CN219084822U - 一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置，测试墩柱外侧同轴设置有导轨，所述导轨下端设置有固定架，所述固定架的端部与所述测试墩柱固定，所述导轨上滑动安装有传力连接驱动单元，所述传力连接驱动单元的端部连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆下部设置有水下高清摄像单元，所述水下高清摄像单元底端设置有超声波水下检测模块。本实用新型设计科学合理，用于解决长期以来桥梁墩柱水下病害检测中存在的定位不准、成像不清、检测效率低、危险性高、依赖潜水员及成本高的问题。

Description

一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置

技术领域

本实用新型属于土木工程试验检测技术领域，涉及跨江河桥梁墩柱水下病害的检测，特别涉及一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置。

背景技术

现役桥梁中，有很多桥梁水下墩柱及基础一直在水中工作。水中工作环境复杂，主要表现在：河水及其裹挟泥沙对水中结构的冲刷、磨损、被污染水环境的各类腐蚀作用、船只和漂浮物的撞击作用、水生物对水下结构的影响、严寒环境和干湿循环对结构的损伤等。长期处于这复杂多变的水文环境中，桥梁水下的结构容易产生各种缺陷，这些缺陷和病害会对桥梁的耐久性和承载能力形成较大的危害，严重时甚至可能危及行车安全。

桥梁水下构件的工作环境较水上结构更为恶劣，但由于检测技术及使用条件的限制，有效的桥梁水下结构检测手段较少，而且检测难度较大、效果不佳。

目前，桥梁墩柱水下结构病害检测中存在定位不准、成像不清、检测效率低、危险性高、依赖潜水员及成本高等问题，导致跨河桥梁水下墩柱及基础许多隐藏的病害难以准确探明，水下结构技术状况评定不准确，养护维修不及时，水下结构安全隐患常驻。桥梁结构水下部分的有效检测是结构评定和维修的前提，只有将水下结构的病害准确描述出来，才能顺利的进行下一步分析评定。

目前，导致桥梁水下结构检测困难的主要因素有：缺少专门针对桩柱构件检测的技术和装备、水质浑浊导致的水下病害成像困难、水下探摸人员的专业素养不够、水下人工摸探检测效率低等，导致不能准确描述水下结构的病害情况。桥梁事故有很多是突发的，很难预料到承载能力严重不足的结构何时会突然破坏，事故一旦发生，造成的后果大都极为严重，会给人民的生命财产和经济财产造成极大的危害，同时也会在社会上造成严重不良影响。

传统的墩柱水下检测，目前主要还是采用潜水员人工摸测，结合水下摄像机手动采集图像的模式进行，这种传统检测方式存在的问题主要有：1、检测效率低下，潜水员负重后水下动作缓慢，体力消耗大，较大的动作还会导致水质浑浊，不利于采集病害图像，且易漏检；2、检测成本高、危险性高，检测时应特别注意周边及水下环境，保证作业安全；3、潜水人员一般并非桥梁检测本专业的人员，对病害的了解不够清晰和敏感，描述病害时不够清晰明确。

近年来，水下机器人出现了一些新的应用，但其主要适用于大坝、重力式桥墩等具有大平面构件的初步探查或定点位病害检查，并不适用于桥梁墩柱这类小截面构件的全覆盖检查，其应用于桥梁墩柱检测时，存在以下问题：1、定位悬停困难，水下机器人通常是通过螺旋桨驱动，在水中受水流和涡流等因素影响，特别是在一些水流比较快的河水中，机器人的定位悬停困难；2、操作不便捷，水下机器人普遍靠有线的电力驱动，检测时需自配发电机，在水上作业平台受限的情况下，较不便捷，且为保证全覆盖检测，需不断绕墩柱做周向移动，并需调整摄像头对准墩柱，操作难度极大；3、图像采集质量差，由于机器本身不稳定，较难采集到理想的病害图像，而且极易造成误检漏检，在浑水中需紧贴墩柱进行拍摄，成像区域较小，不利于检测病害；4、检测效率低，现场检测时大部分精力用于设备本身的水下姿态及位置调整，很难精准高效的进行检测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置，用于解决长期以来桥梁墩柱水下病害检测中存在的定位不准、成像不清、检测效率低、危险性高、依赖潜水员及成本高的问题。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置，包括测试墩柱，其特征在于：所述测试墩柱外侧同轴设置有导轨，所述测试墩柱上设置有辅助绑带，所述辅助绑带与导轨连接，所述导轨下端设置有固定架，所述固定架的端部与所述测试墩柱固定，所述导轨上滑动安装有传力连接驱动单元，所述传力连接驱动单元的端部连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆下部设置有水下高清摄像单元，所述水下高清摄像单元底端设置有超声波水下检测模块。

而且，所述传力连接驱动单元包括稳定轮、导轨滑块组、电动伸缩杆固定架、轮毂电机驱动轮、驱动轮刚性定位架及蓄电池，所述导轨的侧壁上卡装有两组所述稳定轮，两组所述稳定轮上端面连接所述导轨滑块组，所述导轨滑块组的一个导轨滑块上连接蓄电池，另一个导轨滑块上设置所述电动伸缩杆固定架，所述电动伸缩杆固定架上纵向穿装所述电动伸缩杆，所述电动伸缩杆顶端连接有伸缩杆电机，两个所述导轨滑块之间设置有驱动轮刚性定位架，所述驱动轮刚性定位架下端设置有轮毂电机驱动轮，所述轮毂电机驱动轮与所述导轨上表面接触。

而且，所述水下高清摄像单元包括滑移支架、水下高清摄像头及锥形排水罩，所述滑移支架横向滑动安装于所述电动伸缩杆上，所述滑移支架的一侧设置所述水下高清摄像头，所述水下高清摄像头前端设置锥形排水罩，所述排水罩与墩柱测试面间距为2～5cm。

而且，所述锥形排水罩的前端设置有透明玻璃窗及补光灯带。

而且，所述超声波水下检测模块包括超声测缺陷探头及超声测底探头，所述超声测缺探头正对所述测试墩柱，所述超声测底探头正对河床。

而且，所述固定架的个数为8个，且均匀分布于所述测试墩柱四周，所述固定架包括底座、正反牙螺栓及顶板，所述底座安装于所述导轨上，所述底座上穿装所述正反牙螺栓，所述正反牙螺栓的端部连接有所述顶板，所述顶板与所述测试墩柱接触。

而且，所述导轨包括插装连接的四个导轨本体，所述导轨本体的端部设置有拼接槽口，相邻所述导轨本体通过插装入所述拼接槽口的插销插装固定。

本实用新型的优点及有益效果为：

1、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，现场操作简便，可实现墩柱周向及竖向三维全覆盖的步进式扫查，解决了传统方式定位不准、检测效率低、危险性高、成像不清及成本高的问题。

2、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，有助于推动桥梁水下结构病害的普查，从而保障跨江河桥梁运行安全。

3、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，导轨的侧壁上卡装有两组所述稳定轮，两组所述稳定轮上端面均连接所述导轨滑块组，一个所述导轨滑块组上连接蓄电池，另一个所述导轨滑块组上设置所述电动伸缩杆固定架，所述电动伸缩杆固定架上纵向穿装所述电动伸缩杆，所述电动伸缩杆顶端连接有伸缩杆电机，电动伸缩杆可以实现水深方向的上下自动伸缩扫查，两个所述导轨滑块之间设置有驱动轮刚性定位架，所述驱动轮刚性定位架下端设置有轮毂电机驱动轮，所述轮毂电机驱动轮与所述导轨上表面接触，可以实现环绕测试墩柱的周向自动扫查，作业稳定，采用无线遥控电驱动方式，自动化程度高。

4、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，导轨包括插装连接的四个导轨本体，所述导轨本体的端部设置有拼接槽口，相邻所述导轨本体通过插装入所述拼接槽口的插销插装固定，便于运输及现场拼装，提高现场拼接精准度，保证接口的平顺，而且简单的插拔方式极大地提高拼装效率。

5、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，固定架的个数为8个，且均匀分布于所述测试墩柱四周，所述固定架包括底座、正反牙螺栓及顶板，所述底座上穿装所述正反牙螺栓，所述正反牙螺栓的端部连接有所述顶板，所述顶板与所述测试墩柱接触，通过调节正反牙螺栓实现顶板对测试墩柱径向施加预应力，不依赖于外部支撑点实现与测试墩柱的固定，避免了采用传统的在墩柱上打膨胀螺栓等固定方式，属于无损操作，不用发电装置，极大地增强安装的便捷性及效率；同时，能够适用于不同直径测试墩柱的检测要求，适用范围广。

6、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，测试墩柱上设置有辅助绑带，所述辅助绑带与导轨连接，用绑带将导轨吊起后再进行拼装，可极大方便现场操作，采用单船5～8分钟即可便捷完成安装工作，便于现场拼装。

7、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，水下高清摄像单元包括滑移支架及水下高清摄像头，所述滑移支架横向滑动安装于所述电动伸缩杆上，所述滑移支架的一侧设置所述水下高清摄像头，所述水下高清摄像头前端设置锥形排水罩，所述排水罩与墩柱测试面间距为2～5cm，通过排水罩可将高清摄像头与测试墩柱表面之间的浑水排开，极大的提升清晰度。

8、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，锥形排水罩的前端设置有透明玻璃窗及补光灯带，提高成像质量，实现了浑水中检测。

9、本实用新型的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，超声测缺探头正对所述测试墩柱，通过自动发射超声信号，可以接收经墩柱表面反射的信号判断墩柱外表面有无破损病害，反射信号到达时间反应了模块到被测目标的距离，当墩柱表面存在冲蚀、破损露筋等病害时，声时增大，在自动绘制的声时曲线上出现突变，可以用于判断缺陷的存在和规模；超声测底探头正对河床，自动测量模块到河床的距离，当距离小于阈值时报警，实现防撞底功能。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型传力连接驱动单元的平面图；

图4为本实用新型传力连接驱动单元的侧面图；

图5为本实用新型传力连接驱动单元的立面图；

图6为本实用新型导轨本体的连接示意图；

图7为本实用新型导轨与导轨滑块组的连接示意图；

图8为本实用新型水下高清摄像单元与超声波水下检测模块的连接示意图；

图9为图2的A部放大图。

附图标记说明

1-测试墩柱、2-导轨、3-固定架、4-传力连接驱动单元、5-水下高清摄像单元、6-电动伸缩杆、7-导轨本体、8-伸缩杆电机、9-水下高清摄像头、10-辅助绑带、11-稳定轮、12导轨滑块组、13-电动伸缩杆固定架、14轮毂电机驱动轮、15-驱动轮刚性定位架、16-蓄电池、17-玻璃窗、18-补光灯带、19-滑移支架、20-锥形排水罩、21-插销、22-拼接槽口、23-超声波水下检测模块、24-超声测缺陷探头、25-超声测底探头、26-墩柱测试面、27-底座、28-正反牙螺栓、29-顶板。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置，包括测试墩柱1，其创新之处在于：测试墩柱1外侧同轴设置有导轨2，所述导轨2下端设置有固定架3，所述固定架3的端部与所述测试墩柱1固定，所述导轨上滑动安装有传力连接驱动单元4，所述传力连接驱动单元4的端部连接有电动伸缩杆6，所述电动伸缩杆6下部设置有水下高清摄像单元5，所述水下高清摄像单元5底端设置有超声波水下检测模块23。

固定架3的个数为8个，且均匀分布于所述测试墩柱1四周，所述固定架3包括底座27、正反牙螺栓28及顶板29，所述底座27安装于所述导轨2上，所述底座27上穿装所述正反牙螺栓28，所述正反牙螺栓28的端部连接有所述顶板29，所述顶板29与所述测试墩柱1接触，通过调节正反牙螺栓实现顶板对测试墩柱径向施加预应力，不依赖于外部支撑点实现与测试墩柱的固定，避免了采用传统的在墩柱上打膨胀螺栓等固定方式，属于无损操作，不用发电装置，极大地增强安装的便捷性及效率；同时，能够适用于不同直径测试墩柱的检测要求，适用范围广。

测试墩柱1上设置有辅助绑带10，所述辅助绑带10与导轨2连接，用绑带将导轨吊起后再进行拼装，可极大方便现场操作，采用单船5～8分钟即可便捷完成安装工作，便于现场拼装。

导轨2包括插装连接的四个导轨本体7，所述导轨本体7的端部设置有拼接槽口22，相邻所述导轨本体7通过插装入所述拼接槽口22的插销21插装固定，便于运输及现场拼装，提高现场拼接精准度，保证接口的平顺，而且简单的插拔方式极大地提高拼装效率。

传力连接驱动单元4包括稳定轮11、导轨滑块组12、电动伸缩杆固定架13、轮毂电机驱动轮14、驱动轮刚性定位架15及蓄电池16，所述导轨2的侧壁上卡装有两组所述稳定轮11，两组所述稳定轮11上端面连接所述导轨滑块组12，所述导轨滑块组12的一个导轨滑块上连接蓄电池16，另一个导轨滑块上设置所述电动伸缩杆固定架13，所述电动伸缩杆固定架13上纵向穿装所述电动伸缩杆6，所述电动伸缩杆6顶端连接有伸缩杆电机8，两个所述导轨滑块之间设置有驱动轮刚性定位架15，所述驱动轮刚性定位架15下端设置有轮毂电机驱动轮14，所述轮毂电机驱动轮14与所述导轨2上表面接触。

导轨上滑动安装有传力连接驱动单元4，所述传力连接驱动单元4的端部连接有电动伸缩杆6，所述电动伸缩杆6下部设置有水下高清摄像单元5，所述电动伸缩杆6底端设置有超声波水下检测模块23，通过上述连接方式实现了基于环绕测试墩柱的自动扫查方式，通过传力连接驱动单元与电动伸缩杆进行周向扫查和竖向扫查，可以带动水下高清摄像单元实现测试墩柱三维全覆盖的步进式扫查，现场检测流程分为2种：

第1种：竖向测线扫查→周向步进移动至下一竖向测线→竖向测线扫查→周向步进移动至下一竖向测线……；

第2种：周向测线扫查→竖向步进移动至下一深度→周向测线扫查→周向步进移动至下一深度……；所有移动扫查动作均采用无线遥控电驱动方式。

周向扫查：以轮毂电机驱动轮作为行走轮的传力连接驱动单元4，采用轮毂电机驱动基于双导轨滑块组的传力连接驱动单元，可以实现沿着测试墩柱周向的无线遥控移动扫查动作，该双导轨滑块组上搭载着蓄电池、无线遥控模块，并通过电动伸缩杆固定架13承载着竖向电动伸缩杆6及水下高清摄像单元5。

竖向扫查：采用无线遥控的电动伸缩杆6，可以实现摄像装置在水中的上下伸缩控制，对于较深的河流，电动伸缩杆可配备接长杆进行大深度检测。

通过上述无线驱动方式，试验人员只需要在船上远距离操作遥控装置，就可以实现测试墩柱的全覆盖自动扫查。

考虑水下摄像的一个难点在于水质问题，浑浊水域成像质量往往不佳。水中的杂质主要是原本水中的各类悬浮物和因摄像人员的动作泛起的淤泥，为消除水中杂质对摄像的影响，对传统水下摄像头进行改进设计：水下高清摄像单元5包括滑移支架19、水下高清摄像头9及锥形排水罩20，所述滑移支架19横向滑动安装于所述电动伸缩杆6上，所述滑移支架19的一侧设置所述水下高清摄像头9，所述水下高清摄像头9前端设置锥形排水罩20，所述排水罩与墩柱测试面26间距为2～5cm，通过排水罩可将高清摄像头与测试墩柱表面之间的浑水排开，极大的提升清晰度。

锥形排水罩的前端设置有透明玻璃窗17及补光灯带18，提高成像质量，实现了浑水中测检测。

可通过导线将水下高清摄像头9采集的病害图像传输至水上的无线发射模块，再通过模块无线连接到手机或平板电脑等移动设备，还可通过移动互联网传输至云端后台进行数据处理。

超声波水下检测模块23包括超声测缺陷探头24及超声测底探头25，超声测缺探头24正对所述测试墩柱，通过自动发射超声信号，可以接收经墩柱表面反射的信号判断墩柱外表面有无破损病害，反射信号到达时间反应了模块到被测目标的距离，当墩柱表面存在冲蚀、破损露筋等病害时，声时增大，在自动绘制的声时曲线上出现突变，可以用于判断缺陷的存在和规模；超声测底探头25正对河床，自动测量模块到河床的距离，当距离小于阈值时报警，实现防撞底功能。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种柱式结构水下病害自动扫查成像装置，包括测试墩柱(1)，其特征在于：所述测试墩柱(1)外侧同轴设置有导轨(2)，所述测试墩柱(1)上设置有辅助绑带(10)，所述辅助绑带(10)与导轨(2)连接，所述导轨(2)下端设置有固定架(3)，所述固定架(3)的端部与所述测试墩柱(1)固定，所述导轨上滑动安装有传力连接驱动单元(4)，所述传力连接驱动单元(4)的端部连接有电动伸缩杆(6)，所述电动伸缩杆(6)下部设置有水下高清摄像单元(5)，所述水下高清摄像单元(5)底端设置有超声波水下检测模块(23)。

2.根据权利要求1所述的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，其特征在于：所述传力连接驱动单元(4)包括稳定轮(11)、导轨滑块组(12)、电动伸缩杆固定架(13)、轮毂电机驱动轮(14)、驱动轮刚性定位架(15)及蓄电池(16)，所述导轨(2)的侧壁上卡装有两组所述稳定轮(11)，两组所述稳定轮(11)上端面连接所述导轨滑块组(12)，所述导轨滑块组(12)的一个导轨滑块上连接蓄电池(16)，另一个导轨滑块上设置所述电动伸缩杆固定架(13)，所述电动伸缩杆固定架(13)上纵向穿装所述电动伸缩杆(6)，所述电动伸缩杆(6)顶端连接有伸缩杆电机(8)，两个所述导轨滑块之间设置有驱动轮刚性定位架(15)，所述驱动轮刚性定位架(15)下端设置有轮毂电机驱动轮(14)，所述轮毂电机驱动轮(14)与所述导轨(2)上表面接触。

3.根据权利要求1所述的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，其特征在于：所述水下高清摄像单元(5)包括滑移支架(19)、水下高清摄像头(9)及锥形排水罩(20)，所述滑移支架(19)横向滑动安装于所述电动伸缩杆(6)上，所述滑移支架(19)的一侧设置所述水下高清摄像头(9)，所述水下高清摄像头(9)前端设置锥形排水罩(20)，所述排水罩与墩柱测试面(26)间距为2～5cm。

4.根据权利要求3所述的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，其特征在于：所述锥形排水罩(20)的前端设置有透明玻璃窗(17)及补光灯带(18)。

5.根据权利要求1所述的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，其特征在于：所述超声波水下检测模块(23)包括超声测缺陷探头(24)及超声测底探头(25)，所述超声测缺陷探头(24)正对所述测试墩柱(1)，所述超声测底探头(25)正对河床。

6.根据权利要求1所述的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，其特征在于：所述固定架(3)的个数为8个，且均匀分布于所述测试墩柱(1)四周，所述固定架(3)包括底座(27)、正反牙螺栓(28)及顶板(29)，所述底座(27)安装于所述导轨(2)上，所述底座(27)上穿装所述正反牙螺栓(28)，所述正反牙螺栓(28)的端部连接有所述顶板(29)，所述顶板(29)与所述测试墩柱(1)接触。

7.根据权利要求1所述的柱式结构水下病害自动扫查成像装置，其特征在于：所述导轨(2)包括插装连接的四个导轨本体(7)，所述导轨本体(7)的端部设置有拼接槽口(22)，相邻所述导轨本体(7)通过插装入所述拼接槽口(22)的插销(21)插装固定。

Images