能;圆柱形摄像头安装在摆垂装置最下端,摆垂装置外侧壁上盖合有布线壳,布线壳为半圆形结构,圆柱形摄像头的电源线和数据线通过布线壳延伸到圆柱形摄像头处,摆垂装置长度为1.6m,上下摆动装置能带动圆柱形摄像头抬起和复位,复位过程中由限位绳保证圆柱形摄像头不会转向抬起方向的另一侧,水平转向装置能带动圆柱形摄像头实现360度周向扫描和伸缩调焦功能。圆柱形摄像头不工作时,拉线为松弛状态,扭簧发挥作用,保持圆柱形摄像头的垂直位置;工作时,拉伸电机旋转,带动拉线往上提升,拉线带动圆柱形摄像头绕转轴旋转抬起,进行摄像扫描工作,当不需要工作时,拉伸电机停下,在扭簧的扭力作用下圆柱形摄像头向下旋转恢复竖直状态,由于限位绳的限制,圆柱形摄像头不会像相反方向摆动。由于圆柱形摄像头具有变焦扫描功能,通过机械臂和摆锤装置能够实现四个自由度的移动,所以圆柱形摄像头可以对过水孔周围分布的4个加热元件进行360度周向扫描和上下观测,伸缩调焦功能可以保证得到的图像更加清晰。通过分别穿过不同的过水孔进行观测,圆柱形摄像头的转动可以对每个加热元件的多方位图像进行拼接和分析,可完成对各个电加热元件的360度全方位观测。
本发明电加热元件摄像系统的工作流程如下:
(1)将圆柱形摄像头安装在摆垂装置末端,其电源线和数据线通过布线壳布设在摆垂装置上;
(2)将摆臂收到贴紧导向连杆的位置,保证多自由度机械臂处于收缩状态,以便通过φ400的人孔;
(3)依次将吸盘装置、导向连杆、刚性绳索前端和多自由度机械臂由稳压器顶端人孔顺序进入稳压器。
(4)将支撑调心机构固定于人孔,柔性锚泊机构继续进入稳压器;两个导轮能够保证柔性锚泊机构的刚性绳索处于稳压器径向中心位置并铅垂向下,以便多自由度机械臂的定位和控制,吸盘装置从稳压器的第一支撑架上的φ720开口通过,直到吸盘装置到达第二支撑板处。
(5)利用柔性锚泊机构内的吸盘装置中的气动装置,使吸盘装置吸附于第二支撑板上。
(6)从人孔外拉紧刚性绳索,使整个柔性锚泊机构拉紧,导向连杆拉紧,提高柔性锚泊系统的刚性。
(7)按照观测要求,利用电加热元件自动寻位检测系统,驱动多自由度机械臂,在多个关节的配合下,使圆柱形摄像头自由通过第一支撑板和第二支撑板上的φ50过水孔,并使圆柱形摄像头上下运动进行扫描,完对各个电加热元件的全方位扫描和近距离可变焦观测。
本发明的有益效果为:
1、本发明通过采用柔性锚泊机构具有重量轻、柔性好、便于安装、拉紧、寻位精度高、控制方便灵活的特点。因此,综合考虑多种因素,复合柔性连杆更加简洁轻便易于安装和使用。
2、本发明通过多自由度机械臂,利用多自由度耦合,使全方位摄像系统达到稳压器内任意位置,可实现各个电加热元件的360度全方位检测,为后续维修工作提供图像资料。
3、本发明通过采用平行四边形摆臂机构,可保证摆垂始终与导向连杆平行设置,提高系统运行精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明电加热元件摄像系统放置在稳压器内时的示意图一;
图2是本发明电加热元件摄像系统放置在稳压器内时的示意图二;
图3是本发明电加热元件摄像系统放置在稳压器内时的示意图三;
图4是本发明电加热元件摄像系统放置在稳压器内时的示意图四;
图5是本发明电加热元件摄像系统结构示意图一;
图6是本发明电加热元件摄像系统结构示意图二;
图7是本发明电加热元件摄像系统结构示意图三;
图8是图5中A局部放大图;
图9是图5中B局部放大图;
图10是本发明电加热元件摄像系统中第一外锁罩的俯视图;
图11是图10的C-C剖视图;
图12是本发明电加热元件摄像系统中第一上锁块的俯视图;
图13是图12中D-D剖视图;
图14是本发明电加热元件摄像系统中第一上锁块的立体结构示意图;
图15是本发明电加热元件摄像系统中第二下锁罩的剖视图;
图16是本发明电加热元件摄像系统中导轮的主视图;
图17是本发明电加热元件摄像系统中导轮的立体结构示意图。
图中1、柔性锚泊机构;11、刚性绳索;12、导向连杆;13、锁紧机构;131、上锁紧机构;1311、第一上锁块;1312、第一外锁罩;1313、第一锁紧液压缸;1314、下座板;132、下锁紧机构;1321、第二下锁块;1322、第二外锁罩;14、吸盘装置;2、支撑调心机构;21、支撑座;22、导轮;23、高度调节装置;3、机械臂;31、上下滑动装置;311、套筒;312、滑动电机;313、滑动齿轮;314、滑动齿条;315、自由轮;32、旋转装置;321、旋转筒;322、旋转电机;323、第一旋转齿轮;324、第二旋转齿轮;33、摆臂装置;331、摆臂电机;332、摆臂;34、摆垂装置;341、第一垂杆;342、第二垂杆;3421、悬臂;343、水平转向装置;3431、水平转向电机;344、上下摆动装置;3441、拉线;3442、复位装置;3443、限位绳;3444、拉伸电机;4、全方位摄像系统;5、电加热元件自动寻位系统;100、稳压器;101、人孔;102、支撑板;1021、第一支撑板;1022、第二支撑板;200、电加热元件;300、过水孔;400、开口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
如图1-图4所示,本发明提供了一种电加热元件摄像系统,包括柔性锚泊机构1、支撑调心机构2、机械臂3、全方位摄像系统4和电加热元件自动寻位系统5,支撑调心机构2安装在稳压器100的上部人孔101内,且支撑调心机构2末端位于稳压器100中心线上;柔性锚泊机构1竖直设置在稳压器100内部,且其下端可拆卸连接在稳压器100内部的支撑板102中心处,柔性锚泊机构1上端穿过支撑调心机构2后延伸出稳压器100的人孔101外侧,通过调整位于稳压器100人孔101外侧的柔性锚泊机构1长度实现柔性锚泊机构1与支撑板102连接时的张紧状态;机械臂3设置在柔性锚泊机构1上,机械臂3具有三个自由度,能够带动与其连接的部件上下移动、水平转动和竖直摆动;全方位摄像系统4和电加热元件自动寻位系统5均与机械臂3连接。支撑板102包括上下设置的第一支撑板1021和第二支撑板1022,第一支撑板1021上开设有供柔性锚泊机构1下端穿过的开口400,柔性锚泊机构1下端可拆卸连接在第二支撑板1022板面上,电加热元件200竖直穿设在第一支撑板1021和第二支撑板1022上。第一支撑板1021和第二支撑板1022上位于电加热元件200附件设置有多个过水孔300,当需要进行维修检测时,全方位摄像系统4自过水孔300内穿过对电加热元件200进行全方位观察、检测。电加热元件自动寻位系统5能在水平方向旋转360度,从而可寻找过水孔300位置,根据过水孔300位置,机械臂3进行调节带动全方位摄像系统4准确地从过水孔300穿过进行观察检测作业。
为了实现电加热元件的近距离观察,该摄像系统采用远距离柔性锚泊机构1、支撑调心机构2、多自由度机械臂3、全方位摄像系统4以及电加热元件自动寻位检测系统5组成。该摄像系统从稳压器100的人孔101进入,由远距离柔性锚泊机构1实现整个摄像系统在稳压器100内支撑板102上的锚泊,上方刚性绳索11拉紧,然后驱动多自由度机械臂3,利用多自由度耦合,使全方位摄像系统4达到稳压器100内任意位置,可实现各个电加热元件200的360度全方位检测,为后续维修工作提供图像资料。
如图5-图7所示,支撑调心机构2包括支撑座21、导轮22和高度调节装置23,支撑座21安装在稳压器100人孔101内,导轮22的数量为两个,两个导轮22分别转动设置在支撑座21两端,高度调节装置23设置在支撑座21和稳压器100的人孔101内壁之间,且高度调节装置23位于支撑座21靠近稳压器100中心的那一端。支撑调心机构2功能:可以实现自动调心,使整个摄像系统找到稳压器100的中心,并为后续的多自由度机械臂3自动寻位检测控制提供基准和中心,然后实现整个摄像系统铅垂后的高度方向拉紧;靠近支撑座21右端的导轮22在水平面内的投影与稳压器100中心重合,通过人孔101将远距离柔性锚泊机构1前端刚性绳索11和导向连杆12送入稳压器100后,末端刚性绳索11通过两个导轮22顺序进入。通过设计计算,右侧导轮22可使整个柔性锚泊机构1处于稳压器100中心位置并保持铅垂,这保证了整个摄像系统的径向定位基准;锚泊吸附动作完成后,从稳压器100外提拉刚性绳索11,可使整个远距离柔性锚泊机构1整体向上提拉,可以通过力传感器15测量拉紧力的大小,保证在拉紧刚性绳索11的同时,不使锚泊吸盘装置14脱离第二支撑板1022。高度调节装置23为液压缸。液压缸的数量为两个,两个液压缸并列设置在支撑座21靠近稳压器100中心的那一端。液压缸能够调节支撑座21的高度。如图16和图17所示,优选的,两个导轮22安装在一个可以绕入口处铰链转动的木板上,木板由两个液压缸推动,实现微调。
柔性锚泊机构1包括刚性绳索11、导向连杆12、锁紧机构13和吸盘装置14,导向连杆12为空心结构,刚性绳索11下端穿过导向连杆12内腔后与吸盘装置14连接,吸盘装置14与稳压器100内的支撑板102吸附连接,刚性绳索11上端依次挂设在两个导轮22后从人孔101处伸出,机械臂3设置在导向连杆12上,锁紧机构13分别设置在导向连杆12上下两端用于实现导向连杆12与刚性绳索11的锁紧和松开。刚性绳索11与吸盘装置14连接处设置有力传感器15。本发明通过利用狭小人孔101将远距离柔性锚泊机构1穿进去,使刚性绳索11进入到稳压器100内,拉伸刚性绳索11后增加整个电加热元件摄像系统送入稳压器100后的刚度,并为多自由度机械臂3定位和控制提供支撑和基准。导向连杆12为中空结构,长度1.6m,导向连杆12穿设在刚性绳索11上,下部刚性绳索11前端连接锚泊吸盘装置14,顶部刚性绳索11通过支撑调心机构2延伸至稳压器100外,用于最前端吸盘装置14锚泊后整个柔性锚泊机构1中中空连杆12的拉紧。使用时,吸盘装置14、中空导向连杆12和刚性绳索11由稳压器100顶端人孔101顺序进入,通过第一支撑板1021的开口400,直到锚泊吸盘装置14到达第二支撑板1022处;利用锚泊吸盘装置14内的气动装置,使锚泊吸盘吸附于第二支撑板1022上;柔性锚泊机构1将刚性绳索11和中空导向连杆12有机地结合;与刚性连杆机构相比,有效减轻整体系统的重量,而且系统的柔性更好,更加便于安装和拉紧;与绳索机构相比,由于导向连杆12的存在,系统的刚性更好,寻位精度更高。因此,综合考虑多种因素,柔性锚泊机构1更加简洁轻便易于安装和使用。
如图10-图15所示,锁紧机构13包括设置在导向连杆12上方的上锁紧机构131和设置在导向连杆12下方的下锁紧机构132,上锁紧机构131包括第一上锁块1311、第一外锁罩1312和第一锁紧液压缸1313,第一上锁块1311为上小下大的锥台结构,第一上锁块1311穿设在刚性绳索11上,第一上锁块1311上部开设有十字形凹槽,第一外锁罩1312为中空圆柱体形结构,且第一外锁罩1312下部设置有下座板1314,第一锁紧液压缸1313设置在下座板1314和导向连杆12之间,第一外锁罩1312内腔直径小于第一上锁块1311下部外径;下锁紧机构132包括第二下锁块1321和第二外锁罩1322,第二下锁块1321为上大下小的锥台结构,第二下锁块1321和第一上锁块1311结构相同,安装时相反方向安装,第二下锁块1321穿设在刚性绳索11上,第二下锁块1321下部开设有十字形凹槽,第二外锁罩1322为中空圆柱体结构,第二外锁罩1322内腔直径小于第二下锁块1321上部直径。导向连杆12中空,是沿刚性绳索11滑进去的,导向连杆11上端和下端有锁紧机构13,保证导向连杆12在刚性绳索11上不会滑动和晃动;下锁紧机构132是一个锁紧环,固定在刚性绳索11上,导向连杆12滑下来靠重力自然锁紧,上锁紧机构131由两个液压缸回缩实现锁紧。
如图8所示,机械臂3包括依次连接的上下滑动装置31、旋转装置32、摆臂装置33和摆垂装置34,上下滑动装置31包括套筒311、滑动电机312、滑动齿轮313、滑动齿条314和自由轮315,套筒311套设在导向连杆12外侧,自由轮315的数量为四个,四个自由轮315转动设置在套筒311内壁上,滑动电机312设置在套筒311上,滑动齿轮313设置在滑动电机312输出轴上,滑动齿条314沿导向连杆12长度方向设置,滑动齿轮313与滑动齿条314啮合连接;
旋转装置32包括旋转筒321、旋转电机322、第一旋转齿轮323和第二旋转齿轮324,旋转筒321套设在套筒311外侧,且旋转筒321与套筒311之间设置有轴承,旋转电机322竖直连接在套筒311外侧,第一旋转齿轮323设置在旋转电机322输出轴上,第二旋转齿轮324套设在旋转筒321外侧,第一旋转齿轮323和第二旋转齿轮324啮合连接,电加热元件自动寻位系统5垂直连接在旋转筒21外侧;
摆臂装置33铰接在旋转筒321外侧,摆臂装置33包括摆臂电机331和摆臂332,摆臂电机331与摆臂332连接,摆臂332为铰接式平行四边形结构;摆动部分用到了一个平行四边形机构,可以保证摆垂的方向和导向连杆12的方向始终平行。
摆垂装置34包括第一垂杆341、第二垂杆342、水平转向装置343和上下摆动装置344,第一垂杆341上端铰接在摆臂332末端,第二垂杆342通过水平转向装置343与第一垂杆341下端连接,全方位摄像系统4通过上下摆动装置344与第二垂杆342下端转动连接。多自由度机械臂3功能:多自由度机械臂3共四个自由度,四个自由度的配合可实现圆柱形摄像头按要求通过第一支撑板1021和第二支撑板1022上φ50的过水孔300,并沿电加热元件200长度方向上下运动,完成对电加热元件200的近距离观察;多自由度机械臂3套装在导向连杆12上,在上下滑动装置31的牵引下,可沿垂直的导向连杆12上下滑动;旋转装置32可在旋转电机322的驱动下,使摆臂332绕中空导向连杆12进行360度旋转;电加热元件自动寻位系统5为全局摄像头,全局摄像头安装在旋转装置32上,可以跟随旋转装置32旋转,实现对过水孔300的360度全方位观察。关于全局摄像头的参数如下:
该全局摄像头能够通过控制箱面板上的按钮实现摄像头的变倍调焦功能,而且该全局摄像头还具有自动和手动两种亮度调节方式供用户选择,能够对图像的背景亮度进行补偿,从而得到更好的图像质量;摆臂装置33可在摆臂电机331的驱动下,与导向连杆12形成0-90度之间的任意角度;摆垂装置34,可在多自由度机械臂3各个关节到达位置后,通过铰接式平行四边形结构的摆臂332对摆垂装置34进行限位,始终保证摆垂装置34垂直设置,且保证摆垂装置34在上下运动过程中不发生晃动;上下滑动装置31、旋转装置32和摆臂装置33上均安装有位置传感器,可实现对滑动位置、旋转角度和摆动角度的测量。电加热元件自动寻位系统5可以根据过水孔300分布图,按照观测要求,绕中空导向连杆12旋转,在摄像系统协助下,探寻到相应的过水孔300后,驱动多自由度机械臂3各个关节,各个关节协调配合,实现全方位摄像系统4自动进入过水孔300,并沿电加热元件200高度方向上下运动,实现对电加热元件200的近距离观测。
如图9所示,水平转向装置343包括设置在第一垂杆341内腔中的水平转向电机3431,水平转向电机3431输出轴与第二垂杆342传动连接。上下摆动装置344包括拉线3441、拉伸电机3444和复位装置3442,复位装置3442为扭簧,第二垂杆342下端相对的两侧分别向下延伸形成悬臂3421,全方位摄像系统4转动连接在两个悬臂3421上,拉线3441一端与全方位摄像系统4侧壁固定连接,拉线3441与全方位摄像系统4连接点位于转动连接点下侧,拉线3441另一端与安装在第二垂杆342内部的拉伸电机3444传动连接,拉伸电机3444通过拉线3441能够带动全方位摄像系统4沿竖直方向抬起,复位装置3442设置在全方位摄像系统4与悬臂3421转动连接点之间,拉伸电机3444关闭后复位装置3442能带动全方位摄像系统4自动恢复到原始竖直位置。
上下摆动装置344还包括限位绳3443,限位绳3443两端分别与两个悬臂3421连接形成对全方位摄像系统4的限位,防止全方位摄像系统4向旋转方向相反的方向摆动,限位绳3443可以安装在全方位摄像系统4前侧,既限位绳3443与拉线3441同侧,且限位绳3443位于全方位摄像系统4与悬臂3421旋转轴上方,或者限位绳3443安装在全方位摄像系统4后侧,既限位绳3443与拉线3441位于述全方位摄像系统4相反的两侧,限位绳3443位于全方位摄像系统4与悬臂3421旋转轴下方。
全方位摄像系统4为圆柱形摄像头,电加热元件自动寻位系统5为带有变焦调焦和亮度调节功能的寻位摄像头,寻位摄像头竖直方向设置。
全方位摄像系统4为圆柱形摄像头,具有变焦扫描功能;圆柱形摄像头安装在摆垂装置34最下端,摆垂装置34外侧壁上盖合有布线壳,布线壳为半圆形结构,圆柱形摄像头的电源线和数据线通过布线壳延伸到圆柱形摄像头处,摆垂装置34长度为1.6m,上下摆动装置344能带动圆柱形摄像头抬起和复位,复位过程中由限位绳3443保证圆柱形摄像头不会转向抬起方向的另一侧,水平转向装置343能带动圆柱形摄像头实现360度周向扫描和伸缩调焦功能。圆柱形摄像头不工作时,拉线3441为松弛状态,扭簧发挥作用,保持圆柱形摄像头的垂直位置;工作时,拉伸电机3444旋转,带动拉线3441往上提升,拉线3441带动圆柱形摄像头绕转轴旋转抬起,进行摄像扫描工作,当不需要工作时,拉伸电机3444停下,在扭簧的扭力作用下圆柱形摄像头向下旋转恢复竖直状态,由于限位绳3443的限制,圆柱形摄像头不会像相反方向摆动。由于圆柱形摄像头具有变焦扫描功能,通过机械臂3和摆锤装置34能够实现四个自由度的移动,所以圆柱形摄像头可以对过水孔300周围分布的4个电加热元件200进行360度周向扫描和上下观测,伸缩调焦功能可以保证得到的图像更加清晰。通过分别穿过不同的过水孔300进行观测,圆柱形摄像头的转动可以对每个电加热元件200的多方位图像进行拼接和分析,可完成对各个电加热元件200的360度全方位观测。
本发明电加热元件摄像系统的工作流程如下:
(1)将圆柱形摄像头安装在摆垂装置34末端,其电源线和数据线通过布线壳布设在摆垂装置34上;
(2)将摆臂332收到贴紧导向连杆12的位置,保证多自由度机械臂3处于收缩状态,以便通过φ400的人孔101;
(3)依次将吸盘装置14、导向连杆12、刚性绳索11前端和多自由度机械臂3由稳压器100顶端人孔101顺序进入稳压器100。
(4)将支撑调心机构2固定于人孔101,柔性锚泊机构1继续进入稳压器100;两个导轮22能够保证柔性锚泊机构1的刚性绳索11处于稳压器100径向中心位置并铅垂向下,以便多自由度机械臂3的定位和控制,吸盘装置14从稳压器100的第一支撑架1021上的φ720开口400通过,直到吸盘装置14到达第二支撑板1022处。
(5)利用柔性锚泊机构1内的吸盘装置14中的气动装置,使吸盘装置14吸附于第二支撑板1022上。
(6)从人孔101外拉紧刚性绳索11,使整个柔性锚泊机构1拉紧,导向连杆12拉紧,提高柔性锚泊系统1的刚性。
(7)按照观测要求,利用电加热元件自动寻位系统5,驱动多自由度机械臂1,在多个关节的配合下,使圆柱形摄像头自由通过第一支撑板1021和第二支撑板1022上的φ50过水孔300,并使圆柱形摄像头上下运动进行扫描,完对各个电加热元件200的全方位扫描和近距离可变焦观测。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电加热元件摄像系统,其特征在于:包括柔性锚泊机构(1)、支撑调心机构(2)、机械臂(3)、全方位摄像系统(4)和电加热元件自动寻位系统(5),其中:
所述支撑调心机构(2)安装在稳压器(100)人孔(101)内,且所述支撑调心机构(2)末端位于稳压器(100)中心线上;
所述柔性锚泊机构(1)竖直设置在稳压器(100)内部,且其下端可拆卸连接在稳压器(100)内部的支撑板(102)中心处,所述柔性锚泊机构(1)上端穿过所述支撑调心机构(2)后延伸出稳压器(100)人孔(101)外侧,通过调整位于稳压器(100)人孔(101)外侧的所述柔性锚泊机构(1)长度实现所述柔性锚泊机构(1)与所述支撑板(102)连接时的张紧状态;
所述机械臂(3)设置在所述柔性锚泊机构(1)上,所述机械臂(3)具有三个自由度,能够带动与其连接的部件上下移动、水平转动和竖直摆动;
所述全方位摄像系统(4)和所述电加热元件自动寻位系统(5)均与所述机械臂(3)连接;
所述支撑调心机构(2)包括支撑座(21)、导轮(22)和高度调节装置(23),所述支撑座(21)安装在稳压器(100)人孔(101)内,所述导轮(22)的数量为两个,两个所述导轮(22)分别转动设置在所述支撑座(21)两端,所述高度调节装置(23)设置在所述支撑座(21)和稳压器(100)人孔(101)内壁之间,且所述高度调节装置(23)位于所述支撑座(21)靠近稳压器(100)中心的那一端。
2.根据权利要求1所述的电加热元件摄像系统,其特征在于:所述高度调节装置(23)为液压缸。
3.根据权利要求1所述的电加热元件摄像系统,其特征在于:所述柔性锚泊机构(1)包括刚性绳索(11)、导向连杆(12)、锁紧机构(13)和吸盘装置(14),所述导向连杆(12)为空心结构,所述刚性绳索(11)下端穿过所述导向连杆(12)内腔后与所述吸盘装置(14)连接,所述吸盘装置(14)与稳压器(100)内的所述支撑板(102)吸附连接,所述刚性绳索(11)上端依次挂设在两个所述导轮(22)后从人孔(101)处伸出,所述机械臂(3)设置在所述导向连杆(12)上,所述锁紧机构(13)分别设置在所述导向连杆(12)上下两端用于实现所述导向连杆(12)与所述刚性绳索(11)的锁紧和松开。
4.根据权利要求3所述的电加热元件摄像系统,其特征在于:所述锁紧机构(13)包括设置在所述导向连杆(12)上方的上锁紧机构(131)和设置在所述导向连杆(12)下方的下锁紧机构(132),所述上锁紧机构(131)包括第一上锁块(1311)、第一外锁罩(1312)和第一锁紧液压缸(1313),所述第一上锁块(1311)为上小下大的锥台结构,所述第一上锁块(1311)穿设在所述刚性绳索(11)上,所述第一上锁块(1311)上部开设有十字形凹槽,所述第一外锁罩(1312)为中空圆柱体形结构,且所述第一外锁罩(1312)下部设置有下座板(1314),所述第一锁紧液压缸(1313)设置在所述下座板(1314)和所述导向连杆(12)之间,所述第一外锁罩(1312)内腔直径小于所述第一上锁块(1311)下部外径;所述下锁紧机构(132)包括第二下锁块(1321)和第二外锁罩(1322),所述第二下锁块(1321)为上大下小的锥台结构,所述第二下锁块(1321)穿设在所述刚性绳索(11)上,所述第二下锁块(1321)下部开设有十字形凹槽,所述第二外锁罩(1322)为中空圆柱体结构,所述第二外锁罩(1322)内腔直径小于所述第二下锁块(1321)上部直径。
5.根据权利要求3所述的电加热元件摄像系统,其特征在于:所述机械臂(3)包括依次连接的上下滑动装置(31)、旋转装置(32)、摆臂装置(33)和摆垂装置(34),所述上下滑动装置(31)包括套筒(311)、滑动电机(312)、滑动齿轮(313)、滑动齿条(314)和自由轮(315),所述套筒(311)套设在所述导向连杆(12)外侧,所述自由轮(315)转动设置在所述套筒(311)内壁上,所述滑动电机(312)设置在所述套筒(311)上,所述滑动齿轮(313) 设置在所述滑动电机(312)输出轴上,所述滑动齿条(314)沿所述导向连杆(12)长度方向设置,所述滑动齿轮(313)与所述滑动齿条(314)啮合连接;
所述旋转装置(32)包括旋转筒(321)、旋转电机(322)、第一旋转齿轮(323)和第二旋转齿轮(324),所述旋转筒(321)套设在所述套筒(311)外侧,且所述旋转筒(321)与所述套筒(311)之间设置有轴承,所述旋转电机(322)竖直连接在所述套筒(311)外侧,所述第一旋转齿轮(323)设置在所述旋转电机(322)输出轴上,所述第二旋转齿轮(324)套设在所述旋转筒(321)外侧,所述第一旋转齿轮(323)和所述第二旋转齿轮(324)啮合连接,所述电加热元件自动寻位系统(5)垂直连接在所述旋转筒(321)外侧;
所述摆臂装置(33)铰接在所述旋转筒(321)外侧,所述摆臂装置(33)包括摆臂电机(331)和摆臂(332),所述摆臂电机(331)与所述摆臂(332)连接,所述摆臂(332)为铰接式平行四边形结构;
所述摆垂装置(34)包括第一垂杆(341)、第二垂杆(342)、水平转向装置(343)和上下摆动装置(344),所述第一垂杆(341)上端铰接在所述摆臂(332)末端,所述第二垂杆(342)通过所述水平转向装置(343)与所述第一垂杆(341)下端连接,所述全方位摄像系统(4)通过所述上下摆动装置(344)与所述第二垂杆(342)下端转动连接。
6.根据权利要求5所述的电加热元件摄像系统 ,其特征在于:所述水平转向装置(343)包括设置在所述第一垂杆(341)内腔中的水平转向电机(3431),所述水平转向电机(3431)输出轴与所述第二垂杆(342)传动连接。
7.根据权利要求5所述的电加热元件摄像系统,其特征在于:所述上下摆动装置(344)包括拉线(3441)、拉伸电机(3444)和复位装置(3442),所述第二垂杆(342)下端相对的两侧分别向下延伸形成悬臂(3421),所述全方位摄像系统(4)转动连接在两个所述悬臂(3421)上,所述拉线(3441)一端与所述全方位摄像系统(4)侧壁固定连接,所述拉线(3441)与所述全方位摄像系统(4)连接点位于转动连接点下侧,所述拉线(3441)另一端与安装在所述第二垂杆(342)内部的所述拉伸电机(3444)传动连接,所述拉伸电机(3444)通过所述拉线(3441)能够带动所述全方位摄像系统(4)沿竖直方向抬起,所述复位装置(3442)设置在所述全方位摄像系统(4)与所述悬臂(3421)转动连接点之间,所述拉伸电机(3444)关闭后所述复位装置(3442)能带动所述全方位摄像系统(4)自动恢复到原始竖直位置。
8.根据权利要求7所述的电加热元件摄像系统,其特征在于:所述上下摆动装置(344)还包括限位绳(3443),所述限位绳(3443)两端分别与两个所述悬臂(3421)连接形成对所述全方位摄像系统(4)的限位,防止所述全方位摄像系统(4)向旋转方向相反的方向摆动。
9.根据权利要求1所述的电加热元件摄像系统,其特征在于:所述全方位摄像系统(4)为圆柱形摄像头,所述电加热元件自动寻位系统(5)为带有变焦调焦和亮度调节功能的寻位摄像头,所述寻位摄像头竖直方向设置。
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