CN207600332U - 一种用于测量管道三维姿态及长度的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种用于测量管道三维姿态及长度的设备，包括主机组件、两个支架组件；所述支架组件包括第一支座、第二支座，第一支座与中轴杆的底部固定连接，且中轴杆处于第一支座的中垂线的位置；同时中轴杆从第二个支座的中空部穿过，中轴杆的顶部设置有调节手轮，调节手轮与第二支座之间的中轴杆套有弹簧；所述中轴杆的周围均匀设置有3个以上的里程轮；每个里程轮均通过支架臂分别与第一支座、第二支座连接；所述套有弹簧处的中轴杆上设置有限位台阶。该设备在测量过程中不受地形影响、不需要探测人员使用追踪器、不受电磁场的影响、不受深度限制，可测各种材质的管道，并在现有相似测量技术基础上有较大的改进，提高性能，现场作业简化。

Description

一种用于测量管道三维姿态及长度的设备

技术领域

本实用新型涉及地下管线测绘领域，特别涉及一种用于测量管道三维姿态及长度的设备。

背景技术

地下管线是城市最重要基础的设施，长期以来，它担负着传输信息，传送能量及排放废液的工作。它是城市赖以生存与发展的基础和保障，是保障城市功能正常发挥和人民安居乐业的神经和血管，因此被称为城市的地下生命线。但是由于种种原因，我国许多城市的地下管网分布资料不全，管线档案管理部规范。近年来，随着城市建设飞速发展，在施工过程中因损坏管线而引起的停水、停电、人员伤亡等重大事故在许多城市屡见不鲜。因此探测地下管线对于城市的正常运营和扩建具有重要的意义。

目前国内通用的管线探测技术主要有：电磁感应法、探地雷达(GPR)，还有其他探测技术：声学探测、红外线成像、现有资料收集(管线调查)、钎探、充气检测法等。

电磁感应法的基本原理是利用交变电磁场对导电性或导磁性或介电性的物体有感应作用，从而产生二次电磁场，通过观测分析所激发的二次电磁场来确定地下管线的位置。

探地雷达(GPR)是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式由地面通过发射天线送入地下，由于周围介质与管线的电导率和介电常数等物理性质存在明显差异，使脉冲波在街面上产生反射和绕射回波，接收天线在收到这种回波后，通过光缆将信号传输到控制台，经过计算机处理后，将雷达图像显示出来，并通过对雷达波形地分析、判断，来确定地下管线的位置和埋深。

其他的一些方法基本原理，声波法的基本工作原理是利用发射机发出一定频率的声波信号，该信号通过与管线露出部分连接的振动器传输到管道上，声波信号在沿地下管道向两端传递的同时，有部分声波信号能传递到地面，接收机通过专用的探头在地面接收该声波信号，从而确定目标管线的位置。现有资料收集就是利用权属单位的资料和图纸包含许多有关管线的信息，在开始探测之前应该尽可能多地获得有关的资料。还有其他的一些方法在目前实际工作中已经很少应用到了。

电磁感应法易受电磁干扰、可探测深度小、不能探测非金属管线。

探地雷达(GPR)方法受深度限制、对土壤条件要求高、设备庞大、主要探测非金属管线，影响探地雷达探测的三个重要的因素是：环境电导率、介电常数和探测频率。

其他的一些检测方法或多或少的受地形条件、环境、温度、地下介质、管道材质、资料信息等等的影响。

通过MEMS惯性测量单元进行管道测绘，则能较好地解决上述问题，如申请号为201410448626.9、名称为“一种基于MEMS惯性测量单元的管道测绘及缺陷定位装置及其管道测绘及缺陷定位方法”的技术方案。但是现有技术中，利用 MEMS惯性测量单元进行管道测绘的设备中依然存在以下不足：

1、只给出了利用MEMS惯性测量单元(在主机组件中)进行测绘这一思路，但对于机械机构如何去更好地实现，则没有明确的技术方案提出，而我们知道测量方法的落实，最后都要依靠机械设备来实现，比如：如何实现整个设备在管道内的正常行走。二者是相辅相成，缺一不可。

2、现有的设备由于操作不当，或者在使用调节不当，常会出现以下现象：在操作出现反向张合，或者在使用过程中碰上管道内焊缝翻边时导致支架臂反向张合，严重影响了使用体验，甚至使设备卡在管道内无法进退。

综上所述，需要设计一种新的设备来克服上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于测量管道三维姿态及长度的设备，该设备在测量过程中不受地形影响、不需要探测人员使用追踪器、不受电磁场的影响、不受深度限制，可测各种材质的管道，并在现有相似测量技术基础上有较大的改进，提高性能，现场作业简化。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种用于测量管道三维姿态及长度的设备，包括主机组件、两个支架组件，两个支架组件分别固定安装在主机组件的两端；所述支架组件包括第一里程轮、第二里程轮、第三里程轮、第一支架臂、第二支架臂、第三支架臂、第四支架臂、第五支架臂、第六支架臂、弹簧、调节手轮、中轴杆、牵引绳挂钩、第一支座、第二支座，其中第一支座与中轴杆的底部固定连接，且中轴杆处于第一支座的中垂线的位置；同时中轴杆从第二个支座的中空部穿过，中轴杆的顶部设置有调节手轮，调节手轮与第二支座之间的中轴杆套有弹簧；第二支座的中空部的孔径大于套有弹簧处的中轴杆的杆径，且小于中轴杆其他位置的杆径；第一里程轮、第二里程轮、第三里程轮均匀设置于中轴杆的周围；第一里程轮分别通过第一支架臂、第二支架臂与第一支座、第二支座连接；第二里程轮分别通过第三支架臂、第四支架臂与第一支座、第二支座连接；第三里程轮分别通过第五支架臂、第六支架臂与第一支座、第二支座连接；所述套有弹簧处的中轴杆上设置有限位台阶。第一支座是固定支座；第二支座是活动支座，可以上下活动，通过配合弹簧可自适应管径大小，第二支座上标注了可通过的管道(即中轴杆)直径。

所述支架组件还包括锁紧手轮、支架底座，支架底座设置在第一支座的底部，锁紧手轮设置在支架底座的底部，锁紧手轮的内表面设置有螺纹，主机组件的两端设置有对应的螺纹接头。支架组件更换时的拆装不方便，需要用螺丝拼接，通过螺丝将两端支架组件固定在主机组件上。在户外恶劣的使用坏境中，常出现螺丝掉落、拧螺丝工具丢失等情况，以致作业暂停，对户外作业带来极大的影响。本专利重新设计了支架的更换、拆装方式。每个支架均套上可活动的、防脱落的锁紧手轮，手轮设计有内螺纹，以之相应的主机两端设计有固定的螺纹接头。支架拆装时，徒手旋拧锁紧手轮即可完成支架的更换、拆装。在户外使用，不再需要携带拆装设备的工具。

所述第一支架臂、第二支架臂之间的夹角为α，第三支架臂、第四支架臂之间的夹角为β，第五支架臂、第六支架臂之间的夹角为γ，α＝β＝γ且α、β、γ均为钝角。在管道使用中，每次通过有焊缝翻边的管道时，常会反馈较大阻力，甚至在焊缝处受阻无法正常通过。通过对各类管道长时间测试发现，在设计中通常没有考虑支臂张开夹角对使用的影响，使用时大部分情况都在锐角中运行，从而导致此种情况的发生。经过对测试经验的分析总结，支臂夹角设计在120度左右的钝角，设备过焊缝处的阻力是最为合适的。

所述α、β、γ均为120度。

所述第一支座、第二支座在中轴杆的两侧设置有多个调节孔位。多个调节孔位分别用于固定第一支架臂、第二支架臂、第三支架臂、第四支架臂、第五支架臂、第六支架臂，针对不同管径，设计了可调节的孔位，设备在不同管道中都均可以选择安装到支臂夹角合适的位置进行工作。同时第一支座、第二支座上有多个调节的孔位，适应各种管径。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型在使用中随着支架臂的张合，第二支座在中轴杆上进行左右运动。为防止支臂反向张合的现象，在中轴杆上设计了限位台阶，在一定程度上限制了第二支座、支架臂的活动范围，从而解决了支架臂反向张合的现象，从而使得整个设备在运行、行驶的过程中比较平顺，不容易卡顿。

本实用新型的技术方案中，如果没有设置限位台阶，在操作中同样容易出现反向张合，或者在使用过程中碰上管道内焊缝翻边时容易导致支架臂反向张合，如图4所示。

2、本实用新型不受深度限制，可以测量各种材质的管道，同时因为里程轮可伸缩，所以能够适应不同孔径的管道。

附图说明

图1为本实用新型所述一种用于测量管道三维姿态及长度的设备的结构示意图。

图2为图1所述测量设备的支架组件的局部放大图。

图3为图2所述测量设备的中轴杆的局部放大图。

图4为图1所述测量设备的支架组件的支架臂反向张合的示意图。

其中，附图标记含义如下所示：

1-主机组件、2-支架组件、3-第一里程轮、4-第二里程轮、5-第一支架臂、 6-第二支架臂、7-第三支架臂、8-第四支架臂、9-弹簧、10-调节手轮、11-中轴杆、12-牵引绳挂钩、13-第一支座、14-第二支座、15-限位台阶、16-锁紧手轮、17-调节孔位、18-支架底座。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1，一种用于测量管道三维姿态及长度的设备，包括主机组件、两个支架组件，两个支架组件分别固定安装在主机组件的两端；

如图2，所述支架组件包括第一里程轮、第二里程轮、第三里程轮、第一支架臂、第二支架臂、第三支架臂、第四支架臂、第五支架臂、第六支架臂、弹簧、调节手轮、中轴杆、牵引绳挂钩、第一支座、第二支座，其中第一支座与中轴杆的底部固定连接，且中轴杆处于第一支座的中垂线的位置；同时中轴杆从第二个支座的中空部穿过，中轴杆的顶部设置有调节手轮，调节手轮与第二支座之间的中轴杆套有弹簧；第二支座的中空部的孔径大于套有弹簧处的中轴杆的杆径，且小于中轴杆其他位置的杆径；第一里程轮、第二里程轮、第三里程轮均匀设置于中轴杆的周围；第一里程轮分别通过第一支架臂、第二支架臂与第一支座、第二支座连接；第二里程轮分别通过第三支架臂、第四支架臂与第一支座、第二支座连接；第三里程轮分别通过第五支架臂、第六支架臂与第一支座、第二支座连接；

如图2、3，所述套有弹簧处的中轴杆上设置有限位台阶。

所述支架组件还包括锁紧手轮、支架底座，支架底座设置在第一支座的底部，锁紧手轮设置在支架底座的底部，锁紧手轮的内表面设置有螺纹，主机组件的两端设置有对应的螺纹接头。支架组件更换时的拆装不方便，需要用螺丝拼接，通过螺丝将两端支架组件固定在主机组件上。在户外恶劣的使用坏境中，常出现螺丝掉落、拧螺丝工具丢失等情况，以致作业暂停，对户外作业带来极大的影响。本专利重新设计了支架的更换、拆装方式。每个支架均套上可活动的、防脱落的锁紧手轮，手轮设计有内螺纹，以之相应的主机两端设计有固定的螺纹接头。支架拆装时，徒手旋拧锁紧手轮即可完成支架的更换、拆装。在户外使用，不再需要携带拆装设备的工具。

所述第一支架臂、第二支架臂之间的夹角为α，第三支架臂、第四支架臂之间的夹角为β，第五支架臂、第六支架臂之间的夹角为γ，α＝β＝γ且α、β、γ均为钝角。在管道使用中，每次通过有焊缝翻边的管道时，常会反馈较大阻力，甚至在焊缝处受阻无法正常通过。通过对各类管道长时间测试发现，在设计中通常没有考虑支臂张开夹角对使用的影响，使用时大部分情况都在锐角中运行，从而导致此种情况的发生。经过对测试经验的分析总结，支臂夹角设计在120度左右的钝角，设备过焊缝处的阻力是最为合适的，即优选地，α、β、γ均为120度。

所述第一支座、第二支座在中轴杆的两侧设置有多个调节孔位。多个调节孔位分别用于固定第一支架臂、第二支架臂、第三支架臂、第四支架臂、第五支架臂、第六支架臂，针对不同管径，设计了可调节的孔位，设备在不同管道中都均可以选择安装到支臂夹角合适的位置进行工作。

所述支架臂用于支撑里程轮，固定里程传感器，设备在管道中穿梭时，活动支架臂结合弹簧达到自适应管道直径变化。

所述弹簧用于活动支架臂的一端，在支架臂向下压缩的同时，弹簧向支架臂施加反方向弹力，试支架张紧管壁。

所述调节手轮用来调节弹簧松紧程度。

所述中轴杆用于放置弹簧及支架臂定中。

所述牵引绳挂钩用于牵引设备在管道中爬行。

本仪器硬件组成分为主机组件和支架组件两部分，主机组件包含了按键/指示灯面板、USB接口及USB防水堵头部分、主机舱体、里程/充电接口以及双色充电指示灯；支架组件包含了锁紧手轮、里程计、里程轮、支架臂、弹簧、调节手轮、中轴杆以及牵引绳挂钩；其中按键/指示灯面板包含了两个按键、三个指示灯。

仪器电路部分关键点主要有:所述按键一个是电源键、用于仪器开关机，另一个是功能键，用于仪器工作测量及仪器硬复位；所述指示灯分别为红色、绿色、黄色三种颜色的LED灯，红色LED灯指示仪器电源，绿色LED灯指示仪器数据存储与拷贝，黄色LED灯指示仪器工作状态。防水USB接口再配上防水USB 堵头，便于插入U盘进行数据存储或更新。设计特有的里程轮安装上里程传感器，独有的编码方式来解算里程数据。

所述中轴杆的周围均匀设置有N个里程轮；每个里程轮均通过支架臂分别与第一支座、第二支座连接。在本实施例中，N＝3，里程轮之间的夹角为60°，正好满足稳定性的要求，但并非是唯一的，可以根据实际需要而进行相应调整。 N的取值变动不需要付出创造性的劳动，同样落入本实用新型的保护范围。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于测量管道三维姿态及长度的设备，其特征在于：包括主机组件、两个支架组件，两个支架组件分别固定安装在主机组件的两端；所述支架组件包括第一里程轮、第二里程轮、第三里程轮、第一支架臂、第二支架臂、第三支架臂、第四支架臂、第五支架臂、第六支架臂、弹簧、调节手轮、中轴杆、牵引绳挂钩、第一支座、第二支座，其中第一支座与中轴杆的底部固定连接，且中轴杆处于第一支座的中垂线的位置；同时中轴杆从第二个支座的中空部穿过，中轴杆的顶部设置有调节手轮，调节手轮与第二支座之间的中轴杆套有弹簧；第二支座的中空部的孔径大于套有弹簧处的中轴杆的杆径，且小于中轴杆其他位置的杆径；第一里程轮、第二里程轮、第三里程轮均匀设置于中轴杆的周围；第一里程轮分别通过第一支架臂、第二支架臂与第一支座、第二支座连接；第二里程轮分别通过第三支架臂、第四支架臂与第一支座、第二支座连接；第三里程轮分别通过第五支架臂、第六支架臂与第一支座、第二支座连接；所述套有弹簧处的中轴杆上设置有限位台阶。

2.根据权利要求1所述用于测量管道三维姿态及长度的设备，其特征在于：所述支架组件还包括锁紧手轮、支架底座，支架底座设置在第一支座的底部，锁紧手轮设置在支架底座的底部，锁紧手轮的内表面设置有螺纹，主机组件的两端设置有对应的螺纹接头。

3.根据权利要求1所述用于测量管道三维姿态及长度的设备，其特征在于：所述第一支架臂、第二支架臂之间的夹角为α，第三支架臂、第四支架臂之间的夹角为β，第五支架臂、第六支架臂之间的夹角为γ，α＝β＝γ且α、β、γ均为钝角。

4.根据权利要求3所述用于测量管道三维姿态及长度的设备，其特征在于：所述α、β、γ均为120度。

5.根据权利要求1所述用于测量管道三维姿态及长度的设备，其特征在于：所述第一支座、第二支座在中轴杆的两侧设置有多个调节孔位。