CN220974562U - 一种用于过流部件磨损检测的无人机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于过流部件磨损检测的无人机，用于解决过流部件检测时存在的安全性低、检测数据不准确的问题。无人机包括无人机本体、探测装置、红外测距仪和摄像头，探测装置包括探测头和伸缩件，伸缩件的一端与无人机本体相连接，另一端与探测头相连接。探测头用于与过流部件的磨损部位接触，以检测磨损部位的厚度。红外测距仪与无人机本体相连接，且包括发射部和接收部，发射部用于发射红外线，接收部用于接收红外线。摄像头与无人机本体相连接，且红外线与磨损部位能够位于摄像头的视野范围内。伸缩件的伸缩方向与红外线的发射方向具有夹角，探测头能够沿远离无人机本体的方向伸长至与红外线相交汇，交汇位置位于无人机本体的外侧。

Description

一种用于过流部件磨损检测的无人机

技术领域

本公开涉及水电站无损检测技术领域，具体地，涉及一种用于过流部件磨损检测的无人机。

背景技术

水轮机作为水力发电的核心部件，其磨损的严重程度直接影响着水电站运行的安全。现有技术中，水电站对过流部件的磨损检测还停留在手机、相机拍照，利用卷尺测量等传统工具进行空蚀强度评定的阶段。水轮发电机组在进行B级检修和C级检修时，并不会逐一拆卸过流部件，因此需要搭建尾水平台以进行空蚀强度评定。这种操作方式不仅存在高空作业、照明不足、地面湿滑等危险因素，而且人工测量还存在着检测数据准确性差的问题。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种用于过流部件磨损检测的无人机，旨在解决过流部件检测时存在的安全性低、检测数据不准确的技术问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种用于过流部件磨损检测的无人机，包括：

无人机本体；

探测装置，包括探测头和伸缩件，所述伸缩件的一端与所述无人机本体相连接，所述伸缩件的另一端与所述探测头相连接，所述探测头用于与过流部件的磨损部位接触，以检测所述磨损部位的厚度；

红外测距仪，与所述无人机本体相连接，所述红外测距仪包括发射部和接收部，所述发射部用于发射红外线，所述接收部用于接收红外线；以及，

摄像头，与所述无人机本体相连接，且所述红外线与所述磨损部位能够位于所述摄像头的视野范围内；

其中，所述伸缩件的伸缩方向与所述红外线的发射方向具有夹角；所述探测头能够沿远离所述无人机本体的方向伸长至与所述红外线相交汇，且交汇位置位于所述无人机本体的外侧。

在一些实施方式中，所述用于过流部件磨损检测的无人机还包括具有立柱的支撑架；

所述立柱与所述无人机本体相连接，所述伸缩件、红外测距仪和摄像头分别与所述立柱相连接。

在一些实施方式中，沿所述立柱的长度方向，所述摄像头设置于靠近所述红外测距仪的一侧，所述伸缩件设置于所述红外测距仪远离所述摄像头的一侧。

在一些实施方式中，所述用于过流部件磨损检测的无人机还包括载箱和主板；

所述载箱与所述立柱相连接，所述伸缩件、红外测距仪和摄像头均安装于所述载箱上，所述主板安装于所述载箱内，且所述探测头、伸缩件、红外测距仪和摄像头均与所述主板电连接。

在一些实施方式中，所述支撑架还包括支撑件；

所述立柱的一端与所述无人机本体相连接，所述支撑件连接于所述立柱的另一端，所述载箱设置于所述支撑件与所述无人机本体之间。

在一些实施方式中，所述支撑架还包括缓冲件；

所述缓冲件与所述支撑件相连接，且所述缓冲件设置于所述支撑件远离所述无人机本体的一侧。

在一些实施方式中，所述红外线的发射方向沿水平方向设置；

所述伸缩件的伸缩方向相对于所述水平方向倾斜设置。

在一些实施方式中，所述伸缩件的伸缩方向相对于所述水平方向倾斜的夹角为15°-45°。

在一些实施方式中，所述探测装置还包括弯头；

所述弯头的一端与所述伸缩件相连接，所述探测头安装于所述弯头的另一端，所述弯头的弯曲角度与所述夹角互补，以使所述探测头能够正对所述过流部件的磨损部位。

在一些实施方式中，所述伸缩件包括电动推杆、气缸或液压缸。

与现有技术相比，本公开所具有的有益效果是：

本公开通过无人机本体搭载探测装置和红外测距仪的方式，可以实现对过流部件检测的功能，无需人工高空作业，提高了检测的安全性。检测时，作业人员可以操作无人机本体飞行至水轮机的磨损部位附近，无人机本体搭载探测装置和红外测距仪起飞至磨损部位。由于水轮机内光线较暗，红外测距仪发射的红外线可以映射在磨损部位，从而可以通过摄像头观察红外线映射在磨损部位的位置，以调整无人机本体的悬停位置，使红外线映射在磨损部位上，也即是红外线对无人机本体的飞行具有指引作用，以提高测量的准确性。在确定磨损部位后，控制伸缩件伸缩，使探测头伸长至与红外线相交汇的位置。此时，红外线刚好被探测头所遮挡，沿红外线的照射方向，红外测距仪与探测头之间的距离为固定值L₁。继续控制无人机本体沿红外线照射的方向飞行，直至探测头与磨损部位相接触，此时可以通过探测头测量磨损部位的厚度。厚度测量完成后，无人机本体保持悬停位置不变，并控制探测头回缩，使红外线直接映射在磨损部位上。此时，红外测距仪测得与磨损部位之间的距离为L₂，从而可以通过红外测距仪测量磨损部位磨损的深度为L₂-L₁。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是现有技术中水轮机的结构示意图；

图2是本公开提供的用于过流部件磨损检测的无人机的结构示意图；

图3是图2中伸缩件与红外测距仪的测量原理示意图；

图4是伸缩件通过弯头与探测头相连接的结构示意图；

图5是图2中支撑架与载箱相连接的结构示意图。

附图标记说明

01-水轮机；011-转轮；012-蜗壳；013-磨损部位；02-用于过流部件磨损检测的无人机；10-无人机本体；20-探测装置；21-探测头；22-伸缩件；23-弯头；30-红外测距仪；31-发射部；32-接收部；40-摄像头；50-支撑架；51-立柱；52-支撑件；53-缓冲件；60-载箱。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图(如图1)的图面方向来定义的，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制，此外，术语“内、外”是指相应结构轮廓的内外。另外，术语“第一”、“第二”等仅是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。

在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

现有技术中，如图1所示，水轮机01可以包括转轮011和蜗壳012，转轮011可转动的安装在蜗壳012内。水流流经蜗壳012后冲转转轮011，转轮011的转动带动发电机组发电，从而使得转轮011可以将机械能转换为电能，以进行水力发电。但水轮机01受水流空蚀的影响，转轮011和蜗壳012等过流部件在长期使用后容易磨损。为了保证水轮机01能够安全的运行，需要定期对转轮011和蜗壳012等过流部件进行磨损检测。

本公开提供一种用于过流部件磨损检测的无人机02，如图2所示，该用于过流部件磨损检测的无人机02可以包括无人机本体10、探测装置20、红外测距仪30和摄像头40。探测装置20可以包括探测头21和伸缩件22，伸缩件22的一端可以与无人机本体10相连接，伸缩件22的另一端可以与探测头21相连接，探测头21用于与过流部件的磨损部位013(图3所示)接触，以检测磨损部位013的厚度。红外测距仪30可以与无人机本体10相连接，红外测距仪30可以包括发射部31和接收部32，发射部31用于发射红外线，接收部32用于接收红外线。摄像头40可以与无人机本体10相连接，且红外线与磨损部位013能够位于摄像头40的视野范围内。其中，伸缩件22的伸缩方向可以与红外线的发射方向具有夹角α(图3所示)，探测头21能够沿远离无人机本体10的方向伸长至与红外线相交汇，且交汇位置位于无人机本体10的外侧。

检测时，开启蜗壳012的人孔门，作业人员可以操作用于过流部件磨损检测的无人机02飞行至蜗壳012的内部，无人机本体10搭载探测装置20和红外测距仪30起飞至水轮机01的磨损部位013。由于蜗壳012内光线较暗，红外测距仪30发射的红外线可以映射在转轮011或蜗壳012上，从而可以通过摄像头40观察红外线映射在转轮011或蜗壳012上的位置，以调整无人机本体10的悬停位置，使红外线映射在磨损部位013上，也即是红外线对无人机本体10的飞行具有指引作用。

在确定磨损部位013后，如图3所示，可以控制伸缩件22伸缩，使探测头21伸长至与红外线(图中虚线所示)相交汇的位置。此时，红外线刚好被探测头21所遮挡，沿红外线的照射方向，红外测距仪30与探测头21之间的距离为固定值L₁。继续控制无人机本体10沿红外线照射的方向飞行，直至探测头21与磨损部位013相接触，此时可以通过探测头21测量磨损部位013的厚度。厚度测量完成后，无人机本体10保持悬停位置不变，并控制探测头21回缩，使红外线直接映射在磨损部位013上。此时，红外测距仪30测得与磨损部位013之间的距离为L₂，从而可以通过红外测距仪30测量磨损部位013磨损的深度为L₂-L₁。

通常，转轮011或蜗壳012等过流部件具有厚度标准值。本公开通过探测头21可以测量过流部件的厚度是否满足厚度标准值。但由于探测头21的尺寸较大，所测得的厚度数据为探测头21所覆盖的过流部件区域的厚度。因此，本公开还可以通过红外测距仪30的红外线精确的测量过流部件实际磨损的深度，并且通过厚度标准值与实际磨损的深度的差值，还可以复核探测头21所测量的厚度是否准确，从而提高数据的准确性。

本公开通过无人机本体10搭载探测装置20和红外测距仪30的方式，实现了对转轮011或蜗壳012等过流部件检测的功能，无需人工高空作业，从而提高了检测的安全性。其中，红外测距仪30不仅可以通过红外线指引磨损部位013，以提高测量的准确性。而且通过伸缩件22的伸缩方向与红外线的发射方向之间的倾斜设置，还使得探测头21可以伸长至与红外线相交汇的位置，从而确定红外测距仪30与探测头21之间的距离L₁，进而通过L₁可以确定磨损部位013磨损的深度。

这样一来，无人机本体10保持在同一悬停位置，可以通过探测头21的一次探测和红外测距仪30的一次发射，测得水轮机01上磨损部位013的一组厚度数据和深度数据。在测量厚度数据和深度数据时，无需探测头21和红外测距仪30进行多次采样，从而有利于降低测量的算力要求，减少检测成本。当无人机本体10改变悬停位置后，可以测得水轮机01上不同磨损部位013的不同厚度数据和深度数据，通过多组数据可以准确的测出过流部件磨损的最大值和最小值，从而提高了用于过流部件磨损检测的无人机02测量的准确性，为后续维修工作打下基础。当然，测出的磨损数据可以在手机、电脑等终端设备上实时显示，从而可以提供作业人员直观、快速、可靠的监测数据。

此外，红外线的发射方向可以沿水平方向设置，伸缩件22的伸缩方向可以相对于水平方向倾斜设置。这样一来，在控制无人机本体10沿红外线照射的方向飞行时，仅需控制无人机本体10在水平面内的前后左右移动即可，从而方便作业人员的操作。若将红外线的发射方向设置为与水平方向呈倾斜状态，则控制无人机本体10时，还需要控制无人机本体10的升降移动，给作业人员的操作带来不便。当然，本公开实施例不对红外线的发射方向和伸缩件22的伸缩方向做特殊的限制。

上述实施例中，如图3所示，伸缩件22的伸缩方向相对于水平方向倾斜的夹角α可以为15°-45°。这样一来，若夹角α小于15°，则容易导致红外测距仪30与探测头21之间的距离L₁过长，从而不利于减小探测装置20的体积，不便于无人机本体10的搭载。若夹角α大于15°，则容易导致探测头21沿红外线照射方向的探测面过小，不利于探测头21对过流部件的探测。本公开实施例不对夹角α的具体数值做特殊的限制。

在此基础上，如图4所示，探测装置20还可以包括弯头23，弯头23的一端与伸缩件22相连接，探测头21安装在弯头23的另一端。弯头23的弯曲角度β与夹角α互补，以使探测头21能够正对过流部件的磨损部位013(图3所示)。由于弯头23的弯曲角度β与夹角α互补，当探测头21通过弯头23安装在伸缩件22上时，探测头21的轴向可以与水平方向平行，从而使得探测头21在接触磨损部位013时，探测头21的探测面可以正对磨损部位013，以提高检测的准确性。

在一些实施方式中，摄像头40还可以具有拍照的功能，作业人员在操作无人机本体10时，不仅可以通过摄像头40观察水轮机01上的磨损部位013，再通过摄像头40观察红外线映射在磨损部位013的位置，从而更好的控制无人机本体10对准磨损部位013。而且，摄像头40得拍照功能还可以便于作业人员在检测时，随时对磨损部位013进行拍摄，以记录磨损部位013的外形轮廓。

当然，上述实施例中的探测装置20、红外测距仪30和摄像头40可以直接集成在无人机本体10上。但这样一来，导致用于过流部件磨损检测的无人机02的结构过于复杂。为了简化用于过流部件磨损检测的无人机02的结构，如图2所示，用于过流部件磨损检测的无人机02还可以包括具有立柱51的支撑架50。立柱51与无人机本体10相连接，探测装置20、红外测距仪30和摄像头40可以分别与立柱51相连接。由此，可以实现探测装置20、红外测距仪30和摄像头40的模块化设计，使探测装置20、红外测距仪30和摄像头40集成在立柱51上，而无人机本体10则可以单独用于提供探测装置20、红外测距仪30和摄像头40以升力。由此，立柱51既可以与无人机本体10固定连接，也可以与无人机本体10可拆卸连接。本公开实施例对立柱51与无人机本体10之间的连接方式不做特殊的限制。

具体来说，如图5所示，沿立柱51的长度方向，摄像头40可以设置在靠近红外测距仪30的一侧，伸缩件22可以设置在红外测距仪30远离摄像头40的一侧。示例的，摄像头40可以设置在靠近无人机本体10的一侧，红外测距仪30可以设置在摄像头40远离无人机本体10的一侧，伸缩件22可以设置在红外测距仪30远离无人机本体10的一侧。其中，伸缩件22可以选用电动推杆，电动推杆具有较小的结构尺寸，便于无人机本体10搭载。当然，伸缩件22也可以选用电控的气缸或液压缸等伸缩结构。本公开实施例不对伸缩件22的具体结构做特殊的限制。

由此，当伸缩件22带动探测头21伸缩移动时，由于伸缩件22设置在红外测距仪30远离摄像头40的一侧，使得伸缩件22的伸缩移动不会遮挡摄像头40的视野，从而便于作业人员的观察。当然，红外测距仪30也可以设置在摄像头40靠近无人机本体10的一侧，伸缩件22也可以设置在红外测距仪30靠近无人机本体10的一侧，同样可以避免伸缩件22的伸缩移动遮挡摄像头40的视野。本公开实施例不对伸缩件22、红外测距仪30和摄像头40在立柱51上设置的具体位置做特殊的限制。

在此基础上，如图5所示，用于过流部件磨损检测的无人机02还可以包括载箱60和主板(图中未示出)。载箱60可以与立柱51相连接，伸缩件22、红外测距仪30和摄像头40可以安装在载箱60上，主板可以安装在载箱60内，且探测头21、伸缩件22、红外测距仪30和摄像头40可以分别与主板电连接。这样一来，使得主板可以控制探测头21测量过流部件的厚度，控制伸缩件22的伸缩移动，控制红外测距仪30发射红外线并测量磨损部位013的磨损深度，控制摄像头40进行拍照。

其中，载箱60内还可以设置电池，用于提供探测头21、伸缩件22、红外测距仪30和摄像头40工作所需的电源。主板上可以搭载用于控制探测头21、伸缩件22、红外测距仪30和摄像头40工作的芯片和用于存储数据的存储器等电子器件。本公开实施例不对载箱60和主板的具体电器结构做特殊的限制。当然，探测头21、伸缩件22、红外测距仪30和摄像头40也可以直接与无人机本体10电连接。

此外，如图5所示，支撑架50还可以包括支撑件52。立柱51的一端与无人机本体10相连接，支撑件52可以连接在立柱51的另一端，载箱60可以设置在支撑件52与无人机本体10之间。在用于过流部件磨损检测的无人机02未进行检测作业时，可以通过支撑件52支撑在地面上，以避免载箱60、摄像头40或红外测距仪30直接与地面接触而引起的损坏。同时，支撑件52的设置，还可以对用于过流部件磨损检测的无人机02的降落起到缓冲保护的作用。其中，支撑件52可以选用塑料或者橡胶等柔性材质。本公开实施例不对支撑件52的具体材料做特殊的限制。

在此基础上，如图5所示，支撑架50还可以包括缓冲件53。缓冲件53可以与支撑件52相连接，且缓冲件53可以设置在支撑件52远离无人机本体10的一侧。当用于过流部件磨损检测的无人机02降落时，缓冲件53可以对无人机本体10起到缓冲的作用，以避免无人机本体10由于硬着陆而引起探测头21、伸缩件22、红外测距仪30或摄像头40的损坏。其中，缓冲件53可以选用橡胶或者弹簧等材料。本公开实施例不对缓冲件53的具体材料做特殊的限制。

本公开实施例所提供的用于过流部件磨损检测的无人机02并不仅限于水轮机01的磨损检测，对于存在高空作业、复杂地形环境等其他场景，也同样适用。例如，本公开实施例所提供的用于过流部件磨损检测的无人机02还可以用于电塔、超高建筑物、堤坝等使用场景的损坏检测，以提高作业人员工作的安全性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，包括：

无人机本体；

探测装置，包括探测头和伸缩件，所述伸缩件的一端与所述无人机本体相连接，所述伸缩件的另一端与所述探测头相连接，所述探测头用于与过流部件的磨损部位接触，以检测所述磨损部位的厚度；

红外测距仪，与所述无人机本体相连接，所述红外测距仪包括发射部和接收部，所述发射部用于发射红外线，所述接收部用于接收红外线；以及，

摄像头，与所述无人机本体相连接，且所述红外线与所述磨损部位能够位于所述摄像头的视野范围内；

其中，所述伸缩件的伸缩方向与所述红外线的发射方向具有夹角；所述探测头能够沿远离所述无人机本体的方向伸长至与所述红外线相交汇，且交汇位置位于所述无人机本体的外侧。

2.根据权利要求1所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述用于过流部件磨损检测的无人机还包括具有立柱的支撑架；

所述立柱与所述无人机本体相连接，所述伸缩件、红外测距仪和摄像头分别与所述立柱相连接。

3.根据权利要求2所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，沿所述立柱的长度方向，所述摄像头设置于靠近所述红外测距仪的一侧，所述伸缩件设置于所述红外测距仪远离所述摄像头的一侧。

4.根据权利要求2所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述用于过流部件磨损检测的无人机还包括载箱和主板；

所述载箱与所述立柱相连接，所述伸缩件、红外测距仪和摄像头均安装于所述载箱上，所述主板安装于所述载箱内，且所述探测头、伸缩件、红外测距仪和摄像头均与所述主板电连接。

5.根据权利要求4所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述支撑架还包括支撑件；

所述立柱的一端与所述无人机本体相连接，所述支撑件连接于所述立柱的另一端，所述载箱设置于所述支撑件与所述无人机本体之间。

6.根据权利要求5所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述支撑架还包括缓冲件；

所述缓冲件与所述支撑件相连接，且所述缓冲件设置于所述支撑件远离所述无人机本体的一侧。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述红外线的发射方向沿水平方向设置；

所述伸缩件的伸缩方向相对于所述水平方向倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述伸缩件的伸缩方向相对于所述水平方向倾斜的夹角为15°-45°。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述探测装置还包括弯头；

所述弯头的一端与所述伸缩件相连接，所述探测头安装于所述弯头的另一端，所述弯头的弯曲角度与所述夹角互补，以使所述探测头能够正对所述过流部件的磨损部位。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的用于过流部件磨损检测的无人机，其特征在于，所述伸缩件包括电动推杆、气缸或液压缸。