CN113003412A - 水压试验系统自动吊放定位装置及其吊放定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水压试验系统自动吊放定位装置及其吊放定位方法，其定位装置包括纵向行走机构、横向行走机构、吊放机构、垂直跟踪指示器、数据处理器及无线操控器。横向行走机构设置在纵向行走机构上，吊放机构、垂直跟踪指示器和数据处理器设置在横向行走机构上，数据处理器与纵向行走机构的纵向位移传感器和横向行走机构的横向位移传感器连接。进行定位时通过垂直跟踪指示器、数据处理器与吊放装置行走机构的结合，采用垂直跟踪指示器及位移传感器获取的实时位移数据进行模糊比对控制，并将实际中心位置传至数据处理器，通过识别从而实现密封端盖及试验仪器设备的精准吊放，以保障仪器设备在压力试验区域内的安全、高效使用。

Description

水压试验系统自动吊放定位装置及其吊放定位方法

技术领域

本发明涉及水压试验装置,具体涉及一种水压试验系统的自动吊放定位装置及其吊放定位方法。

背景技术

水下仪器设备的研制过程中必须在实验室中进行水压试验，以便检验其适应水下高压作业环境的能力。现有水压试验系统包括压力密封舱和吊放装置，吊放装置吊放压力密封舱的密封端盖和将仪器设备的试验样品放在压力密封舱端口处。

图1显示了现有水压试验系统的基本结构，包括压力密封舱和吊放装置。吊放装置包括横向行走机构、纵向行走机构和吊装机构。纵向行走机构安装在距地面7m，跨度3m，行程10m的两根纵向导轨梁上，由两条平行导轨、两条跨度为1m的平行横梁、电机、减速机、配电装置、无线接收器组成。横向行走机构安装在纵向行走机构的两条跨度为1m的平行横梁的导轨上，由电机、减速机、横梁下的行走轮、无线接收器组成。吊装机构安装在横向行走机构上，包括电机、减速机、钢索、提升轮、吊钩，吊钩置于钢索的下端。横向行走机构和纵向行走机构的无线接收器分别与各自的减速机和配电装置相连。

现有水压试验系统工作时，试验人员利用无线操控器，通过无线接收器控制横向行走机构和纵向行走机构的移动，将吊放机构移动至压力密封舱上方，然后释放钢索和升降吊钩，将相关检测仪器吊放至压力密封舱中并将密封端盖扣在压力密封舱上，然后使检测仪器在压力密封舱内接受高压试验。试验结束后，利用类似操作将检测仪器从压力密封舱内取出和和将密封端盖复位至原始存放区域。

现有的水压试验系统吊放装置全程由人工进行操作，吊放装置的移动和定位难以做到很精准。有时会出现以下几个问题：

1、密封端盖与耐压舱端面无法精准对接，无法达到试验密封要求，并且在对接的过程中极易压坏密封端盖下端的耐压水密插头；

2、与密封端盖连接在一起的试验样品易在水平搬运和垂直放入耐压舱过程中与外围发生碰撞，造成损坏；

3、试验结束后起吊密封端盖时，由于吊放装置位置不精准导致的密封端盖无法正常吊放，以及起吊过程中引起密封端盖与密封舱侧壁发生摩擦，影响密封舱使用寿命；同时，吊钩偏移压力舱中心会引起吊放装置吊钩上的钢丝受力陡然增大造成吊放装置运行机构损坏、钢丝断裂和吊装件脱落；

4、吊放装置在行走路线上过于随意，容易使试验设备在试验人员或设备顶上运行，易造成实验室设备、被检测设备损坏及实验室人员伤亡事故。

综上，现有水压试验系统吊放装置依靠人员视觉判断会出现精度差、效率低、安全保障差的缺点，无法满足当前实验室在空间紧凑工况下的高效、安全的试验吊放需求。

发明内容

鉴于现有水压试验系统吊放装置存在的问题，本发明推出一种水压试验系统自动吊放定位装置，通过垂直跟踪指示器和数据处理器与吊放装置行走机构的结合，实现吊放装置的精准定位和移动，并设置了安全区，用于保障压力试验安全运行。

本发明涉及的水压试验系统自动吊放定位装置包括纵向行走机构、横向行走机构、吊放机构、垂直跟踪指示器、数据处理器及无线操控器。横向行走机构设置在纵向行走机构上，吊放机构、垂直跟踪指示器和数据处理器设置在横向行走机构上，数据处理器与纵向行走机构的纵向位移传感器和横向行走机构的横向位移传感器连接。

所述纵向行走机构包括两条纵向平行导轨、两条平行横梁，两条平行横梁设置在纵向平行导轨上并与纵向平行导轨正交，平行横梁下设置行走轮、电机、减速机、无线接收器。在纵向平行导轨的一侧安装纵向位移传感器，纵向位移传感器为精密拉线式传感器，纵向位移传感器与数据处理器连接。无线接收器与减速机和配电装置相连接。

所述横向行走机构包括电机、减速机和无线接收器，底部设置行走轮。横向行走机构安装在纵向行走机构的两条平行横梁的导轨上。在横向平行导轨的一侧安装横向位移传感器，横向位移传感器为精密拉线式传感器，横向位移传感器与数据处理器连接。无线接收器与减速机和配电装置相连接。

所述吊装机构安装在横向行走机构上，包括电机、钢索、提升轮，钢索的下端设置吊钩。吊放机构随纵向行走机构带动的横向行走机构的运行，同时吊放机构的吊钩又能随钢索的伸缩而提升。

所述垂直跟踪指示器为高清晰激光照射器，安装在横向行走机构上，垂直于地面照射出的光点用于影射吊放装置的实时位置。

所述数据处理器包括可编程控制器、双积分模数转换器、参数运算器，安装在横向行走机构上，分别对横向、纵向位移传感器传来的位置坐标数据进行储存与处理，从而实现吊放装置跟踪与定位功能。

本发明涉及的自动吊放定位装置定位吊放方法，采用垂直跟踪指示器及位移传感器获取实时位移数据进行模糊比对控制，并将实际中心位置传至数据处理器。数据处理器对数据进行识别从而实现密封端盖及试验仪器设备的精准吊放。同时，在运行期间明确设定了安全运行轨迹，避免工作人员进入吊放运行区引起人员伤亡。

具体步骤包括：预设定位点，标定捕捉标识区，设置安全工作区，实时吊放，拆装复位。

S1、预设定位点

操纵吊放装置的无线操控器控制横向行走机构、纵向行走机构、吊装机构运行，先将密封端盖调整至耐压舱正上方并标定为第一定位点，并将此处的横向位移传感器及纵向位移传感器中数据录入数据处理器，便于吊装端盖安全无摩擦、无障碍放在压力舱密封舱口正上方。再将密封端盖调整至存放密封端盖的基座正上方并标定为第二定位点，并将此处的横向位移传感器及纵向位移传感器中数据录入数据处理器，用于密封端盖可安全准确放在基座正上方，防止密封端盖错位将端盖下方的水密接插件压坏。

S2、标定捕捉标识区

完成第一定位点设置后，在横向行走机构运行轨迹较大一侧调整垂直跟踪指示器(垂直跟踪指示器完成调整后在横向行走机构上的位置保持不变)，使其照射点在距耐压舱舱壁边200mm处时作为第一捕捉标识区中心点，以该点画半径为200mm的圆圈作为第一捕捉标识区并在地面做实体标识，然后将圆圈内的位置数据录入至数据处理器并存储；该区域为密封端盖自动识别第一定位点的工作区域。完成第二定位点设置后，在横向行走机构运行轨迹较大一侧调整垂直跟踪指示器(垂直跟踪指示器完成调整后在横向行走机构上的位置保持不变)，使其照射点在距密封端盖基座边200mm处时的点作为为第二捕捉标识区中心点，以该点画半径为200mm的圆圈作为第二捕捉标识区并在地面做实体标识，然后将圆圈内的位置数据录入至数据处理器并存储；该区域为密封端盖自动识别第二定位点的工作区域。

S3、设置安全工作区

先在第一定位点与第二定位点之间规划一条最佳行走路线，以该路线为安全工作区一侧边界。通过调整横向、纵向行走机构，使垂直跟踪指示器的照射点照射在最佳行走路线上，以照射点向吊钩竖直运行轨迹方向水平延伸2m作为另一侧边界，沿最佳行走路线由第一定位点向第二定位点运行，并将此行走区域在地面做实体标识作为安全工作区。此安全工作区用于防止密封端盖在两个定位点之间运行时，工作人员随意穿越引起的安全事故。

S4、实时封装

在第二定位点处提起密封端盖，然后在密封端盖下挂上试验仪器，通过操纵行走机构使垂直跟踪指示器的照射点照射在最佳行走路线上，并在安全工作区内沿最佳路线行走至第一捕捉标识区，按动捕捉按钮使密封端盖自动到达第一定位点，再按下吊放机构按钮使试验仪器进入压力密封舱并完成密封端盖实时封装，然后进行水压试验。

S5、端盖拆装

水压试验完成后，在第一定位点处提起密封端盖，通过操纵行走机构使垂直跟踪指示器的照射点照射在最佳行走路线上，并在安全工作区内沿最佳路线行走至第二捕捉标识区，按动捕捉按钮使密封端盖自动到达第二定位点，按下吊放机构按钮完成密封端盖实时拆装。

本发明用于实验室中仪器设备的水压试验，可实现压力密封舱端盖及试验样品的精准定位和安全吊放，结构简单，便于操作，提高试验效率，可延长压力密封舱使用寿命，并且会避免由于吊放位置不当引起的安全事故。

附图说明

图1是现有水压试验系统吊放定位装置结构示意图。

图2是本发明的水压试验系统自动吊放定位装置结构示意图。

图3是本发明涉及的自动吊放定位装置定位吊放方法示意图。

图中标记说明：

1、横向行走机构 2、纵向行走机构

3、吊装机构 4、密封端盖

5、压力密封舱 6、横向位移传感器

7、数据处理器 8、纵向位移传感器

9、垂直跟踪指示器 10、安全工作区

11、第一捕捉标识区中心点 12、第一捕捉标识区

13、第二捕捉标识区中心点 14、第二捕捉标识区

S1、预设定位点 S2、标定捕捉标识区

S3、设置安全工作区 S4、实时封装

S5、端盖拆装

具体实施方式

结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图2显示本发明的基本结构，如图所示，本发明涉及的自动吊放定位装置，包括横向行走机构1、纵向行走机构2、吊装机构3、横向位移传感器6、数据处理器7、纵向位移传感器8、垂直跟踪指示器9。

纵向行走机构2控制吊放装置在8m范围内纵向移动，横向行走机构1控制吊放装置在3m范围内横向移动，吊装机构3用于垂直吊放密封端盖及被测仪器。纵向行走机构2带动横向行走机构1运行，横向行走机构1带动吊装机构3运行，使吊放装置可以在3m×8m的工作区域内任意吊放物体。纵向位移传感器8为精密拉线式传感器(精度为0.1mm)，安装在横向行走机构1与纵向行走机构2的交点一侧上，横向位移传感器6为精密拉线式传感器(精度为0.1mm)安装在横向行走机构1上，二者用于实时采集吊放装置运行期间的横向行走机构1、纵行走机构2的位置，并将采集数据传送至数据处理器7参与控制。垂直跟踪指示器9为高清晰激光照射器，安装在横向行走机构1上，距吊装机构3上的吊钩水平距离为1m，其垂直于地面照射出的光点用于影射吊放装置的实时位置。在吊装运行过程中沿着地面标示线运行，以防止工作人员进入吊放装置工作区。数据处理器7包括可编程控制器、双积分模数转换器、参数运算器，安装在横向行走机构1上，分别对横向位移传感器6、纵向位移传感器8传来的位置坐标数据进行储存与处理，从而实现吊放装置跟踪与定位功能。

图3是本发明涉及的自动吊放定位装置定位吊放方法示意图，具体步骤包括：

S1、预设定位点

操纵吊放装置的无线操控器控制横向行走机构1、纵向行走机构2、吊装机构3运行，先将密封端盖4调整至耐压舱5正上方并标定为第一定位点，并将此处的横向位移传感器6及纵向位移传感器8中数据录入数据处理器。再将密封端盖4调整至存放密封端盖4的基座正上方并标定为第二定位点，并将此处的横向位移传感器6及纵向位移传感器8中数据录入数据处理器7；

S2、标定捕捉标识区。

完成第一定位点设置后，在横向行走机构1运行轨迹较大一侧调整垂直跟踪指示器9(垂直跟踪指示器9完成调整后在横向行走机构1上的位置保持不变)，使其照射点在距耐压舱5舱壁边200mm处时作为第一捕捉标识区中心点11，以该点画半径为200mm的圆圈作为第一捕捉标识区12并在地面做实体标识，然后将圆圈内的位置数据录入至数据处理器并存储；该区域为密封端盖自动识别第一定位点的工作区域。完成第二定位点设置后，在横向行走机构1运行轨迹较大一侧调整垂直跟踪指示器9(垂直跟踪指示器1完成调整后在横向行走机构1上的位置保持不变)，使其照射点在距密封端盖4基座边200mm处时的点作为为第二捕捉标识区中心点13，以该点画半径为200mm的圆圈作为第二捕捉标识区14并在地面做实体标识，然后将圆圈内的位置数据录入至数据处理器并存储；该区域为密封端盖自动识别第二定位点的工作区域。

S3、设置安全工作区。

先在第一定位点与第二定位点之间规划一条最佳行走路线，以该路线为安全工作区一侧边界。通过调整横向行走机构1、纵向行走机构2，使垂直跟踪指示器9的照射点照射在最佳行走路线上，以照射点向吊钩竖直运行轨迹方向水平延伸2m作为另一侧边界，沿最佳行走路线由第一定位点向第二定位点运行，并将此行走区域在地面做实体标识作为安全工作区10。此安全工作区10用于防止密封端盖在两个定位点之间运行时，工作人员随意穿越引起的安全事故。

S4、实时封装。

在第二定位点处提起密封端盖4，通过操纵行走机构使垂直跟踪指示器9的照射点实时照射在最佳行走路线上，并在安全工作区10内沿最佳路线行走至第一捕捉标识区12，按动捕捉按钮使密封端盖4自动到达第一定位点。按下吊放机构3使试验仪器进入压力密封舱并使密封端盖4内完成实时封装，然后进行水压试验。

S5、端盖拆装。

在第一定位点处提起密封端盖4，通过操纵行走机构使垂直跟踪指示器9的照射点实时照射在最佳行走路线上，并在安全工作区10内沿最佳路线行走至第二捕捉标识区14，按动捕捉按钮使密封端盖4自动到达第二定位点，按下吊放机构3按钮完成密封端盖4实时拆装。

以上为一个完整的试验方法，在以后的试验中，试验人员只需将吊放定位装置沿安全工作区移动至第一捕捉标识区12或第二捕捉标识区14，按下自动捕捉按钮，即可实现吊放装置的精准定位。

Claims (3)

1.一种水压试验系统自动吊放定位装置，其特征在于包括纵向行走机构、横向行走机构、吊放机构、垂直跟踪指示器、数据处理器及无线操控器；横向行走机构设置在纵向行走机构上，吊放机构、垂直跟踪指示器和数据处理器设置在横向行走机构上，数据处理器与纵向行走机构的纵向位移传感器和横向行走机构的横向位移传感器连接；

所述纵向行走机构包括两条纵向平行导轨、两条平行横梁，两条平行横梁设置在纵向平行导轨上并与纵向平行导轨正交，平行横梁下设置行走轮、电机、减速机、无线接收器；

所述横向行走机构包括电机、减速机和无线接收器；横向行走机构安装在纵向行走机构的两条平行横梁的导轨上，底部设置行走轮；

所述吊装机构安装在横向行走机构上，包括电机、钢索、提升轮，钢索的下端设置吊钩；吊放机构随纵向行走机构带动的横向行走机构的运行，同时吊放机构的吊钩又能随钢索的伸缩而提升；

所述垂直跟踪指示器为高清晰激光照射器，安装在横向行走机构上，垂直于地面照射出的光点用于影射吊放装置的实时位置；

所述数据处理器包括可编程控制器、双积分模数转换器和参数运算器，安装在横向行走机构上，分别对纵向位移传感器和横向位移传感器传来的位置坐标数据进行储存与处理，从而实现吊放装置跟踪与定位功能。

2.根据权利要求1所述的水压试验系统自动吊放定位装置，其特征在于，纵向位移传感器和横向位移传感器分别为精密拉线式传感器，其测量精度为0.1mm,纵向位移传感器安装在纵向平行导轨的一侧，横向位移传感器安装在横向平行导轨的一侧，纵向位移传感器横向位移传感器分别与数据处理器连接。

3.根据权利要求1所述的水压试验系统自动吊放定位装置的吊放定位方法，其特征在于技术步骤包括：预设定位点，标定捕捉标识区，设置安全工作区，实时封装，端盖拆装；

S1、预设定位点

操纵吊放装置的无线操控器控制横向行走机构、纵向行走机构、吊装机构运行，先将密封端盖调整至耐压舱正上方并标定为第一定位点，并将此处的横向位移传感器及纵向位移传感器中数据录入数据处理器，再将密封端盖调整至存放密封端盖的基座正上方并标定为第二定位点，并将此处的横向位移传感器及纵向位移传感器中数据录入数据处理器，用于密封端盖可安全准确放在基座正上方；

S2、标定捕捉标识区

完成第一定位点设置后，在横向行走机构运行轨迹较大一侧调整垂直跟踪指示器，使其照射点在距耐压舱舱壁边200mm处时作为第一捕捉标识区中心点，以该点画半径为200mm的圆圈作为第一捕捉标识区并在地面做实体标识，然后将圆圈内的位置数据录入至数据处理器并存储，作为密封端盖自动识别第一定位点的工作区域；完成第二定位点设置后，在横向行走机构运行轨迹较大一侧调整垂直跟踪指示器，使其照射点在距密封端盖基座边200mm处时的点作为为第二捕捉标识区中心点，以该点画半径为200mm的圆圈作为第二捕捉标识区并在地面做实体标识，然后将圆圈内的位置数据录入至数据处理器并存储，作为为密封端盖自动识别第二定位点的工作区域；

S3、设置安全工作区

先在第一定位点与第二定位点之间规划一条最佳行走路线，作为安全工作区一侧边界；通过调整横向、纵向行走机构，使垂直跟踪指示器的照射点照射在最佳行走路线上，以照射点向吊钩竖直运行轨迹方向水平延伸2m作为另一侧边界，沿最佳行走路线由第一定位点向第二定位点运行，并将此行走区域在地面做实体标识作为安全工作区；

S4、实时封装

在第二定位点处提起密封端盖，然后在密封端盖下挂上试验仪器，沿垂直跟踪指示器照射的最佳行走路线上行走至第一捕捉标识区，使密封端盖自动到达第一定位点，再按下吊放机构按钮使试验仪器进入压力密封舱并完成密封端盖实时封装，然后进行水压试验；

S5、端盖拆装

水压试验完成后，在第一定位点处提起密封端盖，通过操纵行走机构使垂直跟踪指示器的照射点照射在最佳行走路线上，并在安全工作区内沿最佳路线行走至第二捕捉标识区，按动捕捉按钮使密封端盖自动到达第二定位点，按下吊放机构按钮完成密封端盖实时拆装。

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