光电探测组件及集成式光电探测作业装置的制造方法
【专利摘要】光电探测组件，包括与转轴固接的光电探测单元，转轴由步进电机驱动，光电探测单元包括沿其轴向依次连接的前视成像声纳、第一电子设备舱、旋转云台、安装壳体、卫星通信定位天线，旋转云台驱动安装壳体转动，安装壳体内部设有带摄像机的光电探测舱，安装壳体正对光电探测舱中各摄像头位置处设有透光窗口；第一电子设备舱内装有卫星通信定位主机、视频信号处理设备。本发明还公开了相应的集成式光电探测作业装置，将光电探测组件的转轴可转动的安装在安装框架上，安装框架集成装有浮力块、推进器、机械手、配电箱、液压源、多普勒测速仪、声学换能器、水下摄像机、水下灯。本发明能够实现水下探测与作业、水面探测、导航及通信功能。
【专利说明】
光电探测组件及集成式光电探测作业装置
技术领域
[0001]本发明涉及水下装备的光电探测作业技术领域，具体涉及具有光电探测功能的组件及基于该光电探测组件、浮标体、水下作业装置、水下推进于一体的可释放并回收至水下大型运载平台的集成式光电探测作业装置，可用于水下大型运载平台的光电探测、水下远距离通信、水下位置校准、水下作业等。
【背景技术】
[0002]水下大型运载平台是是21世纪海洋技术发展的新标志，是用于海洋科学研究、资源探测开发与海底工程作业的载人深海运载装备，其主要特点是不受海面恶劣风浪环境的制约、可长周期、全天候地在深海海域直接操控作业工具与装置进行各种水下作业。目前水下大型运载平台均搭载作业型R0V，并配置相应的绞车装置，同时水下大型运载平台为实现水下位置校准，水面光电探测、远距离通信等功能，需要配置多功能通信浮标、浮标绞车、光电探测设备等。如果配置多功能通信浮标，需要配置相应的浮标绞车，同时搭载的作业型ROV也需要配置绞车装置，从而需要占用较多的水下大型运载平台空间和资源，而且多功能通信浮标在水面的姿态难以控制，恶劣的海况对浮标的工作产生严重干扰，进而影响浮标的导航、通信和探测功能;如果水下大型运载平台上不配置多功能通信浮标，仅在水下大型运载平台上搭载相应的导航、通信和光电探测设备，那么当水下大型运载平台需要实现水下位置校准、远距离通信、水面光电探测等功能时，就需要将水下大型运载平台上浮至水面，而水下大型运载平台上浮、下潜的过程需要较多时间和能源的消耗甚至浪费。
【发明内容】
[0003]本
【申请人】针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种光电探测组件及集成式光电探测作业装置，其能够实现水下探测与作业、水面探测、导航及通信等功能，工作可靠，且无需将水下大型运载平台整体上浮至水面。
[0004]本发明的技术方案如下:
光电探测组件，包括转轴，转轴一端与步进电机的输出轴传动连接，另一端可转动地支撑在支座上;转轴与光电探测单元固接，且转轴轴向与所述光电探测单元的轴向垂直;所述光电探测单元包括沿其轴向依次连接的前视成像声纳、第一电子设备舱、旋转云台、安装壳体，安装壳体由旋转云台内部的电机带动转动，安装壳体内部固设有光电探测舱，光电探测舱内设有彩色摄像机、微光摄像机、红外摄像机，安装壳体正对光电探测舱中各摄像机的摄像头位置处设有透光窗口；安装壳体背离旋转云台的一端设有卫星通信定位天线;第一电子设备舱内装有卫星通信定位主机、视频信号处理设备;光电探测舱与所述视频信号处理设备设有图像信号的传输线缆，前视成像声纳、所述视频信号处理设备均设有用于向外部控制单元输出信号的传输线缆。
[0005]其进一步技术方案为:
所述安装壳体采用透声材料的乙稀基酯玻璃钢制成。
[0006]在采用本发明所述光电探测组件的基础上，本发明还提供了一种集成式光电探测作业装置，包括安装框架，安装框架的顶部装有浮力块，浮力块一端开设有外侧开口的凹槽，凹槽内设有光电探测组件，所述光电探测组件本发明所述的光电探测组件，所述光电探测组件中的转轴横向架设在凹槽内，支座、步进电机固定支撑在安装框架上;光电探测组件绕转轴旋转至垂向状态时，光电探测舱及卫星通信定位天线在垂向上均位于浮力块上方，光电探测组件绕转轴旋转至水平状态时，光电探测组件容置在凹槽内；安装框架上装有推进器，安装框架的内部空间装有第二电子设备舱、配电箱、机械手、液压源、多普勒测速仪、声学换能器、水下摄像机、水下灯;第二电子设备舱内设有数据采集处理中心、导航设备，前视成像声纳、所述视频信号处理设备均通过传输线缆向所述数据采集处理中心输出信号；机械手由液压源驱动。
[0007]其进一步技术方案为:
所述推进器包括安装在安装框架顶部的垂向槽道推进器和安装在安装框架内部的横向槽道推进器，垂向槽道推进器安装在安装框架纵向长度上的中间位置，安装框架纵向方向上的两侧均装有横向槽道推进器。
[0008]所述机械手与光电探测组件安装在安装框架的同一侧。
[0009]本发明的技术效果:
1、本发明通过将光电探测、浮力块、通信定位及水下作业装置集成设置成一个可以通过脐带缆布放回收装置从水下大型运载平台等水下设备上布放及回收的光电探测作业装置，当水下大型运载平台等水下装备需要实现水下位置校准、远距离通信、水面光电探测等功能时，只需要通过水下大型运载平台上的脐带缆布放回收装置布放本发明所述集成式光电探测作业装置，通过本发明所述集成式光电探测作业装置实现远距离通信、水下位置校准及本发明所述光电探测作业装置上浮过程中的光电探测及避障，而无需将水下大型运载平台上浮至水面，由此避免水下大型运载平台上浮、下潜的过程需要较多时间和能源的消耗甚至浪费；
2、由于水下探测的主要手段为声学探测，即可通过本发明所述集成式光电探测作业装置中的前视成像声纳进行前视探测，而需要实现水面光电探测、远距离通信和水下位置的精确校准，则需要将本发明所述光电探测组件尽可能远离水面进行工作，即将光电探测组件保持在水面以上工作，因此，为了能够在水下探测(包括上浮至水面过程中的水下探测)、水面光电探测、水面导航通信之间进行切换，并尽可能保证满足各项功能的需求，本发明设置了可折倒的光电探测组件，当本发明所述集成式光电探测作业装置从水下运载平台上布放并浮出水面后，通过步进电机控制所述光电探测组件转动至直立状态，控制旋转云台带动光电探测舱转动，从而实现水面探测，同时卫星通信定位天线和卫星通信定位主机实现远距离通信和水下位置校准，其他情况下，即本发明所述集成式光电探测作业装置未布放及布放后上浮至水面的过程中，所述光电探测组件则处于水平折倒状态，能够实现水下探测避障。
[0010]
水下探测通常为前视探测，即水下大型运载平台的前进方向上的探测，而通过卫星通信定位天线及卫星通信定位主机实现的远距离通信和水下位置校准则需要将卫星通信定位天线直立浮出水面，天线直立方向与水下运载平台的前进方向为想回垂直关系，因此，为了能够在水下及浮出水面后在水下探测、定位通信之间进行切换。
【附图说明】
[0011]图1为本发明所述光电探测组件的主视结构示意图。
[0012]图2为本发明所述集成式光电探测作业装置的主视结构示意图，图中所述光电探测单元处于直立状态。
[0013]图3为图2的右视结构示意图，图中所述光电探测单元处于直立状态。
[0014]图4为图3的俯视结构示意图，图中所述光电探测单元处于水平折倒状态。
[0015]其中:1、转轴;2、步进电机;3、支座;4、前视成像声纳;5、第一电子设备舱;6、旋转云台；7、安装壳体;701、透光窗口； 8、光电探测舱;801、彩色摄像机;802、微光摄像机;803、红外摄像机;9、卫星通信定位天线；10、安装框架；11、浮力块;111、凹槽;12、光电探测组件；
13、第二电子设备舱；14、配电箱；15、机械手；16、液压源；17、多普勒测速仪；18、声学换能器；19、水下摄像机;20、水下灯;21、云台；22、垂向槽道推进器;23、横向槽道推进器;24、支架一;25、支架二。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，说明本发明的【具体实施方式】。
[0017]见图1，本发明所述光电探测组件包括转轴I，转轴I一端与步进电机2的输出轴通过法兰或者联轴器传动连接，转轴I另一端通过轴承组件可转动地支撑在支座3上;转轴I与光电探测单元固接，且转轴I的轴向与所述光电探测单元的轴向垂直;所述光电探测单元包括沿其轴向依次连接的前视成像声纳4、第一电子设备舱5、旋转云台6、安装壳体7，安装壳体7由旋转云台6内部的电机带动转动，安装壳体7内部固设有光电探测舱8，光电探测舱8内设有彩色摄像机801、微光摄像机802、红外摄像机803，安装壳体7正对光电探测舱8中各摄像机的摄像头位置处设有透光窗口 701，透光窗口 701为透光有机玻璃，且安装壳体7优选采用透声材料的乙烯基酯玻璃钢制成;安装壳体7背离旋转云台6的一端设有卫星通信定位天线9;第一电子设备舱5内装有卫星通信定位主机、视频信号处理设备;光电探测舱8与所述视频信号处理设备设有图像信号的传输线缆，前视成像声纳4、所述视频信号处理设备均设有用于向外部控制单元输出信号的传输线缆，所述外部控制单元即本发明所述集成式光电探测作业装置中的第一电子设备舱内的控制单元。光电探测舱8及第一电子设备舱5均为耐压水密舱，图1中，第一电子设备舱5可以装在一个外壳内，所述外壳两端分别与前视成像声纳4、旋转云台6固定连接，转轴I与用于安装第一电子设备舱5的外壳固定连接，由此，实现整个所述光电探测单元可转动设置，其中，不仅步进电机2采用带有自锁功能的电机，在转轴I旋转到位(水平折倒或直立位置)后，自动将转轴I锁定。光电探测舱8内的彩色摄像机801主要用于白天光线较好时的水面探测与成像，微光摄像机802主要用于白天光线较差时的水面探测与成像，红外摄像机803主要用于夜晚的水面探测与成像。
[0018]在采用本发明所述光电探测组件的基础上，本发明还提供了一种集成式光电探测作业装置，见图2、图3、图4，集成式光电探测作业装置包括安装框架10，安装框架10的顶部装有浮力块11，浮力块11一端开设有外侧开口的凹槽111，凹槽111内设有光电探测组件12，光电探测组件12为本发明所述的光电探测组件，光电探测组件12中的转轴I横向架设在凹槽111内，支座3、步进电机2分别通过支架一24、支架二25固定支撑在安装框架10上，支架一24、支架二 25位于凹槽111内；光电探测组件12绕转轴I旋转至垂向直立状态时，光电探测舱8及卫星通信定位天线9在垂向方向上均位于浮力块11上方，由此便于光电探测舱8内各摄像机进行观察，光电探测组件12绕转轴I旋转至水平折倒状态时，光电探测组件12整体容置在凹槽111内，即凹槽111的纵向长度和横向宽度形成的空间足以容纳水平折倒状态下的光电探测组件12;安装框架10上装有推进器，安装框架10的内部空间装有第二电子设备舱13、配电箱14、机械手15、液压源16、多普勒测速仪17、声学换能器18、水下摄像机19、水下灯20;第二电子设备舱13内设有数据采集处理中心、导航设备，前视成像声纳4、第一电子设备舱5内的所述视频信号处理设备均通过传输线缆向第二电子设备舱13内的所述数据采集处理中心输出信号;机械手15由液压源16驱动，配电箱14则用于本发明所述集成式光电探测作业装置的配电及电力监控。
[0019]具体地，所述推进器包括安装在安装框架10顶部的垂向槽道推进器22和安装在安装框架10内部的横向槽道推进器23，垂向槽道推进器22安装在安装框架10纵向长度上的中间位置，安装框架1纵向方向上的两侧均装有横向槽道推进器23，机械手15与光电探测组件12安装在安装框架10的同一侧。横向槽道推进器和垂向槽道推进器器能够使得本发明所述集成式光电探测作业装置具有良好的水下及水面姿态调整能力。
[0020]本发明所述前视成像声纳、旋转云台、微光摄像机、彩色摄像机、红外摄像机、卫星通信定位天线、卫星通信定位主机、多普勒测速仪、声学换能器、第一电子设备舱和第二电子设备舱内安装的设备均为市售产品，所述机械手、推进器均为成熟的现有技术。
[0021]在实际使用过程中，本发明所述集成式光电探测作业装置是通过脐带缆与水下大型运载平台实现连接，且通过水下大型运载平台上的脐带缆布放回收装置对本发明所述集成式光电探测作业装置进行布放和回收，其中，脐带缆也用作水下作业平台与本发明所述光电探测作业装置之间的视频信号、声纳信号、控制信号的传输。
[0022]本发明所述集成式光电探测作业装置的运行方式如下:
1、原始状态:本发明所述集成式光电探测作业装置通过脐带缆布放回收装置回收在水下大型运载平台上，且本发明所述光电探测组件处于水平折倒状态并容置于凹槽111内，前视成像声纳4朝向整个光电探测作业装置的外侧。
[0023]2、水下探测作业:本发明所述集成式光电探测作业装置处于原始状态下，即整个作业装置未布放，光电探测组件处于水平折倒状态，前视成像声纳4开始工作，并将电子扫描探测到的图像信号通过传输线缆传输至第二电子设备舱13，经过第二电子设备舱13处理后经过脐带缆传输至水下大型运载平台的载人舱内，供操作人员进行观察与决策，此时，前视成像声纳4工作，用于探测本发明所述集成式光电探测作业装置在水下作业时前方有无障碍物，从而实现集成式光电探测作业装置的前视探测及避障。
[0024]3、集成式光电探测作业装置上浮过程中的前视探测作业:水下运载平台通过脐带缆布放回收装置布放本发明所述集成式光电探测作业装置，同时，光电探测组件仍处于水平折倒状态，由于在浮力块11的作用下，本发明所述集成式光电探测作业装置上浮，上浮过程中，使成像声纳4和第一电子设备舱8内的微光摄像机802开始工作，二者的图像信号通过传输线缆传输至第一设备电子舱13，再由脐带缆传输至水下运载平台裁人舱，供操作人员进行观察与决策，此时，即可实现集成式光电探测作业装置上浮过程中的前视探测及避障。
[0025]4、集成式光电探测作业装置上浮至水面后的水面探测作业、远距离通信作业及水下位置校准作业:本发明所述集成式光电探测作业装置上浮至水面后，前视成像声纳4停止工作，通过控制步进电机2驱动转轴I转动，从而带动所述光电探测单元转动至垂向直立状态，且光电探测舱5及卫星通信定位天线在垂向方向上均位于浮力块11的上方，转动到位后，由步进电机2锁紧转轴1，控制旋转云台6带动光电探测舱8转动，根据天气光线情况选用光电探测舱8内的一种摄像机进行光电成像探测，探测到的图像信号通过传输线缆传输到第一电子设备舱5内的所述视频信号处理设备，处理后通过传输线缆传输给第二电子设备舱13，并经处理后通过脐带缆传输至水下运载平台，由此实现水面探测作业;在所述光电探测单元处于直立状态后，控制卫星通信定位天线9、第一电子设备舱5内的卫星通信定位主机开始工作，接收并发送卫星通信及定位信号，用以实现水下运载平台在水下航行作业时与水面船只和/或岸基指挥所之间的远距离通信及水下位置的实时校准。在水下运载平台的水下位置实时校准过程中，配合使用声学换能器18，能够实现水下位置的精确校准。
[0026]除了上述水下探测、水面探测、远距离通信、水下位置校准作业，可以操作机械手15完成水下维修、装拆等多种水下作业。在完成相应的作业任务后，通过脐带缆布放回收装置可以回收本发明所述集成式光电探测作业装置，并通过控制步进电机使其回到原始状
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[0027]以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
【主权项】
1.光电探测组件，其特征在于:包括转轴(I)，转轴(I)一端与步进电机(2)的输出轴传动连接，另一端可转动地支撑在支座(3 )上;转轴(I)与光电探测单元固接，且转轴(I)轴向与所述光电探测单元的轴向垂直;所述光电探测单元包括沿其轴向依次连接的前视成像声纳(4)、第一电子设备舱(5)、旋转云台(6)、安装壳体(7)，安装壳体(7)由旋转云台(6)内部的电机带动转动，安装壳体(7)内部固设有光电探测舱(8)，光电探测舱(8)内设有彩色摄像机(801)、微光摄像机(802)、红外摄像机(803)，安装壳体(7)正对光电探测舱(8)中各摄像机的摄像头位置处设有透光窗口(701);安装壳体(7)背离旋转云台(6)的一端设有卫星通信定位天线(9);第一电子设备舱(5)内装有卫星通信定位主机、视频信号处理设备;光电探测舱(8)与所述视频信号处理设备设有图像信号的传输线缆，前视成像声纳(4)、所述视频信号处理设备均设有用于向外部控制单元输出信号的传输线缆。2.按权利要求1所述的光电探测组件，其特征在于:所述安装壳体(7)采用透声材料的乙烯基酯玻璃钢制成。3.集成式光电探测作业装置，包括安装框架(10)，安装框架(10)的顶部装有浮力块(11)，浮力块(11)一端开设有外侧开口的凹槽(111)，凹槽(111)内设有光电探测组件(12)，所述光电探测组件(12)为权利要求1至2任一权利要求所述的光电探测组件，光电探测组件(12)中的转轴(I)横向架设在凹槽(111)内，支座(3)、步进电机(2)固定支撑在安装框架(10)上;光电探测组件(12)绕转轴(I)旋转至垂向状态时，光电探测舱(8)及卫星通信定位天线(9)在垂向上均位于浮力块(I I)上方，光电探测组件(12)绕转轴(I)旋转至水平状态时，光电探测组件(12)容置在凹槽(111)内；安装框架(10)上装有推进器，安装框架(10)的内部空间装有第二电子设备舱(13)、配电箱(14)、机械手(15)、液压源(16)、多普勒测速仪(17)、声学换能器(18)、水下摄像机(19)、水下灯(20);水下摄像机(19)、水下灯(20)通过云台(21)装在安装框架(10)内，第二电子设备舱(13)内设有数据采集处理中心、导航设备，前视成像声纳(4)、所述视频信号处理设备均通过传输线缆向所述数据采集处理中心输出信号;机械手(15)由液压源(16)驱动。4.按权利要求3所述的集成式光电探测作业装置，其特征在于:所述推进器包括安装在安装框架(10)顶部的垂向槽道推进器(22)和安装在安装框架(10)内部的横向槽道推进器(23)，垂向槽道推进器(22)安装在安装框架(10)纵向长度上的中间位置，安装框架(10)纵向方向上的两侧均装有横向槽道推进器(23)。5.按权利要求3所述的集成式光电探测作业装置，其特征在于:所述机械手(15)与光电探测组件(12)安装在安装框架(10)的同一侧。
【文档编号】G01S15/02GK106093949SQ201610406397
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】葛锡云, 马伟锋, 马向能, 焦慧锋, 徐纪伟
【申请人】中国船舶重工集团公司第七○二研究所