CN113484335B - 一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于锅炉检测技术领域，尤其涉及一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置，包括下平台，下平台上设有两个竖直的连杆，连杆的上端设有与下平台平行的上平台，上平台上设有控制装置和伸缩单元；伸缩单元包括伸缩杆、三脚架、缠线轮和钢丝线，伸缩杆与三脚架固定在上平台上，伸缩杆为横向设置且平行于地面，三脚架上设有缠线轮，伸缩杆的顶端与缠线轮之间连接钢丝线，使伸缩杆、三脚架和钢丝线呈三角形结构，伸缩杆伸出上平台的一端固定云台摄像机；控制装置通过连接线连接云台摄像机。本发明采用插入式方式通过锅炉炉膛入孔或观火孔实现锅炉“四管”的管壁表面宏观扫查，以克服锅炉“四管”防磨防爆工作人工成本高、工作效率较低等难点。

Description

一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置

技术领域

本发明属于锅炉检测技术领域，尤其涉及一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置。

背景技术

在火力发电厂中，锅炉设备的安全运行对于火力发电厂的生产运营起着决定性的作用，锅炉“四管”作为锅炉的重要组成部分，也一直是火力发电厂安全防护检查的重点所在，然而，锅炉“四管”的爆漏问题，一直是影响火力发电企业安全生产作业的难题之一。据权威统计，锅炉受热面四管爆漏事件占机组非计划停运事件的50％左右，个别火电厂受热面爆漏事件甚至高达65％，如何采取有效措施加强锅炉“四管”防磨防爆检查工作的质量与有效性将是关系着火力发电厂经济效益的实现以及长远稳定发展的重要问题。

传统锅炉“四管”防磨防爆检查工作要将“预测”和“检查”有机地结合起来。通过检查，掌握规律，从而预测四管的劣化倾向、检查重点、修理方法。防磨防爆小组在检查工作中，主要依据“目视检测、人工摸排”这种直观检查诊断缺陷的方法。防磨防爆小组通过望远镜远距离观察或者搭设高空平台人工巡检的方式开展。此种方法人工成本高、工作效率较低，现场环境恶劣、危险程度高，对于短时停炉条件下的炉膛内部状态无有效检测手段，且由于折焰角等障碍的存在、检测存在盲区。

因此，如何采取高效、安全、智能检测手段加强锅炉“四管”防磨防爆检查工作，成为本领域技术人员函待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置，目的在于采用插入式方式通过锅炉炉膛入孔或观火孔实现锅炉“四管”的管壁表面宏观扫查，以克服锅炉“四管”防磨防爆工作人工成本高、工作效率较低，现场环境恶劣、危险程度高，且由于折焰角等障碍的存在、检测存在盲区等难点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置，包括下平台，下平台上设有两个竖直的连杆，连杆的上端设有与下平台平行的上平台，上平台上设有控制装置和伸缩单元；

伸缩单元包括伸缩杆、三脚架、缠线轮和钢丝线，伸缩杆与三脚架固定在上平台上，伸缩杆为横向设置且平行于地面，三脚架上设有缠线轮，伸缩杆的顶端与缠线轮之间连接钢丝线，使伸缩杆、三脚架和钢丝线呈三角形结构，伸缩杆伸出上平台的一端固定云台摄像机；

控制装置通过连接线连接云台摄像机。

进一步地，云台摄像机包括三轴运动云台，三轴运动云台的一端设有接口，接口用于连接所述控制装置，三轴运动云台的上端设置摄像机套壳，摄像机套壳内装设摄像机，摄像机上设有光学变倍镜头、补光镜头和激光测距仪。

进一步地，下平台与上平台之间通过液压缸连接，下平台上还设有踏板，踏板与液压缸的活塞杆连接以控制液压缸上下运动。

进一步地，下平台的下方设有四个滚轮，下平台、连杆和滚轮连接后形成小推车结构。

进一步地，伸缩杆采用强度、韧性优良的碳纤维材质制作而成，伸缩长度为2m。

进一步地，控制装置为军工三防加固笔记本。

进一步地，补光镜头设置在光学变倍镜的四周。

进一步地，云台摄像机的横截面小于150mm×200mm。

进一步地，连杆上还设有泄压手闸，用于控制液压缸以实现上平台的手动升降。

进一步地，缠线轮上设有自锁机构以使缠线轮能停止旋转。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在伸缩杆的一端固定云台摄像机，通过手动控制伸缩杆将云台摄像机从锅炉观火孔或入孔伸入，这种插入式的方式来实现锅炉四管的管壁表面宏观扫查，以克服锅炉四管防磨防爆工作人工成本高、工作效率较低，现场环境恶劣、危险程度高，且由于折焰角等障碍的存在、检测存在盲区等难点。

云台摄像机包括三轴运动云台，三轴运动云台的一端设有接口，接口用于连接所述控制装置，三轴运动云台的上端设置摄像机套壳，摄像机套壳内装设摄像机，摄像机上设有光学变倍镜头、补光镜头和激光测距仪，三轴运动云台实现镜头镜像220°匀速翻转、轴向360°匀速无限旋转，旋转精度设置成0.1°，保证满足炉膛各个角度的平稳拍摄。由于炉膛环境黑暗，光学变倍镜头四周增加补光镜头，跟随光学变倍镜头联动拍摄，实现内部视场昏暗密闭环境远距离拍摄识别能力。为对拍摄照片进行定位，增加激光测距仪，跟随光学变倍镜头联动拍摄，实现对拍摄的每一张照片的位置进行定位测量。

下平台与上平台之间通过液压缸连接，下平台上还设有踏板，踏板与液压缸的活塞杆连接以控制液压缸上下运动，同时泄压手闸也能调节液压缸上下运动。通过液压缸的上下运动调节高度，实现伸缩杆深入炉膛不同高度的入孔或观火孔。

附图说明

图1为基于视觉的锅炉四管智能检测装置的整体结构示意图；

图2为基于视觉的锅炉四管智能检测装置的三轴运动云台摄像机整体结构示意图。

其中：1-泄压手闸；2-连杆；3-滚轮；4-下平台；5-上平台；6-液压缸；7-踏板；8-伸缩杆；9-固定三角架；10-缠线轮；11-钢丝线；12-云台摄像机；13-控制装置；14-连接线；15-三轴运动云台；16-摄像机；17-光学变倍镜；18-补光镜头；19-激光测距仪；20-摄像机套壳；21-接口。

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。

如图1所示，一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置，包括下平台4，下平台4上设有两个竖直的连杆2，下平台4的下方设有四个滚轮3，下平台4、连杆2和滚轮3连接后形成小推车结构，连杆2的上端设有与下平台4平行的上平台5，下平台4与上平台5之间通过液压缸6连接。下平台4上还设有踏板7，踏板7与液压缸6的活塞杆连接以控制液压缸上下运动。

连杆2上还设有泄压手闸1，用于控制液压缸6以实现上平台5的手动升降。

上平台5上设有伸缩单元，伸缩单元包括伸缩杆8、三脚架9、缠线轮10和钢丝线11，伸缩杆8采用强度、韧性优良的碳纤维材质制作而成，伸缩长度可达2m，伸缩杆8与三脚架9固定在上平台5上，伸缩杆8横向设置且平行于地面，三脚架9上设有缠线轮10，伸缩杆8的顶端与缠线轮10之间连接钢丝线11，使缠线轮10能随着伸缩杆8的伸缩而转动，当伸缩杆8停止时，缠线轮10也会停止旋转，并通过自锁机构进行自锁，并使钢丝线11起到一个受力要求，且伸缩杆8与钢丝线11和固定三角架9连接呈三角形结构，来让伸缩杆稳定。

伸缩杆8伸出上平台5的一端固定云台摄像机12，通过手动控制伸缩杆将云台摄像机12从锅炉观火孔或入孔伸入，实现锅炉四管的管壁表面宏观扫查。为保证云台摄像机12能够从不同炉型炉膛的观火孔或入孔伸入拍摄，云台摄像机12保证精度的情况下横截面积整体尺寸设计成小于150mm×200mm。

云台摄像机12包括三轴运动云台15，三轴运动云台15的一端设有接口21，三轴运动云台15的上端设置摄像机套壳20，摄像机套壳20内装设摄像机16，摄像机16上设有光学变倍镜头17、补光镜头18和激光测距仪19。三轴运动云台15实现镜头径向220°匀速翻转、轴向360°匀速无限旋转，旋转精度设置成0.1°，满足炉膛各个角度的平稳拍摄。光学变倍镜头17采用37倍光学变倍镜头，由于炉膛环境黑暗，光学变倍镜头17四周增加补光镜头18，跟随光学变倍镜头17联动拍摄，实现内部视场昏暗密闭环境远距离拍摄识别能力。为对拍摄照片进行定位，增加激光测距仪19，跟随光学变倍镜头联动拍摄，实现对拍摄的每一张照片的位置进行定位测量。

上平台5上设有控制装置13，控制装置13为军工三防加固笔记本，军工三防加固笔记本通过连接线14连接云台摄像机的接口21，实现对云台摄像机12的操作控制。军工三防加固笔记本采用IP65防护等级，适用于满足炉膛灰尘大等恶劣的环境，且轻便，携带方便。

采用插入式方式通过锅炉炉膛入孔或观火孔实现锅炉“四管”的管壁表面宏观扫查拍摄工作任务繁重，为实现云台摄像机12对锅炉“四管”管壁表面自动化扫查拍摄，从而在军工三防加固笔记本内增加控制程序，控制程序主要通过设置输入参数、边界条件、设定运动路径，控制云台摄像机12，实现云台摄像机12对锅炉四管管壁表面自动化控制拍摄。

控制装置13内设有控制程序，主要通过设置输入参数、边界条件、设定运动路径，控制云台摄像机12，具体参数设置为水平方向角度θ、垂直方向角度β以及相对距离s三个变量，其中水平方向角度θ、垂直方向角度β边界条件为：

水平方向起始角(可设范围-180°～180°，精度0.1°)。

水平方向终止角(可设范围-180°～180°，精度0.1°)。

垂直方向起始角(可设范围-180°～180°，精度0.1°)。

垂直方向终止角(可设范围-180°～180°，精度0.1°)。

水平步进次数(用于计算步进角度)、水平步进角度(0°～180°，精度0.1°)。

垂直步进次数(用于计算步进角度)、垂直步进角度(0°～180°，精度0.1°)。

初步设定运动轨迹为“盘蛇形”运动，具体运动形式如下，设置初始条件后，由水平方向起始角θ、垂直方向起始角β设定值为起始位置，拍摄照片，按水平步进角设定值开始水平运动，每步进一次拍摄一次照片，水平运动终点为水平方向终止角，终止角照片完成拍摄；然后，按垂直步进角设定值垂直运动步进一次，拍摄照片，而后，再按水平步进角设定值开始水平运动，每步进一次拍摄一次照片，水平运动终点为水平方向终止角，终止角照片完成拍摄；然后再按按垂直步进角设定值垂直运动步进一次；如此反复，直至移动到垂直方向终止角，并完成此次水平运动。通过控制程序的编写，实现云台摄像机12对锅炉“四管”管壁表面自动化控制拍摄，并对每次拍摄的照片输出参数为水平角度θ，垂直角度β，相对距离s，通过后期公式计算实现对拍摄照片的定位计算。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好的理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于视觉的锅炉四管智能检测装置，其特征在于：包括下平台(4)，所述下平台(4)上设有两个竖直的连杆(2)，所述连杆(2)的上端设有与下平台(4)平行的上平台(5)，上平台(5)上设有控制装置和伸缩单元；

所述伸缩单元包括伸缩杆(8)、三脚架(9)、缠线轮(10)和钢丝线(11)，伸缩杆(8)与三脚架(9)固定在上平台(5)上，所述伸缩杆(8)为横向设置且平行于地面，所述三脚架(9)上设有缠线轮(10)，所述伸缩杆(8)的顶端与缠线轮(10)之间连接钢丝线(11)，使伸缩杆(8)、三脚架(9)和钢丝线(11)呈三角形结构，所述伸缩杆(8)伸出上平台(5)的一端固定云台摄像机(12)；

所述控制装置(13)通过连接线(14)连接云台摄像机(12)；

所述云台摄像机(12)包括三轴运动云台(15)，所述三轴运动云台(15)的一端设有接口(21)，所述接口(21)用于连接所述控制装置(13)，所述三轴运动云台(15)的上端设置摄像机套壳(20)，所述摄像机套壳(20)内装设摄像机(16)，所述摄像机(16)上设有光学变倍镜头(17)、补光镜头(18)和激光测距仪(19)；

所述下平台(4)与上平台(5)之间通过液压缸(6)连接，所述下平台(4)上还设有踏板(7)，所述踏板(7)与液压缸(6)的活塞杆连接以控制液压缸上下运动；

所述下平台(4)的下方设有四个滚轮(3)，所述下平台(4)、连杆(2)和滚轮(3)连接后形成小推车结构；

所述锅炉四管智能检测装置用于通过手动控制伸缩杆将云台摄像机从锅炉观火孔或入孔伸入，实现锅炉四管的管壁表面宏观扫查，并通过液压缸的上下运动调节高度，实现伸缩杆深入炉膛不同高度的入孔或观火孔；

所述激光测距仪用于跟随光学变倍镜头联动拍摄，对拍摄的每一张照片的位置进行定位测量；

所述控制装置用于通过设置输入参数、边界条件、设定运动路径，控制云台摄像机，具体参数设置为水平方向角度θ、垂直方向角度β以及相对距离s三个变量，其中水平方向角度θ、垂直方向角度β边界条件为：

水平方向起始角，设置范围-180°～180°，精度0.1°；

水平方向终止角，设置范围-180°～180°，精度0.1°；

垂直方向起始角，设置范围-180°～180°，精度0.1°；

垂直方向终止角，设置范围-180°～180°，精度0.1°；

水平步进次数，用于计算步进角度；水平步进角度设置范围0°～180°，精度0.1°；

垂直步进次数，用于计算步进角度；垂直步进角度设置范围0°～180°，精度0.1°；

初步设定运动轨迹为盘蛇形运动，具体运动形式如下，设置初始条件后，由水平方向起始角θ、垂直方向起始角β设定值为起始位置，拍摄照片，按水平步进角设定值开始水平运动，每步进一次拍摄一次照片，水平运动终点为水平方向终止角，终止角照片完成拍摄；

然后，按垂直步进角设定值垂直运动步进一次，拍摄照片，而后，再按水平步进角设定值开始水平运动，每步进一次拍摄一次照片，水平运动终点为水平方向终止角，终止角照片完成拍摄；然后再按按垂直步进角设定值垂直运动步进一次；如此反复，直至移动到垂直方向终止角，并完成此次水平运动，实现云台摄像机对锅炉四管管壁表面自动化控制拍摄，并对每次拍摄的照片输出参数为水平角度θ，垂直角度β，相对距离s，通过计算实现对拍摄照片的定位计算。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的锅炉四管智能检测装置，其特征在于：所述伸缩杆(8)采用强度、韧性优良的碳纤维材质制作而成，伸缩长度为2m。

3.根据权利要求2所述的基于视觉的锅炉四管智能检测装置，其特征在于：所述控制装置(13)为军工三防加固笔记本。

4.根据权利要求1所述的基于视觉的锅炉四管智能检测装置，其特征在于：所述补光镜头(18)设置在光学变倍镜(17)的四周。

5.根据权利要求1所述的基于视觉的锅炉四管智能检测装置，其特征在于：所述云台摄像机(12)的横截面小于150mm×200mm。

6.根据权利要求1所述的基于视觉的锅炉四管智能检测装置，其特征在于：所述连杆(2)上还设有泄压手闸(1)，用于控制所述液压缸(6)以实现上平台(5)的手动升降。

7.根据权利要求1所述的基于视觉的锅炉四管智能检测装置，其特征在于：所述缠线轮(10)上设有自锁机构以使缠线轮(10)能停止旋转。

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