CN108316973A - 一种隧道病害检测自动控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道检测设备技术领域，尤其是一种隧道病害检测自动控制装置及控制方法，包括搭载于轨道车辆上的控制系统和数据采集系统，数据采集系统包括安装在中心控制模块上的检测装置，检测装置包括扇形托架，扇形托架上设有多个扇形分布的托盘盒，托盘盒滑动安装在扇形托架上，托盘盒内集成安装工业面阵CCD相机和激光测距仪，托盘盒由距离调整模块驱动在扇形托架上滑动，控制系统根据激光测距仪的检测数据控制中心控制模块和距离调整模块调整各个托盘盒的位置。本发明通过检测、反馈进而对托盘盒位置进行调整，大大提高了数据采集的精度、有效性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道检测设备技术领域，尤其是一种隧道病害检测自动控制装置及控制方法。
背景技术
地铁运营过程中，以混凝土材料为主的隧道结构出线渗漏水或者裂缝、剥落等表观缺陷，以及隧道断面形变，都是无法避免的病害现象，而且病害的长期发展对隧道的安全性造成不可逆转的负面影响。因此，在地铁运营中对隧道结构的维护是保障隧道长期安全运营的必要手段。
在检测过程中传感器的位置控制直接影响到检测数据采集的有效性。目前，现阶段绝大部分地铁隧道病害检测的传感器位置都是事先进行设定完毕，对于不同隧道截面环境，常常不能通过位置调整来提高数据的有效性，降低软件分析的难度。比如专利CN201510085599.8中只是通过了水平旋转轴的转动来实现隧道左右半幅的数据采集，并未就传感器的位置做更加精准的控制，在更换隧道环境后其装置误差改变，影响采集数据的有效性大大提高软件内部处理的复杂性，从而影响采集、分析效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种隧道病害检测自动控制装置及控制方法，通过检测、反馈进而对托盘盒位置进行调整，大大提高了数据采集的精度、有效性。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：
本发明的隧道病害检测自动控制装置包括搭载于轨道车辆上的控制系统和数据采集系统，所述数据采集系统包括安装在中心控制模块上的检测装置，所述检测装置包括扇形托架，所述扇形托架上设有多个扇形分布的托盘盒，所述托盘盒滑动安装在所述扇形托架上，所述托盘盒内集成安装工业面阵CCD相机和激光测距仪，所述托盘盒由距离调整模块驱动在所述扇形托架上滑动，所述控制系统根据激光测距仪的检测数据控制所述中心控制模块和距离调整模块调整各个托盘盒的位置。
本发明所述中心控制模块包括安装检测装置的移动平台、X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构，移动平台由X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构驱动，控制系统控制X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构使移动平台进行X向和Z向位置的自动调整。
本发明所述托盘盒安装在两个所述扇形托架之间，所述托盘盒包括底盘和安装在底盘上的端盖，底盘内设有集成安装板，底盘的上端沿向内延伸出连接耳，集成安装板螺接到连接耳上，集成安装板和连接耳之间设有抗震配件。
本发明所述托盘盒的两端设有滑块，两个所述扇形托架的内侧面上均设有与所述滑块配合的导轨，其中一个所述扇形托架的内侧面上设置驱动所述滑块的距离调整模块，所述距离调整模块为伺服电缸。
本发明所述中心控制模块借助底座固定组件安装到所述轨道车辆的平板面上，所述底座固定组件包括用于安装中心控制模块的安装座，所述轨道车辆平板面的两侧预设有多个安装孔，所述安装孔向下延伸形成安装套，所述安装座借助横梁和侧板可拆地固定在所述轨道车辆的平板面上，所述安装座固定在所述横梁上方，所述横梁的两端固定在侧板上，所述侧板通过锁紧螺栓固定在所述轨道车平板面上，所述锁紧螺栓插接在所述安装套内，所述锁紧螺栓的一端穿过所述安装孔和侧板并由螺母Ⅰ锁紧固定，所述锁紧螺栓的另外一端由螺母Ⅱ锁紧固定，所述螺母Ⅱ顶靠在所述安装套的下端沿。
本发明所述轨道车辆设有定位触发模块，所述定位触发模块用于车辆位置定位以及触发数据采集系统
本发明所述托盘盒内还集成有惯性导航仪，惯性导航仪用于监测托盘盒在运动过程中的振动数据。
本发明还提供一种隧道病害检测自动控制方法，使用上述的隧道病害检测自动控制装置，包括以下步骤：
S01：轨道车辆进入待检测隧道，当定位触发模块检测到轨道上的第一个扣件时定位触发模块触发数据采集系统；
S02：轨道车辆运行过程中，数据采集系统进行数据采集，其中，工业面阵CCD相机对隧道表面病害图像数据进行采集，激光测距仪测量工业面阵CCD相机与隧道表面距离；
S03：控制系统根据激光测距仪的检测数据控制所述中心控制模块和距离调整模块调整托盘盒的位置使工业面阵CCD相机的视场重合距离不低于20cm弧长。
本发明所述控制系统的控制方法包括以下步骤：
S301：当轨道车辆进入待检测隧道时，由控制系统预先设定各个托盘盒的位置，使所有托盘盒位于同一圆弧Ra上且呈扇形均匀分布，圆心标记为X0Z0，托盘盒的位置标记为R0；
S302：托盘盒内的激光测距仪检测对应托盘盒距离隧道壁实际距离，并由控制系统进行点位拟合，拟合参数X1Z1与预先设定的X0Z0圆心参数进行比较，控制系统根据误差值控制中心调整模块对检测装置的位置进行调整，当检测数据实际拟合数值X1Z1与设定值X0Z0比较误差在设定阈值之内即XaZa>|X1Z1-X0Z0|时，由控制系统发出终止指令给中心调整模块；
S303：在中心调整模块停止位置参数变化的同时，由控制系统给出距离调整模块动作指令，控制系统实时接收距离测量值并由距离测量值计算得到托盘盒的位置R1，当测得的托盘盒的位置R1与设定值R0比较误差在设定阈值Rb之内即Rb>|R1-R0|时，由控制模块发出终止指令给距离调整模块；
S304：托盘盒位置自动调整完毕。
本发明的隧道病害检测自动控制装置及控制方法的有益效果是：
1.本发明的隧道病害检测自动控制装置包括搭载于轨道车辆上的控制系统和数据采集系统，数据采集系统用于采集隧道表面病害数据并传输给控制系统，控制系统用于实时预览病害数据、参数设定和数据存储，轨道车辆运行在隧道内的轨道上，运行过程中数据采集系统自动采集隧道内表面病害，替代了人工检测，检测效率和精度大大提高；
2.本发明的扇形托架上设有多个扇形分布的托盘盒，托盘盒内集成安装多个检测模块，相邻两个托盘盒的分布角度保证检测模块的视场重合距离不低于20cm弧长，这样可以全面覆盖隧道内表面检测区域，防止漏检；
3.本发明通过检测、反馈进而对托盘盒位置进行调整，大大提高了数据采集的精度、有效性；
4.本发明具有操作简单，自动化程度高，适应性、通用性强等特点，此外，控制系统简单明了，操作简单易于维护和调试；
5.本发明的托盘盒安装稳固、可调节且安装点位多，可以保障检测模块的安全稳定；
6.在安装中心控制模块时，无须在轨道车辆平板面上打孔，利用预设的安装孔便可以实现对检测平台和检测设备的安装固定。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本实施例的隧道病害检测自动控制装置的整体结构示意图；
图2是本实施例的检测装置的结构示意图；
图3是本实施例的距离调整模块的安装结构示意图；
图4是本实施例的托盘盒的结构示意图；
图5是本实施例的安装座的结构示意图；
图6是本实施例的侧板的安装结构示意图。
其中：中心控制模块1；检测装置2，扇形托架21，托盘盒22，底盘221，端盖222，安装板223，距离调整模块23，滑块24；定位触发模块3；安装座41，安装套42，侧板43，横梁44。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-6所示，本实施例的隧道病害检测自动控制装置包括搭载于轨道车辆上的控制系统和数据采集系统，数据采集系统包括安装在中心控制模块1上的检测装置2，检测装置2包括扇形托架21，扇形托架21上设有多个扇形分布的托盘盒22，托盘盒22滑动安装在扇形托架21上，托盘盒22内集成安装工业面阵CCD相机和激光测距仪，托盘盒22由距离调整模块23驱动在扇形托架21上滑动，控制系统根据激光测距仪的检测数据控制中心控制模块1和距离调整模块23调整各个托盘盒22的位置。
其中，中心控制模块1包括安装检测装置2的移动平台、X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构，中心控制模块1的外周套设有波纹套，移动平台由X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构驱动，控制系统控制X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构使移动平台进行X向和Z向位置的自动调整，下面给出中心控制模块1的一种具体实施方式，X向伺服运动机构包括固定在移动平台下方的X向滑板和第一伺服电机，Z向伺服运动机构包括Z向滑板、底板和第二伺服电机，X向滑板滑动安装在Z向滑板的上表面，X向滑板由第一伺服电机驱动，Z向滑板安装在底板的上方，Z向滑板和底板之间设有螺杆螺套组件以及导向杆，Z向滑板在第二伺服电机的驱动下沿导向杆竖向滑动，第二伺服电机是通过螺杆螺套组件驱动Z向滑板，只要能实现移动平台在X向、Y向上自由移动即可，具体结构不做限制。
本实施例的中心控制模块1借助底座固定组件安装到轨道车辆的平板面上，底座固定组件包括用于安装中心控制模块1的安装座41，轨道车辆平板面的两侧预设有多个安装孔，安装孔向下延伸形成安装套42，安装座41借助横梁44和侧板43可拆地固定在轨道车辆的平板面上，安装座41固定在横梁44上方，横梁44的两端固定在侧板43上，侧板43通过锁紧螺栓固定在轨道车平板面上，锁紧螺栓插接在安装套42内，锁紧螺栓的一端穿过安装孔和侧板43并由螺母Ⅰ锁紧固定，锁紧螺栓的另外一端由螺母Ⅱ锁紧固定，螺母Ⅱ顶靠在安装套42的下端沿。
本实施例的托盘盒22安装在两个扇形托架21之间，托盘盒22的两端设有滑块24，两个扇形托架21的内侧面上均设有与滑块24配合的导轨，其中一个扇形托架21的内侧面上设置驱动托盘盒22的距离调整模块23，距离调整模块23为伺服电缸，即采用伺服电机配合丝杠螺套的直线驱动机构进行驱动，也可以直接使用直线模组，其中，导轨具有中空结构，直线驱动机构内置在中空结构内，伺服电机安装在导轨的一侧，伺服电机通过传动机构驱动丝杆转动。
托盘盒22包括底盘221和安装在底盘221上的端盖222，底盘221内设有集成安装板223，底盘221的上端沿向内延伸出连接耳，集成安装板223螺接到连接耳上，优选的，集成安装板223和连接耳之间设有抗震配件，如橡胶垫、工程泡沫等辅助配件，抗震配件可在阻尼工作状态下减小振动向检测模块传导，达到保护检测模块的作用。
本实施例的轨道车辆设有定位触发模块3，定位触发模块3用于车辆位置定位以及触发数据采集系统，托盘盒22内还集成有惯性导航仪，惯性导航仪用于监测托盘盒22在运动过程中的振动数据。优选的，数据采集系统的两侧还安装有辅助光源装置，辅助光源装置用于补光，提高检测精度。
本实施例还提供一种隧道病害检测自动控制方法包括以下步骤：
S01：轨道车辆进入待检测隧道，当定位触发模块3检测到轨道上的第一个扣件时定位触发模块3触发数据采集系统，其中，轨道上的扣件是用于轨道与枕木的固定连接，相邻两个扣件之间的距离相等，一般是按照相关标准规定设计；
S02：轨道车辆运行过程中，数据采集系统进行数据采集，其中，工业面阵CCD相机对隧道表面病害图像数据进行采集，激光测距仪测量工业面阵CCD相机与隧道表面距离；
S03：控制系统根据激光测距仪的检测数据控制中心控制模块1和距离调整模块23调整托盘盒22的位置使工业面阵CCD相机的视场重合距离不低于20cm弧长，工业面阵CCD相机对重合段做图像数据的定位、融合和拼接处理从而获得完整的隧道图像数据，如果工业面阵CCD相机的视场重合距离大于20cm弧长会造成图像数据无法融合拼接。
上述控制系统的控制方法包括以下步骤：
S301：由控制系统预先设定各个托盘盒22的位置，使所有托盘盒22位于同一圆弧Ra上且呈扇形均匀分布，圆心标记为X0Z0，托盘盒22的位置标记为R0；
S302：当轨道车辆进入待检测隧道时，托盘盒22内的激光测距仪检测对应托盘盒22距离隧道壁实际距离，并由控制系统进行点位拟合，拟合参数X1Z1与预先设定的X0Z0圆心参数进行比较，控制系统根据误差值控制中心调整模块对检测装置2的位置进行调整，当检测数据实际拟合数值X1Z1与设定值X0Z0比较误差在设定阈值之内即XaZa>|X1Z1-X0Z0|时，由控制系统发出终止指令给中心调整模块；
S303：在中心调整模块停止位置参数变化的同时，由控制系统给出距离调整模块23动作指令，控制系统实时接收距离测量值并由距离测量值计算得到托盘盒22的位置R1，当测得的托盘盒22的位置R1与设定值R0比较误差在设定阈值Rb之内即Rb>|R1-R0|时，由控制模块发出终止指令给距离调整模块23；
S304：托盘盒22位置自动调整完毕。
托盘盒22位置调整完毕后，轨道车辆开始进行检测作业，控制系统能够在检测过程中实时控制托盘盒22的位置，防止检测模块偏移影响数据采集，在更换隧道环境后，控制系统会自动根据预设值对托盘盒22的位置进行调整，待检测作业完毕后，通过控制系统发出回收动作指令，使中心控制模块1和距离调整模块23完成收纳动作，控制系统可设定距离调整模块23收纳绝对参数Rs以及中心调整模块收纳绝对参数XsZs。上述收纳绝对参数指设备原点，且原点值在行程允许范围内可进行自定义编辑，便于对设备进行检修调试。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种隧道病害检测自动控制装置，包括搭载于轨道车辆上的控制系统和数据采集系统，其特征在于：所述数据采集系统包括安装在中心控制模块(1)上的检测装置(2)，所述检测装置(2)包括扇形托架(21)，所述扇形托架(21)上设有多个扇形分布的托盘盒(22)，所述托盘盒(22)滑动安装在所述扇形托架(21)上，所述托盘盒(22)内集成安装工业面阵CCD相机和激光测距仪，所述托盘盒(22)由距离调整模块(23)驱动在所述扇形托架(21)上滑动，所述控制系统根据激光测距仪的检测数据控制所述中心控制模块(1)和距离调整模块(23)调整各个托盘盒(22)的位置。
2.根据权利要求1所述的隧道病害检测自动控制装置，其特征在于：所述中心控制模块(1)包括安装检测装置(2)的移动平台、X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构，移动平台由X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构驱动，控制系统控制X向伺服运动机构和Z向伺服运动机构使移动平台进行X向和Z向位置的自动调整。
3.根据权利要求1所述的隧道病害检测自动控制装置，其特征在于：所述托盘盒(22)安装在两个所述扇形托架(21)之间，所述托盘盒(22)包括底盘(221)和安装在底盘(221)上的端盖(222)，底盘(221)内设有集成安装板(223)，底盘(221)的上端沿向内延伸出连接耳，集成安装板(223)螺接到连接耳上，集成安装板(223)和连接耳之间设有抗震配件。
4.根据权利要求1所述的隧道病害检测自动控制装置，其特征在于：所述托盘盒(22)的两端设有滑块(24)，两个所述扇形托架(21)的内侧面上均设有与所述滑块(24)配合的导轨，其中一个所述扇形托架(21)的内侧面上设置驱动所述滑块(24)的距离调整模块(23)，所述距离调整模块(23)为伺服电缸。
5.根据权利要求1所述的隧道病害检测自动控制装置，其特征在于：所述中心控制模块(1)借助底座固定组件安装到所述轨道车辆的平板面上，所述底座固定组件包括用于安装中心控制模块(1)的安装座(41)，所述轨道车辆平板面的两侧预设有多个安装孔，所述安装孔向下延伸形成安装套(42)，所述安装座(41)借助横梁(44)和侧板(43)可拆地固定在所述轨道车辆的平板面上，所述安装座(41)固定在所述横梁(44)上方，所述横梁(44)的两端固定在侧板(43)上，所述侧板(43)通过锁紧螺栓固定在所述轨道车平板面上，所述锁紧螺栓插接在所述安装套(42)内，所述锁紧螺栓的一端穿过所述安装孔和侧板(43)并由螺母Ⅰ锁紧固定，所述锁紧螺栓的另外一端由螺母Ⅱ锁紧固定，所述螺母Ⅱ顶靠在所述安装套(42)的下端沿。
6.根据权利要求1所述的隧道病害检测自动控制装置，其特征在于：所述轨道车辆设有定位触发模块(3)，所述定位触发模块(3)用于车辆位置定位以及触发数据采集系统。
7.根据权利要求1所述的隧道病害检测自动控制装置，其特征在于：所述托盘盒(22)内还集成有惯性导航仪，惯性导航仪用于监测托盘盒(22)在运动过程中的振动数据。
8.一种隧道病害检测自动控制方法，使用如权利要求1所述的隧道病害检测自动控制装置，其特征在于：包括以下步骤：
S01：轨道车辆进入待检测隧道，当定位触发模块(3)检测到轨道上的第一个扣件时定位触发模块(3)触发数据采集系统；
S02：轨道车辆运行过程中，数据采集系统进行数据采集，其中，工业面阵CCD相机对隧道表面病害图像数据进行采集，激光测距仪测量工业面阵CCD相机与隧道表面距离；
S03：控制系统根据激光测距仪的检测数据控制所述中心控制模块(1)和距离调整模块(23)调整托盘盒(22)的位置使工业面阵CCD相机的视场重合距离不低于20cm弧长。
9.根据权利要求8所述的隧道病害检测自动控制方法，其特征在于：所述控制系统的控制方法包括以下步骤：
S301：由控制系统预先设定各个托盘盒(22)的位置，使所有托盘盒(22)位于同一圆弧Ra上且呈扇形均匀分布，圆心标记为X0Z0，托盘盒(22)的位置标记为R0；
S302：当轨道车辆进入待检测隧道时，托盘盒(22)内的激光测距仪检测对应托盘盒(22)距离隧道壁实际距离，并由控制系统进行点位拟合，拟合参数X1Z1与预先设定的X0Z0圆心参数进行比较，控制系统根据误差值控制中心调整模块对检测装置(2)的位置进行调整，当检测数据实际拟合数值X1Z1与设定值X0Z0比较误差在设定阈值之内即XaZa>|X1Z1-X0Z0|时，由控制系统发出终止指令给中心调整模块；
S303：在中心调整模块停止位置参数变化的同时，由控制系统给出距离调整模块(23)动作指令，控制系统实时接收距离测量值并由距离测量值计算得到托盘盒(22)的位置R1，当测得的托盘盒(22)的位置R1与设定值R0比较误差在设定阈值Rb之内即Rb>|R1-R0|时，由控制模块发出终止指令给距离调整模块(23)；
S304：托盘盒(22)位置自动调整完毕。
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2017
- 2017-01-17 CN CN201710034816.XA patent/CN108316973B/zh active Active
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