CN113608201B - 一种拖曳线列阵消扭装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖曳线列阵消扭装置和方法，装置包括测量模块和消扭模块，测量模块包括光源、图像采集设备和处理器，消扭模块包括电机驱动、电机、传动机构和消扭机构，消扭机构包括底座、前外壳、后外壳、外壳螺丝、外壳螺母、外框、多个滑轮组件和滑轮组件固定螺丝。图像采集设备接受拖曳线列阵的反射光或透射光，并将图像信息传至处理器，提取拖曳线列阵中两条承力绳的位置，得到拖曳线列阵扭转角度，并通过电机驱动控制电机的转速和转向，通过滑轮夹持拖曳线列阵，使其随外框共同转动，实现拖曳线列阵的消扭。该装置和方法可有效降低或消除绞车卷盘上拖曳线列阵的扭转力，有利于提高排缆整齐性和延长存储寿命。

Description

一种拖曳线列阵消扭装置和方法

技术领域

本发明涉及电子设备的声纳领域，主要是一种拖曳线列阵消扭装置和方法。

背景技术

拖曳线列阵声纳具有基阵孔径较少受平台空间制约、工作频率低和远离拖曳平台噪声源等优点，广泛用于水面舰和潜艇等水下目标的探测和跟踪任务。

拖曳线列阵基阵孔径通常为数百米，母船装备绞车用于拖曳线列阵的释放、拖曳、回收和储存。拖曳线列阵使用时，首先由绞车从母船尾部将拖曳线列阵放出；使用完毕后，由绞车将拖曳线列阵从母船尾部回收并存储在绞车卷盘中。

拖曳线列阵在拖曳使用过程中，因基阵较长，在外部水流等作用下发生绕轴线转动，使拖曳线列阵内部存在扭转情况。拖曳线列阵使用完毕，绞车回收拖曳线列阵时，拖曳线列阵的扭转使得排缆易出现缝隙，进而发生嵌缆等严重影响排缆整齐性和存储寿命的情况。

发明内容

本发明针对拖曳线列阵回收过程中，拖曳线列阵的扭转影响排缆整齐性和存储寿命的问题，提出了一种拖曳线列阵消扭装置和方法，可有效降低或消除绞车卷盘上拖曳线列阵的扭转力，有利于提高排缆整齐性和延长存储寿命。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种拖曳线列阵消扭装置，包括测量模块和消扭模块，所述测量模块包括光源、图像采集设备和处理器，光源和图像采集设备均与处理器连接，其中光源用于在处理器控制下发射光波照亮拖曳线列阵，图像采集设备用于采集拖曳线列阵图像并传输至处理器；所述消扭模块包括电机驱动、电机、传动机构和消扭机构，处理器用于对图像进行处理，提取拖曳线列阵中承力绳位置，得到拖曳线列阵扭转情况，从而得出电机需要的转向和转速；处理器通过电机驱动控制电机按照需要的转向和转速转动，通过传动机构带动消扭机构转动，消扭机构夹持拖曳线列阵，使其随消扭机构同步转动，从而实现对拖曳线列阵扭转的消除。

所述的消扭机构包括底座、前外壳、后外壳、外壳螺丝、外壳螺母、外框、多个滑轮组件和滑轮组件固定螺丝，滑轮组件通过滑轮组件固定螺丝固定于外框；外框在电机驱动下顺时针或者逆时针方向转动，通过滑轮组件对拖曳线列阵的夹持，使能拖曳线列阵随外框同步转动。消扭机构可以自动适应不同直径的拖曳线列阵，并对拖曳线列阵施加径向压力，利用摩擦力带动拖曳线列阵绕其轴线转动。

所述的滑轮组件包括底座、下弹簧、支架、上弹簧、盖板、盖板固定螺丝、滑轮、轴杆和轴杆固定螺母，滑轮能随拖曳线列阵的运动而转动，下弹簧和上弹簧配合使得支架可以上下移动，从而带动滑轮上下移动，从而使得消扭机构自动适应不同直径的拖曳线列阵的消扭。

所述的光源和图像采集设备分别位于拖曳线列阵左右两侧，并且三者所在平面与水平面平行。

所述的拖曳线列阵包括护套、两条承力绳A和承力绳B。

所述的电机包含电机主体、电机轴和销，电机与传动机构通过销连接，使得传动机构随电机转动，从而带动外框顺时针或逆时针转动。

所述的传动机构为齿轮或齿轮组。

所述的滑轮可随拖曳线列阵的运动而转动，滑轮与拖曳线列阵接触面采用摩擦系数较大的材料，可选橡胶。

所述的滑轮表面开槽，增加外框转动时滑轮和拖曳线列阵表面之间的摩擦力。

本发明同时提出了一种拖曳线列阵消扭方法，光源的出射光照亮或穿透拖曳线列阵，图像采集设备接受拖曳线列阵的反射光或透射光，并将图像信息传至处理器；处理器对图像进行处理，提取拖曳线列阵中两条承力绳的位置，得到拖曳线列阵扭转角度，并将扭转角度与预设角度进行比较，得到电机需要的转动方向和转速；处理器通过电机驱动控制电机的转速和转向，再通过传动机构带动外框转动，滑轮夹持拖曳线列阵，使其随外框共同转动，实现拖曳线列阵的消扭。

本发明的有益效果为：本发明针对拖曳线列阵回收过程中，拖曳线列阵的扭转影响排缆整齐性和存储寿命的问题，提出了一种新装置和新方法。该装置无需对现有绞车结构设计进行修改，仅需将该装置放置在拖曳线列阵回收通道上，通过实时捕获拖曳线列阵中承力绳位置，得到拖曳线列阵的扭转角度，并通过消扭机构对扭转进行纠正，并且，该装置可以自动适应不同直径的拖曳线列阵的消扭。该装置和方法可有效降低或消除绞车卷盘上拖曳线列阵的扭转力，有利于提高排缆整齐性和延长存储寿命。

附图说明

图1是装置连接图；

图2是装置效果图；

图3是装置工作原理图；

图4是装置外壳及电机连接方式效果前视图；

图5是装置外壳及电机连接方式效果后视图；

图6是电机效果图；

图7是滑轮组件效果图；

图8是滑轮组件爆炸效果图；

图9是滑轮组件安装方式效果图；

图10是拖曳线列阵存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系；

图11是拖曳线列阵存在扭转时图像采集设备捕获图像；

图12是扭转角度测量原理图；

图13是拖曳线列阵不存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系；

图14是拖曳线列阵不存在扭转时图像采集设备捕获图像。

具体实施方式

为了令本发明的目的、特征、优点更加明显易懂，下面以包含四个滑轮组件的消扭机构对具有两条承力绳的拖曳线列阵的消扭过程为例，结合附图中涉及的具体实施方式对本发明的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在未进行创造性劳动前提下获得的所有其它实施例，如只改变用途而不改变权利要求涉及基本原理的实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为装置连接图，展示了消扭装置各部件连接关系。光源11和图像采集设备12均与处理器13连接，光源11在处理器控制下发射光波照亮拖曳线列阵，图像采集设备12采集拖曳线列阵图像，传输至处理器13；处理器13对图像进行处理，提取拖曳线列阵中承力绳位置，得到拖曳线列阵扭转情况，从而得出电机22需要的转向和转速；处理器13通过电机驱动21控制电机22按照需要的转向和转速转动，通过传动机构23带动消扭机构24转动，消扭机构24夹持拖曳线列阵，使其随消扭机构24同步转动，从而实现对拖曳线列阵扭转的消除。

如图2所示为装置效果图，光源11和图像采集设备12分别位于拖曳线列阵3左右两侧，并且三者所在平面与水平面平行。拖曳线列阵3结构可简化为护套33和两条承力绳A31和承力绳B32；消扭机构24包括底座241、前外壳242、后外壳243、外壳螺丝244、外壳螺母245、外框246、多个滑轮组件247和滑轮组件固定螺丝248。滑轮组件247通过滑轮组件固定螺丝248固定于外框246；外框246在电机22驱动下顺时针或者逆时针方向转动，通过滑轮组件对拖曳线列阵的夹持，使得拖曳线列阵可以随外框246同步转动。

如图3所示，展示了装置工作原理图。电机22包含电机主体221、电机轴222和销223，电机22与传动机构23通过销223连接，使得传动机构23随电机22转动，从而带动外框246顺时针或逆时针转动；滑轮组件包含两组弹簧，分别为上弹簧2474和下弹簧2472，通过合理设计弹簧长度和弹性模量，可以使得滑轮组件可以自动适应并夹持不同直径的拖曳线列阵。

如图4和图5所示，展示了装置外壳及电机连接方式效果图。前外壳242的凸起242A与外框246的凹槽246A配合，两者之间通过润滑油或轴承减小外框转动时的摩擦力；后外壳243的凸起243B与外框246的凹槽246B配合，两者之间通过润滑油或轴承减小外框转动时的摩擦力；电机轴222穿过后外壳开孔243C，通过销223与传动机构23连接；前外壳242与后外壳243通过外壳螺丝244和外壳螺母245固定。

如图6所示为电机效果图，电机包括电机主体221、电机轴222和销223。

如图7和图8所示分别为滑轮组件效果图和爆炸效果图，滑轮组件包括底座2471、下弹簧2472、支架2473、上弹簧2474、盖板2475、盖板固定螺丝2476、滑轮2477、轴杆2478和轴杆固定螺母2479。下弹簧2472和上弹簧2474配合使得支架2473可以上下移动，从而带动滑轮2477上下移动，从而使得消扭机构自动适应不同直径的拖曳线列阵的消扭。

如图9所示为滑轮组件安装方式效果图，滑轮组件的底座2471上有开孔2471D，与外框246上的螺纹孔246D配合，通过滑轮组件固定螺丝248固定。

如图10所示为拖曳线列阵存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系，此时拖曳线列阵3的两条承力绳A31和承力绳B32所在平面不水平，图像采集设备12采集到的图像如图11所示，两条承力绳所成图像不重合，两者中心线距离为d。

如图12所示，拖曳线列阵与水平面角度为θ＝arcsin(d/D)，其中D为两条承力绳之间的距离；将角度θ与预设角度θ₀＝0对比，得到此时拖曳线列阵需要顺时针转动，因此电机需要逆时针转动。

如图13所示为拖曳线列阵不存在扭转时的光源、拖曳线列阵和图像采集设备位置关系，此时拖曳线列阵3的两条承力绳A31和承力绳B32所在平面水平，图像采集设备12采集到的图像如图14所示，两条承力绳所成图像重合。

本发明的原理过程如下：

光源11的出射光照亮或穿透拖曳线列阵，图像采集设备12接受拖曳线列阵的反射光或透射光，并将图像信息传至处理器13；处理器13对图像进行处理，提取拖曳线列阵中两条承力绳的位置，得到拖曳线列阵扭转角度，并将扭转角度与预设角度进行比较，得到电机22需要的转动方向和转速；处理器13通过电机驱动21控制电机22的转速和转向，再通过传动机构23带动外框246转动，滑轮2477夹持拖曳线列阵，使其随外框246共同转动，实现拖曳线列阵的消扭。

实施例：

以包含四个滑轮组件247的消扭机构对具有两条承力绳的拖曳线列阵的消扭过程为例，说明本装置使用方法和有益效果。

将光源11和图像采集设备12分别布置在拖曳线列阵3两侧，并且三者所在平面水平，拖曳线列阵3回收预设角度为两条承力绳所在平面水平。当如图10所示细拖曳线列阵存在扭转现象时，图像采集设备捕获图像如图11所示，两条承力绳图像分离。通过电机带动外框顺时针转动，滑轮夹持拖曳线列阵，并利用摩擦力带动其随外框同步沿顺时针转动，直到图像采集设备捕获图像如图12所示，此时两条承力绳图像重合，表示此时两条承力绳所在平面水平，如图13所示，实现对拖曳线列阵的消扭操作。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：包括测量模块和消扭模块，所述测量模块包括光源（11）、图像采集设备（12）和处理器（13），光源（11）和图像采集设备（12）均与处理器（13）连接，其中光源（11）用于在处理器（13）控制下发射光波照亮拖曳线列阵（3），图像采集设备（12）用于采集拖曳线列阵图像并传输至处理器（13）；所述消扭模块包括电机驱动（21）、电机（22）、传动机构（23）和消扭机构（24），处理器（13）用于对图像进行处理，提取拖曳线列阵中承力绳位置，得到拖曳线列阵扭转情况，从而得出电机（22）需要的转向和转速；处理器（13）通过电机驱动（21）控制电机（22）按照需要的转向和转速转动，通过传动机构（23）带动消扭机构（24）转动，消扭机构（24）夹持拖曳线列阵（3），使其随消扭机构（24）同步转动，从而实现对拖曳线列阵扭转的消除；

所述的消扭机构（24）包括底座（241）、前外壳（242）、后外壳（243）、外壳螺丝（244）、外壳螺母（245）、外框（246）、多个滑轮组件（247）和滑轮组件固定螺丝（248），滑轮组件（247）通过滑轮组件固定螺丝（248）固定于外框（246）；外框（246）在电机（22）驱动下顺时针或者逆时针方向转动，通过滑轮组件（247）对拖曳线列阵（3）的夹持，使能拖曳线列阵（3）随外框（246）同步转动。

2.根据权利要求1所述的拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：所述的滑轮组件（247）包括底座（2471）、下弹簧（2472）、支架（2473）、上弹簧（2474）、盖板（2475）、盖板固定螺丝（2476）、滑轮（2477）、轴杆（2478）和轴杆固定螺母（2479），滑轮（2477）能随拖曳线列阵（3）的运动而转动，下弹簧（2472）和上弹簧（2474）配合使得支架（2473）可以上下移动，从而带动滑轮（2477）上下移动，从而使得消扭机构自动适应不同直径的拖曳线列阵的消扭。

3.根据权利要求1所述的拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：所述的光源（11）和图像采集设备（12）分别位于拖曳线列阵（3）左右两侧，并且三者所在平面与水平面平行。

4.根据权利要求1所述的拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：所述的拖曳线列阵（3）包括护套（33）、两条承力绳A（31）和承力绳B（32）。

5.根据权利要求1所述的拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：所述的电机（22）包含电机主体（221）、电机轴（222）和销（223），电机（22）与传动机构（23）通过销（223）连接，使得传动机构（23）随电机（22）转动，从而带动外框（246）顺时针或逆时针转动。

6.根据权利要求1或5所述的拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：所述的传动机构（23）为齿轮或齿轮组。

7.根据权利要求2所述的拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：所述的滑轮（2477）与拖曳线列阵接触面采用摩擦系数较大的材料。

8.根据权利要求7所述的拖曳线列阵消扭装置，其特征在于：所述的滑轮（2477）表面开槽，增加外框（246）转动时滑轮（2477）和拖曳线列阵表面之间的摩擦力。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的拖曳线列阵消扭装置的消扭方法，其特征在于：光源（11）的出射光照亮或穿透拖曳线列阵（3），图像采集设备（12）接受拖曳线列阵的反射光或透射光，并将图像信息传至处理器（13）；处理器（13）对图像进行处理，提取拖曳线列阵中两条承力绳的位置，得到拖曳线列阵扭转角度，并将扭转角度与预设角度进行比较，得到电机（22）需要的转动方向和转速；处理器（13）通过电机驱动（21）控制电机（22）的转速和转向，再通过传动机构（23）带动外框（246）转动，滑轮（2477）夹持拖曳线列阵，使其随外框（246）共同转动，实现拖曳线列阵的消扭。

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