CN110081936A - 一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，包括岸基控制单元、水下控制单元和水下执行设备，水下控制单元分别与岸基控制单元和水下执行设备之间电性连接。本发明的单次检测覆盖范围广、面积大，可实现对码头水下结构的全覆盖检测，代替了原来费事费力的人工随机选点检查的工作方式，工作效率更高、成本低且工作危险性小；同时本发明的水下执行设备总体结构较大，且水下执行设备设置为框架式结构，从而使整个设备在水下的抗浪涌的能力更高，同时还设置多组防撞组件可避免水下执行设备与码头岸壁相撞，提高其实用性。
Description
技术领域
本发明涉及水下迎水结构面的检测设备技术领域，具体涉及一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置。
背景技术
钢筋混凝土地连墙结构基础工程是在地面上采用挖槽机械，沿着深开挖工程的周边线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为码头的截水、防渗、承重、挡水结构。由于其施工方法的特殊性，通常会存在露筋以及墙体之间接缝两种质量通病。地连墙墙面露筋使得钢筋长期处于海水环境中而锈蚀，影响钢筋混凝土耐久性，露筋严重的区域，由钢筋承受的竖向以及横向载荷降低，进而降低地连墙承载能力；地连墙墙面接缝之间存在缺陷，存在泥沙夹杂以及露筋等，随着码头服役，海水不停作用，导致墙后土体和回填料外漏到泊位侧，最终面层承载力不足而塌陷，对码头生产造成安全隐患。据了解，某地连墙码头层出现后方堆场塌陷，经查明为地连墙接缝漏砂导致，最终企业不得不停产加固维修，造成巨大损失。因此，如何对地连墙结构码头施工完成后质量通病以及对在役地连墙码头水下结构进行一次经济高效全覆盖的检查是非常必要的，是一种“防未病”的重要措施。
板桩码头前沿将板桩墙体迎水侧土体按设计标高开挖后，再在开挖处注入钢筋混凝土，等待混凝土固化后短期内迎水侧的土体和泥皮仍然会附着在前墙上，通常该层泥皮自然剥落需要半年多甚至更长的时间。为了检查验收，需要潜水员对泥皮进行水下人工清理，而由于人工清理成本高，潜水员特种作业风险大，施工成本高，通常检测只能以抽检的方式进行。
现有在役码头水下部分的检测主要是通过潜水员水下目视检测，通过水下拍照录像进行辅助，潜水员探摸检测通常是采用“之”字形进行探摸，这样探摸速度快，但是由于以下两种原因潜水员仍然无法实现全覆盖检测，仍然以抽测或者随机发现缺陷为主：一方面，水下结构随着码头的使用，海生物附着，部分隐患被覆盖，无法第一时间发现隐患的存在；另一方面，潜水员无论是纵向还是横向巡查，受到水下光线影响而限制了巡查视野，无法对码头迎水面进行全覆盖排查，可能会存在码头结构水下隐患漏查漏判，对于缺陷以及隐患的发现就将呈现随机性。如果潜水员进行100％全覆盖检查，劳动强度大，作业风险相对高，同时会耽误码头正常生产作业。
同时还有方格网8检测(见图5)的方式，首先将方格网悬挂于水下构件迎水面墙面上方，要求潜水员按照方格网进行排查，较最初的方法有了提升，但该方格网法仅是对局部进行测量和检测是非常具有优势的，可以对待检测的位置进行准确定位以及准确测量隐患尺寸，但是对水下构件全覆盖检测所需的工作量非常巨大，操作相对比较麻烦，同时由于胸墙通常较下部结构向海侧凸出，因此方格网的悬挂贴合迎水面岸壁相对较难，这样无法准确形成参照，进而作业效率低，实际操作难度大。
另外，现在还存在使用水下机器人进行检测的方式，但是为了保证拍摄画面的清晰准确检测时水下机器人需尽量靠进码头的迎水墙墙面，同时水下机器人的运行由地面人员进行相关控制，由于水下水文状况时常变动且对浪涌的力度无法把握，并且现有的水下机器人的总体体积小自身的抗浪涌能力弱，所以容易使水下机器人撞坏在码头迎水壁面处。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可进行全覆盖检测的用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，该用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置可对如沉箱码头迎水面沉箱壁、方块码头迎水面岸壁、钢板桩码头迎水面岸壁等码头结构，以及一些深水大坝坝体等结构进行水下全覆盖多参数检测，如位置、深度、是否存在鼓包、孔洞缺陷，是否存在裂缝、露筋以及其他缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其中，所述一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置包括岸基控制单元、水下控制单元和水下执行设备，所述水下控制单元分别与岸基控制单元和水下执行设备之间电性连接；
所述岸基控制单元包括显示设备、信号接收模块、控制器和GPS定位模块，所述控制器分别与信号接收模块、GPS定位模块和视频显示模块电性连接；
所述水下控制单元包括防水仓，所述防水仓内部安装有信号发送模块和水下控制模块，所述水下控制模块与信号发送模块电性连接，所述水下控制模块上还设置有多组外设接口；
所述水下执行设备包括总支架、检测组件和自平衡保持单元，所述检测组件和自平衡保持单元分别固定设置于总支架上。
进一步地，所述检测组件包括多组摄像机、多组高光灯、多组激光探头和两组深度传感器，多组所述摄像机、高光灯、激光探头和深度传感器均通过外设接口与水下控制模块电性连接。
进一步地，所述总支架包括外框架、移动支架组件和固定支架，所述移动支架组件和固定支架相互平行间隔固定于外框架内部，所述外框架设置为长方体框架结构，多组所述激光探头均布固定设置于固定支架上。
进一步地，所述移动支架组件包括一组水下电缸、两组滑动支架和一组安装杆，两组所述滑动支架对称固定于外框架内部两端侧处，所述水下电缸固定设置于外框架内部，且该水下电缸位于两组滑动支架的对称线处，所述安装杆固定设置于水下电缸和两组滑动支架的滑块上，所述水下电缸与水下控制模块电性连接。
进一步地，多组所述摄像机与高光灯均布固定于安装杆上端，多组所述高光灯设置为亮度可调式高光灯。
进一步地，所述自平衡保持单元包括多组推进器，多组所述推进器分别固定设置于外框架同一侧的四组顶角处。
进一步地，所述信号发送模块和信号接受模块分别设置为电力载波信号发送模块和电力载波信号接受模块。
进一步地，两组所述深度传感器分别固定设置于固定支架的两侧端处，且该两组深度传感器的安装位置与多组摄像机的安装位置位于同一高度平面上。
进一步地，所述外框架上远离多组推进器的一侧端面的四组顶角处分别固定设置有一组防撞组件，所述防撞组件包括防撞轮和弹性轮架，所述防撞轮转动设置于弹性轮架上，所述弹性轮架固定设置于外框架上。
进一步地，所述弹性轮架包括两组边端支架、一组支撑轴、两组滑动套、两组调节弹簧和一组铰支轮架，两组所述滑动套对称滑动套设于支撑轴上，所述支撑轴的两端部分别与两组边端支架固定连接，每组相靠近的所述边端支架和滑动套之间通过调节弹簧连接，所述铰支轮架同时与两组滑动套铰接连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在外框架中设置移动支架组件和固定支架，并且分别将多组摄像机、多组高光灯、多组激光探头和两组深度传感器安装设置于移动支架组件和固定支架上，当本发明进入水下时可通过摄像机对水下墙壁进行拍摄检测，同时多组高光灯和多组激光探头作为辅助设备可使摄像机的水下拍摄工作更加顺利准确，同时由深度传感器可实时提供检测位置的深度数据，便于缺陷位置的定位；
另外还通过设置岸基控制单元和水下控制单元可将水下执行设备在水下的探测画面以及数据及时回传显示，同时再由岸基控制单元实时控制水下执行设备的检测工作的进行，实时反馈互动能力强；
此外本发明的单次检测覆盖范围广、面积大，可实现对码头水下结构的全覆盖检测，代替了原来费事费力的人工随机选点检查的工作方式，工作效率更高、成本低且工作危险性小；并且本发明的水下执行设备总体结构较大，且水下执行设备设置为框架式结构，从而使整个设备在水下的抗浪涌的能力更高，同时还设置多组防撞组件可避免水下执行设备与码头岸壁相撞。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为移动支架组件的总体结构示意图。
图3为防撞组件的总体结构示意图。
图4为本发明的使用状态示意图。
图5为现有方格网检测的使用示意图。
图6为本发明中的电路控制框图。
附图中：1-岸基控制单元、2-水下控制单元、3-水下执行设备、31-外框架、32-固定支架、33-移动支架组件、331-水下电缸、332-滑动支架、333-安装杆、41-激光探头、42-摄像机、43-高光灯、44-深度传感器、5-防撞组件、51-防撞轮、52-铰支轮架、53-调节弹簧、54-滑动套、55-边端支架、56-支撑轴、6-推进器、71-码头岸基、72-码头壁面、8-方格网、9-起重吊装机械、91-吊装钢绳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请同时参见图1至图5，本发明一较佳实施方式提供一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，包括岸基控制单元1、水下控制单元2和水下执行设备3，水下控制单元2分别与岸基控制单元1和水下执行设备3之间电性连接；此三大部分之间通过水下专用聚氨脂护套线缆相互连接。
岸基控制单元1包括显示设备、信号接收模块、控制器和GPS定位模块，控制器分别与信号接收模块、GPS定位模块和视频显示模块电性连接；信号接收模块可接收由防水仓内部安装的信号发送模块所传输的相关的信号，同时再由信号接收模块将信号传至控制器中，由控制器处理后发送至显示设备上，同时还可以通过控制器对水下控制单元2发出相关的控制指令。同时内置的GPS定位模块可以准确定位设备的使用地点，同时还可以配套现场的监控成套设备，方便客户及时查看所在的具体的使用地点以及现场的作业情况。
水下控制单元2包括防水仓，防水仓内部安装有信号发送模块和水下控制模块，水下控制模块与信号发送模块电性连接，水下控制模块上还设置有多组外设接口；防水仓设置为不锈钢防水仓，控制器通过个外设接口将各个检测部件的检测信号接收处理后再送至信号发送模块内，再由信号发送模块发送至岸基控制单元1中，此水下控制模块与控制器电性连接用于接收控制器发出的指令，并传递至相关设备中，如对水下电缸331的滑块的位置的调节，以及对高光灯43亮度的调节等。
水下执行设备3包括总支架、检测组件和自平衡保持单元，检测组件和自平衡保持单元分别可通过螺钉或焊接或现有本领域常用的卡接固定方式固定设置于总支架上。检测组件用于检测所要求的具体参数，自平衡保持单元用于调节总支架的水下检测姿态。同时以上所涉及到的控制设备的控制方法均为现有技术，在此不再赘述。
检测组件包括多组摄像机42、多组高光灯43、多组激光探头41和两组深度传感器44，多组摄像机42、高光灯43、激光探头41和深度传感器44均通过外设接口与水下控制模块电性连接。摄像机42用于实时拍摄码头壁面的情况，高光灯43用于提供光照解决水下光照不足的情况使得摄像机42的拍摄画面更加清晰，激光探头41用于在码头壁面72上照射一条激光标线，当码头壁面72存在突起或凹陷时，激光标线的相关位置会发生变形，由此摄像机42中拍摄到的画面中的激光标线会发生明显变化，便于工作人员及时发现缺陷，深度传感器44用于及时提供深度信息，另外再在码头岸基71上设置原点，然后通过此得出长度信息，由此通过深度和长度信息结合可得出缺陷的位置坐标。便于后期工作人寻找修缮。
总支架包括外框架31、移动支架组件33和固定支架32，移动支架组件33和固定支架32相互平行间隔固定于外框架31内部，外框架31设置为长方体框架结构，多组激光探头41通过螺钉或激光探头41自带的紧固结构件均布固定设置于固定支架32上。
移动支架组件33包括一组水下电缸331、两组滑动支架332和一组安装杆333，两组滑动支架332通过螺钉或自带的紧固结构件对称固定于外框架31内部两端侧处，水下电缸331通过螺钉或自带的紧固结构件固定设置于外框架31内部，且该水下电缸331位于两组滑动支架332的对称线处，安装杆333固定穿设于水下电缸331和两组滑动支架332的滑块上，水下电缸331与水下控制模块电性连接。通过水下控制模块控制水下电缸331的滑块的前后的滑动从而带动摄像机42以及高光灯43的前后移动，以获得最佳拍摄画面。
多组摄像机42与高光灯43均布固定于安装杆333上端，多组高光灯43设置为亮度可调式高光灯。通过调节高光灯43的亮度来补偿不同水深处的光照情况，以保证摄像机42获得的均一的拍摄画面，摄像机42、高光灯43、激光探头41以及深度传感器44均为现有技术，其选型方法也为现有技术，具体的型号选择需要根据所使用的工作环境的要求进行确定，且其固定连接方式均为此技术领域常用的已知技术，在此不在赘述。
自平衡保持单元包括多组推进器6，多组推进器6分别固定设置于外框架31同一侧的四组顶角处。四组推进器6通过反推力来调节总支架的水下姿态，以保证其尽量于码头壁面72平行。
信号发送模块和信号接受模块分别设置为电力载波信号发送模块和电力载波信号接受模块。电力载波的技术方式来传输信号可使电力和信号进行二合一传输，从而使得其在水下传输的距离更远，使用线路减少方便布线。
两组深度传感器44分别固定设置于固定支架32的两侧端处，且该两组深度传感器44的安装位置与多组摄像机42的安装位置位于同一高度平面上。同一高度是为了尽量保证检测的深度数据的准确性，在实际使用过程中激光探头41所发出的标志线束在码头壁面72上的投射位置基本与摄像头的镜头中心位置相同，而将深度传感器44设置为和摄像机42同一高度就是为了尽量保证深度传感器44所探测的深度信息与摄像机42所拍摄画面中的激光标线所到达的位置的深度尽量相统一，便于后期缺陷位置的标定。
外框架31上远离多组推进器6的一侧端面的四组顶角处分别固定设置有一组防撞组件5，防撞组件5包括防撞轮51和弹性轮架，防撞轮51通过转轴或轴承转动设置于弹性轮架上，弹性轮架固定设置于外框架31上。防撞组件5用于缓冲本发明被浪涌推至码头壁面72时撞击，防止本发明与码头壁面72因硬碰撞造成的损坏。防撞轮51外部包覆有橡胶，且该防撞轮51也可根据实际使用要求设置为万向轮或单向轮。
弹性轮架包括两组边端支架55、一组支撑轴56、两组滑动套54、两组调节弹簧53和一组铰支轮架52，两组滑动套54对称滑动套54设于支撑轴56上，支撑轴56的两端部分别与两组边端支架55固定连接，每组相靠近的边端支架55和滑动套54之间通过调节弹簧53连接，铰支轮架52同时与两组滑动套54铰接连接。弹性轮架通过将防撞轮51上传递而来的冲击力本别施加至两组调节弹簧53上来进行缓冲和抵消。此防撞组件5也可作为移动轮来使用方便本发明平时的移动搬运作业。
工作原理：
首先工作人员将本发明中的所有组件中的各设备进行相应的连接，并开机检测各组设备运行情况，确定所有设备运行无误后在本发明中外框架31顶部的四组顶角处固定吊装钢绳91，然后再将四组吊装钢绳91的另一端连接至一起，然后将吊装钢绳91钩套固定在码头岸基71上的起重吊装机械9上，并调节钩套的位置使得起吊后外框架31处于水平状态，同时在码头岸基71上适当位置设置长度方向的原点，另外调节深度传感器44将码头岸基71所处水平面设置为基准零点位置。
然后由起重吊装机械9将水下执行设备3吊装放置到水中并将摄像机42到码头壁面72的拍摄距离调节适当后即可开始检测，工作人员通过显示设备所显示水下拍摄画面得知具体情况，再通过控制器来实时调节摄像机42距离码头壁面72的距离、高光灯43的亮度以及各组推进器6的推力的大小，当检测到相关缺陷时及时记录缺陷所在位置的坐标，以及缺陷类型便于后期维修，待同一纵向的码头壁面72检测完毕后，起重吊装机械9沿码头岸基71的指定方向移动到下一待检测的码头壁面72处，由此将水下执行设备3移动至下一检测区域，再通过起重吊装机械9吊装钢绳91的下放和收起来实现水下执行设备3的纵向移动检测，由此一直到所有码头壁面72均检测完毕即可。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (10)
1.一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置包括岸基控制单元(1)、水下控制单元(2)和水下执行设备(3)，所述水下控制单元(2)分别与岸基控制单元(1)和水下执行设备(3)之间电性连接；
所述岸基控制单元(1)包括显示设备、信号接收模块、控制器和GPS定位模块，所述控制器分别与信号接收模块、GPS定位模块和视频显示模块电性连接；
所述水下控制单元(2)包括防水仓，所述防水仓内部安装有信号发送模块和水下控制模块，所述水下控制模块与信号发送模块电性连接，所述水下控制模块上还设置有多组外设接口；
所述水下执行设备(3)包括总支架、检测组件和自平衡保持单元，所述检测组件和自平衡保持单元分别固定设置于总支架上。
2.根据权利要求1所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述检测组件包括多组摄像机(42)、多组高光灯(43)、多组激光探头(41)和两组深度传感器(44)，多组所述摄像机(42)、高光灯(43)、激光探头(41)和深度传感器(44)均通过外设接口与水下控制模块电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述总支架包括外框架(31)、移动支架组件(33)和固定支架(32)，所述移动支架组件(33)和固定支架(32)相互平行间隔固定于外框架(31)内部，所述外框架(31)设置为长方体框架结构，多组所述激光探头(41)均布固定设置于固定支架(32)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述移动支架组件(33)包括一组水下电缸(331)、两组滑动支架(332)和一组安装杆(333)，两组所述滑动支架(332)对称固定于外框架(31)内部两端侧处，所述水下电缸(331)固定设置于外框架(31)内部，且该水下电缸(331)位于两组滑动支架(332)的对称线处，所述安装杆(333)固定设置于水下电缸(331)和两组滑动支架(332)的滑块上，所述水下电缸(331)与水下控制模块电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，多组所述摄像机(42)与高光灯(43)均布固定于安装杆(333)上端，多组所述高光灯(43)设置为亮度可调式高光灯。
6.根据权利要求3所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述自平衡保持单元包括多组推进器(6)，多组所述推进器(6)分别固定设置于外框架(31)同一侧的四组顶角处。
7.根据权利要求1所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述信号发送模块和信号接受模块分别设置为电力载波信号发送模块和电力载波信号接受模块。
8.根据权利要求6所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，两组所述深度传感器(44)分别固定设置于固定支架(32)的两侧端处，且该两组深度传感器(44)的安装位置与多组摄像机(42)的安装位置位于同一高度平面上。
9.根据权利要求6所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述外框架(31)上远离多组推进器(6)一侧的端面的四组顶角处分别固定设置有一组防撞组件(5)，所述防撞组件(5)包括防撞轮(51)和弹性轮架，所述防撞轮(51)转动设置于弹性轮架上，所述弹性轮架固定设置于外框架(31)上。
10.根据权利要求9所述的一种用于地下连续墙水下多参数自动检测的装置，其特征在于，所述弹性轮架包括两组边端支架(55)、一组支撑轴(56)、两组滑动套(54)、两组调节弹簧(53)和一组铰支轮架(52)，两组所述滑动套(54)对称滑动套(54)设于支撑轴(56)上，所述支撑轴(56)的两端部分别与两组边端支架(55)固定连接，每组相靠近的所述边端支架(55)和滑动套(54)之间通过调节弹簧(53)连接，所述铰支轮架(52)同时与两组滑动套(54)铰接连接。
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