CN113109445A

CN113109445A - 一种水下桥墩检测装置及其方法

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Publication number: CN113109445A
Application number: CN202110397277.2A
Authority: CN
Inventors: 郑德粮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-07-13

Abstract

本发明提出了一种水下桥墩检测装置及其方法，应用于桥墩上，该装置包括相对设置于桥墩外周的水上框架和水下框架，以及设置于两框架之间的移动导杆组件和升降牵引件；所述水上框架和水下框架相对端部均设置有环形驱动件，所述移动导杆组件上下端部分别与两环形驱动件传动连接，用于驱动所述移动导杆组件绕桥墩外周转动，所述升降牵引件上下两端分别与水上框架和水下框架相连，用于牵引水下框架做升降运动；还包括套装于所述移动导杆组件上并进行上下运动的检测小车，所述检测小车用于检测桥墩病害部位。本发明适用于多种形状桥墩，能够连续扫描完整的桥墩表面，工作效率高。

Description

一种水下桥墩检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及桥梁检测设备领域，具体而言，涉及一种水下桥墩检测装置和方法。

背景技术

在水下地形测绘、水下建筑物探损探伤和水下自然边坡变形监测工程中，由于声波在水中传播的衰减很小，通常会用到声呐测绘，利用声波在水下传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测，进行水下探测的主要是主动声呐，发射某种形式的声信号，利用信号在水下传播途中障碍物或目标反射的回波来进行探测。

目前桥墩水下部分墩柱的检测采用水下声呐进行外观检测，但是水下声呐探测仅能用软绳牵引或者硬质杆件人工操纵进行水下探测。该方法存在检测效率低随机性大，定位不准确等缺点。

中国专利文献CN202011092878.4公开了一种桥墩水下部位病害检测装置，该装置包括上固定环、中轨道环、下固定环、伸缩杆机构和扫描小车，上、下固定环与桥墩锁紧连接，中轨道环在伸缩杆机构作用下调节检测高度，扫描小车在中轨道环的环形凹槽内绕桥墩转动。该装置具有检测精度高，能够一次完成一个桥墩检测点的扫描工作。然而，该装置仅适用于圆柱形桥墩，且不能连续扫描完整的桥墩表面，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下桥墩检测装置和方法，解决了现有技术中桥墩检测装置仅适用于圆柱形桥墩，不能连续扫描完整的桥墩表面，具有一定局限性的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水下桥墩检测装置，应用于桥墩上，包括相对设置于桥墩外周的水上框架和水下框架，以及设置于两框架之间的移动导杆组件和升降牵引件；所述水上框架和水下框架相对端部均设置有环形驱动件，所述移动导杆组件上下端部分别与两环形驱动件传动连接，用于驱动所述移动导杆组件绕桥墩外周转动，所述升降牵引件上下两端分别与水上框架和水下框架相连，用于牵引水下框架做升降运动；还包括套装于所述移动导杆组件上并进行上下运动的检测小车，所述检测小车用于检测桥墩病害部位。

作为优选方案，所述水上框架和水下框架均包括多个连接块，所述多个连接块依次连接并环绕固定在桥墩上；所述连接块包括连接块主体，所述连接块主体靠近桥墩一侧开设有用于容纳气囊的气囊凹槽，所述连接块主体上设有与气囊相连的压缩气瓶，用于向气囊内充气，上下两所述连接块主体相对一侧开设有皮带凹槽，用于放置环形驱动件。

作为优选方案，相邻两所述连接块之间设有连接头，所述连接头包括分别固设于两连接块相对侧壁的第一连接部和第二连接部，以及用于连接第一连接部和第二连接部的连接螺栓。

作为优选方案，相邻两所述连接块之间设有缓冲部，所述缓冲部具有与连接块的皮带凹槽相对应的凹槽。

作为优选方案，所述环形驱动件包括同步皮带和若干同步带轮，所述同步皮带设于皮带凹槽内部，所述同步带轮固定端固设于皮带凹槽内壁，且所述同步带轮转动端与同步皮带相互配合，以使同步皮带转动。

作为优选方案，所述移动导杆组件包括套管、转动电机、丝杠、螺母座和直线槽，所述套管上下两端通过夹套固定连接在同步皮带外侧，所述丝杠设于套管内部，且其底端部与设于套管下部的转动电机传动连接，所述螺母座套装于丝杠上并与其螺纹连接，所述套管外表面开设有直线槽，所述螺母座端部穿过直线槽与检测小车固定连接。

作为优选方案，所述检测小车包括托板和固设于托板上的声呐，所述移动导杆组件数量为两个，所述托板上开设有用于穿插移动导杆组件的两通孔。

作为优选方案，所述升降牵引件包括牵引绳和收卷装置，所述牵引绳两端分别固定连接于水上框架和水下框架上，所述收卷装置固设于水上框架上，用于收卷所述牵引绳。

本发明还公开了一种水下桥墩检测方法，包括：根据桥墩轮廓选取多个直型连接块和曲型连接块，将连接块首尾依次连接套装在桥墩外周；打开水上框架的压缩气瓶气阀向气囊内充气，当气囊内气压达到设定阈值后控制气阀关闭，以使水上框架固定在桥墩上部；控制收卷装置向下方释放牵引绳，以使水下框架到达设定高度；打开水下框架的压缩气瓶气阀向气囊内充气，当气囊内气压达到设定阈值后控制气阀关闭，以使水下框架固定在桥墩下部；安装移动导杆组件和检测小车；安装完毕后，控制环形驱动件和移动导杆组件，调整检测小车处于起始位；选择检测模式，控制环形驱动件和移动导杆组件，以使检测小车从起始位运动到终止位，完成桥墩检测。

作为优选方案，所述检测模式包括：分段检测，先控制移动导杆组件，以使检测小车下降预设高度，再控制环形驱动件，以使检测小车绕桥墩旋转一周，循环上述步骤，直至桥墩检测完成；整体检测，同时控制环形驱动件和移动导杆组件，以使检测小车沿螺旋状绕桥墩外周转动，直至桥墩检测完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)通过将直型连接块和曲型连接块依次连接，适应多种形状的桥墩，利用压缩气瓶向气囊内充气，可以将水上框架和水下框架稳固抱紧在桥墩上；

(2)利用升降牵引件可实现水下框架的上下移动，操作方便快捷；

(3)通过在水上框架和水下框架内设置环形驱动件，环形驱动件由若干同步带轮和抵压在同步带轮上的同步皮带组成，同步带轮带动同步皮带转动，运动精确稳定，可以实现检测小车绕桥墩外周连续稳定的扫描；

(4)通过将检测小车设置在移动导杆组件上，移动导杆组件采用滚珠丝杠结构设计，可以实现检测小车在竖直方向上的精确稳定扫描。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本发明实施例提供的水下桥墩检测装置安装在桥墩上的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的水下桥墩检测装置安装在桥墩上另一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的水下桥墩检测装置的结构示意图；

图4为图3中A处局部放大示意图；

图5为本发明实施例提供的水下桥墩检测装置另一视角的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的水下桥墩检测装置又一视角的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的水上框架的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的水下框架的结构示意图；

图9为图8中B处的局部放大示意图；

图10为本发明实施例提供的连接块的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的移动导杆组件的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的连接头的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的检测小车的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的水下桥墩检测方法的流程示意图；

图15为本发明实施例提供的检测小车从起始位至终止位扫描面的示意图。

图中标号：100桥墩、200水上框架、300水下框架、1直型连接块、101 连接块主体、102皮带凹槽、103缓冲部、104气囊凹槽、2曲型连接块、3气囊、4连接头、401第一连接部、402第二连接部、403连接螺栓、5压缩气瓶、 6移动导杆组件、601套管、602转动电机、603丝杠、604螺母座、605直线槽、 7升降牵引件、701牵引绳、702收卷装置、8检测小车、801托板、802声呐、 803通孔、804插槽、9同步皮带、10同步带轮、11夹套。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

请参阅图1和2，本发明公开了一种水下桥墩检测装置，应用于桥墩100 上，包括相对设置于桥墩100外周的水上框架200和水下框架300，以及设置于两框架之间的移动导杆组件6和升降牵引件7。

参阅图3至9，上述水上框架200和水下框架300相对端部均设置有环形驱动件，移动导杆组件6上下端部分别与两环形驱动件传动连接，用于驱动移动导杆组件6绕桥墩100外周转动，升降牵引件7上下两端分别与水上框架200 和水下框架300相连，用于牵引水下框架300做升降运动。

此外，该装置还包括套装于移动导杆组件6上并进行上下运动的检测小车 8，检测小车8用于检测桥墩100病害部位。

请一并参阅图10，水上框架200和水下框架300均包括多个连接块，多个连接块依次连接并环绕固定在桥墩100上。为了适应不同外形轮廓的桥墩100，连接块分为直型连接块1和曲型连接块2，例如，当桥墩100横截面为圆形时，可全部采用曲型连接块2组装，当桥墩100横截面为跑道形时，可将直型连接块1和曲型连接块2混合使用。

具体的，上述连接块包括连接块主体101，连接块主体101靠近桥墩100 一侧开设有用于容纳气囊3的气囊凹槽104，连接块主体101上设有与气囊3 相连的压缩气瓶5，用于向气囊3内充气，压缩气瓶5上设有压力阀门，当气囊3内的气压到达设定阈值时，自动关闭阀门，使用方便。上下两连接块主体 101相对一侧开设有皮带凹槽102，用于放置环形驱动件。

请一并参阅图12，相邻两连接块之间设有连接头4，连接头4包括分别固设于两连接块相对侧壁的第一连接部401和第二连接部402，以及用于连接第一连接部401和第二连接部402的连接螺栓403。易理解，为了连接块之间拆装方便可采用快拆接头或电动接头。

优选的，在相邻两连接块之间设有缓冲部103，缓冲部103具有与连接块的皮带凹槽102相对应的凹槽。例如，该缓冲部103可采用橡胶软垫。

请再次参阅图8，上述环形驱动件包括同步皮带9和若干同步带轮10，同步皮带9设于皮带凹槽102内部，同步带轮10固定端固设于皮带凹槽102内壁，且同步带轮10转动端与同步皮带9相互配合，以使同步皮带9转动。同步带轮 10可采用部分由电机驱动的主动轮，其余可采用无动力的从动轮。易理解，为了保证同步皮带9的稳定性，在同步皮带9的两侧可设置有环状钢带，环状钢带与同步皮带9保持一定间隙，在不影响同步皮带9转动前提下，可以避免同步皮带9受到水浪波动产生较大偏移，提高了装置的稳定性。

请参阅图11，上述移动导杆组件6包括套管601、转动电机602、丝杠603、螺母座604和直线槽605，套管601上下两端通过夹套11固定连接在同步皮带 9外侧，丝杠603设于套管601内部，且其底端部与设于套管601下部的转动电机602传动连接，螺母座604套装于丝杠603上并与其螺纹连接，套管601 外表面开设有直线槽605，螺母座604端部穿过直线槽605与检测小车8固定连接。螺母座604和丝杠603形成可靠的滚珠丝杠603结构，稳定性好，可在转动电机602带动下沿直线槽605上下运动，从而带动检测小车8上下运动。

请参阅图13，检测小车8包括托板801和固设于托板801上的声呐802，移动导杆组件6数量为两个，托板801上开设有用于穿插移动导杆组件6的两通孔803。

本发明实施例中，上述升降牵引件7包括牵引绳701和收卷装置702，牵引绳701两端分别固定连接于水上框架200和水下框架300上，收卷装置702 固设于水上框架200上，用于收卷牵引绳701。该收卷装置702可采用卷扬机。

参见图14，本发明还公开了一种水下桥墩检测方法，包括如下步骤：

S101，根据桥墩100轮廓选取多个直型连接块1和曲型连接块2，将连接块首尾依次连接套装在桥墩100外周。

S102，打开水上框架200的压缩气瓶5气阀向气囊3内充气，当气囊3内气压达到设定阈值后控制气阀关闭，以使水上框架200固定在桥墩100上部。

S103，控制收卷装置702向下方释放牵引绳701，以使水下框架300到达设定高度。

S104，打开水下框架300的压缩气瓶5气阀向气囊3内充气，当气囊3内气压达到设定阈值后控制气阀关闭，以使水下框架300固定在桥墩100下部。

S105，安装移动导杆组件6和检测小车8。水上框架200和水下框架300 固定好后，将移动导杆组件6上下两端插入同步皮带9上的夹套11内即可。

S106，安装完毕后，控制环形驱动件和移动导杆组件6，调整检测小车8 处于起始位。环形驱动件可带动检测小车8绕桥墩100做圆周运动，移动导杆组件6可带动检测小车8做上下运动。

S107，选择检测模式，控制环形驱动件和移动导杆组件6，以使检测小车8 从起始位运动到终止位，完成桥墩100检测。

本发明实施例中，上述检测模式包括两种，分别为：

分段检测，先控制移动导杆组件6，以使检测小车8下降预设高度，再控制环形驱动件，以使检测小车8绕桥墩100旋转一周，循环上述步骤，直至桥墩100检测完成。

整体检测，同时控制环形驱动件和移动导杆组件6，以使检测小车8沿螺旋状绕桥墩100外周转动，直至桥墩100检测完成，如图15所示。

例如，以起始位所在平面中心建立空间坐标系(x,y,z)，假设起始点坐标为(a，0,0)，环形驱动件带动检测小车8以角速度W绕Z轴旋转，同时移动导杆组件6又以线速度v沿平行于Z轴负方向下降，经过时间t后，检测小车 8以螺旋线为路径到达终止位。则螺旋线方程为

需要说明的是，检测小车8上的声呐802具有一定扫描宽度，每绕桥墩100 一圈形成的扫描环与下一圈相贴近，使得在桥墩100外周形成以螺旋线为路径的完整扫描面。

易理解，声呐802具有远程通信模块，扫描后的图像可以实时发送至控制终端，控制终端根据接收到的图像信息构建三维模型，以查看分析桥墩病害位置。

综上所述，本发明公开了一种水下桥墩检测装置和方法，通过在水上框架 200和水下框架300内设置环形驱动件，环形驱动件由若干同步带轮10和抵压在同步带轮10上的同步皮带9组成，同步带轮10带动同步皮带9转动，运动精确稳定，可以实现检测小车8绕桥墩100外周连续稳定的扫描；通过将检测小车8设置在移动导杆组件6上，移动导杆组件6采用滚珠丝杠结构设计，可以实现检测小车8在竖直方向上的精确稳定扫描。本发明适用于多种形状桥墩，能够连续扫描完整的桥墩表面，工作效率高。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种水下桥墩检测装置，应用于桥墩上，其特征在于，包括相对设置于桥墩外周的水上框架和水下框架，以及设置于两框架之间的移动导杆组件和升降牵引件；

所述水上框架和水下框架相对端部均设置有环形驱动件，所述移动导杆组件上下端部分别与两环形驱动件传动连接，用于驱动所述移动导杆组件绕桥墩外周转动，所述升降牵引件上下两端分别与水上框架和水下框架相连，用于牵引水下框架做升降运动；

还包括套装于所述移动导杆组件上并进行上下运动的检测小车，所述检测小车用于检测桥墩病害部位。

2.根据权利要求1所述的水下桥墩检测装置，其特征在于，所述水上框架和水下框架均包括多个连接块，所述多个连接块依次连接并环绕固定在桥墩上；

所述连接块包括连接块主体，所述连接块主体靠近桥墩一侧开设有用于容纳气囊的气囊凹槽，所述连接块主体上设有与气囊相连的压缩气瓶，用于向气囊内充气，上下两所述连接块主体相对一侧开设有皮带凹槽，用于放置环形驱动件。

3.根据权利要求2所述的水下桥墩检测装置，其特征在于，相邻两所述连接块之间设有连接头，所述连接头包括分别固设于两连接块相对侧壁的第一连接部和第二连接部，以及用于连接第一连接部和第二连接部的连接螺栓。

4.根据权利要求2所述的水下桥墩检测装置，其特征在于，相邻两所述连接块之间设有缓冲部，所述缓冲部具有与连接块的皮带凹槽相对应的凹槽。

5.根据权利要求2所述的水下桥墩检测装置，其特征在于，所述环形驱动件包括同步皮带和若干同步带轮，所述同步皮带设于皮带凹槽内部，所述同步带轮固定端固设于皮带凹槽内壁，且所述同步带轮转动端与同步皮带相互配合，以使同步皮带转动。

6.根据权利要求5所述的水下桥墩检测装置，其特征在于，所述移动导杆组件包括套管、转动电机、丝杠、螺母座和直线槽，所述套管上下两端通过夹套固定连接在同步皮带外侧，所述丝杠设于套管内部，且其底端部与设于套管下部的转动电机传动连接，所述螺母座套装于丝杠上并与其螺纹连接，所述套管外表面开设有直线槽，所述螺母座端部穿过直线槽与检测小车固定连接。

7.根据权利要求1所述的水下桥墩检测装置，其特征在于，所述检测小车包括托板和固设于托板上的声呐，所述移动导杆组件数量为两个，所述托板上开设有用于穿插移动导杆组件的两通孔。

8.根据权利要求1所述的水下桥墩检测装置，其特征在于，所述升降牵引件包括牵引绳和收卷装置，所述牵引绳两端分别固定连接于水上框架和水下框架上，所述收卷装置固设于水上框架上，用于收卷所述牵引绳。

9.一种水下桥墩检测方法，其特征在于，包括：

根据桥墩轮廓选取多个直型连接块和曲型连接块，将连接块首尾依次连接套装在桥墩外周；

打开水上框架的压缩气瓶气阀向气囊内充气，当气囊内气压达到设定阈值后控制气阀关闭，以使水上框架固定在桥墩上部；

控制收卷装置向下方释放牵引绳，以使水下框架到达设定高度；

打开水下框架的压缩气瓶气阀向气囊内充气，当气囊内气压达到设定阈值后控制气阀关闭，以使水下框架固定在桥墩下部；

安装移动导杆组件和检测小车；

安装完毕后，控制环形驱动件和移动导杆组件，调整检测小车处于起始位；

选择检测模式，控制环形驱动件和移动导杆组件，以使检测小车从起始位运动到终止位，完成桥墩检测。

10.根据权利要求9所述的水下桥墩检测方法，其特征在于，所述检测模式包括：

分段检测，先控制移动导杆组件，以使检测小车下降预设高度，再控制环形驱动件，以使检测小车绕桥墩旋转一周，循环上述步骤，直至桥墩检测完成；

整体检测，同时控制环形驱动件和移动导杆组件，以使检测小车沿螺旋状绕桥墩外周转动，直至桥墩检测完成。