一种输电线路基坑成孔自动检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种输电线路基坑成孔自动检测装置，所述装置包括坑上控制设备、坑中测量设备和计算机；所述计算机与所述坑上控制设备相连；所述坑上控制设备通过支架固定在基坑口中部；所述坑中测量设备位于所述基坑内中心线上，与所述坑上控制设备通过钢丝相连；所述坑上控制设备在计算机的控制下通过直流减速电机带动所述坑中测量设备上下移动。本检测装置体积小、重量轻，能够对基坑的施工尺寸快速准确自动测量，保障了人员安全；可以方便用于复杂地理条件下的基坑尺寸测量。
【专利说明】一种输电线路基坑成孔自动检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测装置，具体讲涉及一种输电线路基坑成孔自动检测装置。
【背景技术】
[0002] 固定铁塔的输电线路基坑须铁塔相一致，因此基坑尺寸是基坑施工工程中需要严 格控制。
[0003] 目前测量基坑的方式一般有两种：自动检测装置和人工测量两种方式。现有的基 坑自动检测装置体积庞大、重量过重等，需要专门的车辆运送到施工现场，导致很多场所无 法使用；而人工测量方式需要测量人员携带米尺、梯子等工具下到基坑内部测量，不仅测量 精度无法保证，而且给测量人员的安全带来很多隐患；
[0004] 随着激光测距技术的不断发展，近年来出现了采用激光测距仪实现基坑测量的方 法，申请号为201110191173. 2的专利申请中披露了采用激光测距的方案来测量基坑尺寸； 但该技术方案尚存在以下不足：
[0005] 1难于解决测量设备的吊装问题。基坑通常为地面上十几米深的孔，孔径较小。这 就决定了对坑的向下测量过程中测量设备不可能采用刚性的连接杆或其他部件，只能采用 柔性连接部件例如：绳索、铰链等。而柔性连接部件会在向下运动的过程中出现摆动，例如 水平方向的摆动和由于测量设备上电机水平转动而带来的圆周运动。
[0006] 2难于解决测量设备的自动化测量问题。基坑尺寸的测量通常要分成几个到十几 个断面来完成。不仅需要水平测量和垂直测量，同样还需要测量设备在坚直方向移动。如 果采用人工的方式，一方面效率低，另一方面当基坑的深度比较深时，人无法看到基坑内部 情况，导致各个断面间的距离控制不准。
[0007] 3没有解决测量设备的定位问题。对基坑尺寸的测量首先要解决测量设备中心定 位的问题，要求测量设备必须在基坑的设计中心进行尺寸测量，测量数据才有意义，如果偏 离设计中心测量，测量数据没有意义。
[0008] 4没有实现对基坑垂直度的测量，基坑的作用是固定输电线路塔身，其尺寸的确定 必须经过分析计算，基坑垂直度是测量基坑倾斜度的重要指标，是保证输电线路塔身正确 埋设的重要因素，基坑发生倾斜会导致塔基受力不均匀，从而影响上方塔身，为塔身安全带 来隐患。
[0009] 因此，需要提供一种非接触式的自动检测装置，它既能满足体积小、重量轻、携带 方便的特点，又能实现对基坑的施工尺寸以及垂直度的快速准确自动测量。
【发明内容】
[0010] 为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种输电线路基坑成孔自动 检测装置。
[0011] 本发明提供的技术方案是：一种输电线路基坑成孔自动检测装置，所述装置包括 坑上控制设备、坑中测量设备和计算机；其改进之处在于：所述计算机与所述坑上控制设 备相连；所述坑上控制设备通过支架固定在基坑口中部；所述坑中测量设备位于所述基坑 内中心线上，与所述坑上控制设备通过钢丝相连；所述坑上控制设备在计算机的控制下通 过直流减速电机带动所述坑中测量设备上下移动。
[0012] 优选的，所述坑上控制设备包括基座、以及安装在所述基座同侧的第一电池、第一 控制器、第一无线收发器、电机驱动器、直流减速电机、转轴和定滑轮；
[0013] 所述第一控制器包括第一 ARM微处理器和第一 DC-DC转换器；
[0014] 所述第一 DC-DC转换器包括与所述第一电池连接的输入、以及分别与所述第一 ARM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机和所述第一无线收发器连接的输出；
[0015] 所述第一 ARM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机依次连接，所述直流 减速电机的另一端通过联轴器与所述转轴相连；所述第一 ARM微处理器与所述第一无线收 发器双向连接。
[0016] 进一步，所述转轴通过轴承座固定在所述基座中部，所述轴承座包括一体成型的 底座和中空固定件，所述固定件的内腔面呈与所述转轴相适应的圆柱面；所述底座通过螺 栓固定在所述基座上，所述转轴穿过所述固定件，与所述固定件同轴安装。
[0017] 进一步，所述轴承座位于所述转轴轴线方向的两侧；所述轴承座之间的所述转轴 上同轴固定有两个圆形护板；所述两个圆形护板之间的所述转轴上缠绕有钢丝。
[0018] 进一步，所述定滑轮包括分布在所述转轴两侧的三个定滑轮，所述三个定滑轮分 别位于等边三角形A的三个顶点处，并通过紧固件固定在所述基座上。
[0019] 进一步，坑中测量设备包括固定支架、以及安装在所述固定支架上的第二电池、第 二控制器、第二无线收发器、垂直激光测距仪、二维激光测距仪、步进电机驱动器和步进电 机；
[0020] 所述第二控制器包括第二ARM微处理器和第二DC-DC转换器；
[0021] 所述第二DC-DC转换器包括与所述第二电池相连的输入、以及分别与所述第二 ARM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器相连的输出；
[0022] 所述第二ARM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机以及所述二维激光 测距仪依次连接；
[0023] 所述第二ARM微处理器分别与所述垂直激光测距仪、所述二维激光测距仪、以及 所述第二无线收发器双向连接。
[0024] 进一步，所述固定支架包括同轴心设置的水平顶板和底板、以及圆周等分布在所 述顶板和底板之间的坚直支撑杆；
[0025] 所述二维激光测距仪坚直方向同轴安装在所述坚直支撑杆之间的所述水平底板 和底板之间，并通过连接轴与所述底板转动连接；
[0026] 所述底板底部垂直设置有分别用于固定所述第二电池、所述第二控制器、所述步 进电机驱动器、所述步进电机、以及所述垂直激光测距仪的侧板；
[0027] 所述无线收发器通过螺纹孔固定在所述底板底部；
[0028] 所述步进电机通过所述连接轴与所述二维激光测距仪固定连接，用于控制所述二 维激光测距仪水平转动。
[0029] 进一步，所述顶板顶部固定有三个动滑轮；所述三个动滑轮分别位于等边三角形 B的三个顶点处；所述等边三角形B的中心、等边三角形A的中心、以及基坑口的中心坚直 方向位于同一直线上。
[0030] 进一步，所述等边三角形A的边长大于所述等边三角形B的边长，所述等边三角形 A的三个顶点处的定滑轮分别为第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮；所述等边三角形B 的三个顶点处的定滑轮分别为动滑轮A、动滑轮B和动滑轮C ;
[0031] 所述第一定滑轮、所述第二定滑轮和所述第三定滑轮在所述顶板上的投影分别与 所述动滑轮A、所述动滑轮B和所述动滑轮C一一对应；钢丝的一端固定于所述动滑轮A上， 其另一端依次绕过所述第一定滑轮、所述第二定滑轮、所述动滑轮B、所述动滑轮C、所述第 三定滑轮后缠绕在转轴上，并与所述转轴固定。
[0032] 进一步，所述第一 DC-DC转换器将所述第一电池的输出电压分别转换为所述第一 RAM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机、以及所述第一无线收发器的工作电压 后分别给所述第一 RAM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机、以及所述第一无线 收发器供电；
[0033] 所述第一 ARM微处理器通过串口与计算机相连，所述第一 ARM微处理器接收所述 计算机发出的电机转速控制信息，控制所述电机驱动器驱动所述直流减速电机工作，使所 述直流减速电机通过联轴器带动所述转轴转动，并带动钢丝在转轴上缠绕或释放；
[0034] 所述第一 ARM微处理器接收所述计算机发出的测量控制信息，并通过所述第一无 线收发器向所述井下测量设备发送测量控制信号，控制所述井下测量设备测量基坑数据。
[0035] 进一步，所述第二DC-DC转换器将所述第二电池的输出电压分别转换为所述第二 RAM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器的工作电压后分 别给所述第二RAM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器 供电；
[0036] 所述第二无线收发器在所述第二ARM微处理器的控制下接收所述井上控制设备 发出的测量控制信号，并将所述测量控制信号输出给所述第二ARM微处理器；
[0037] 所述第二ARM微处理器根据接收到的所述测量控制信号控制所述垂直激光测距 仪测量和所述二维激光测距仪分别测量所述坑中测量设备与基坑底的坚直距离和所述坑 中测量设备与基坑内壁的水平距离，并将测量到的坚直距离和水平距离分别回传给所述第 二ARM微处理器；
[0038] 所述第二ARM微处理器将接收到的所述坚直距离和所述水平距离通过所述第二 无线收发器发送给所述坑上控制设备。
[0039] 进一步，所述坑上控制设备通过第一无线收发器接收所述水平距离和所述坚直距 离，并将所述水平距离和所述坚直距离通过第一 ARM微处理器传输给计算机；所述计算机 根据所述水平距离和所述坚直距离计算所述基坑垂直度。
[0040] 进一步，所述计算机采用如下方式计算基坑垂直度：
[0041] 1)以所述坑中测量设备的中心点为坐标原点，以水平面上经过原点且相互垂直的 两个轴为X轴和Y轴，以坚直方向经过原点的轴为Z轴建立空间坐标系；
[0042] 2)通过步进电机带动所述二维激光测距仪在水平方向360度内旋转，并实时采集 所述二维激光测距仪旋转不同角度时，测量到的坑中测量设备到基坑水平面的距离；
[0043] 3)通过所述二维激光测距仪测量到的数据确定基坑水平断面的圆心坐标Xtl和 Yo ；
[0044] 4)采集垂直激光测距仪测量到的所述坑中测量设备到基坑底部的坚直距离；
[0045] 5)通过直流减速电机带动所述坑中测量设备坚直方向移动到下一个位置；
[0046] 6)重复步骤3)和步骤4)得到下一个位置处的基坑水平断面的圆心坐标X1和Y 1, 以及相邻两个断面的坚直高度差Ztl ;
[0047] 7)采用公式（1)计算相邻两个断面的垂直度在X轴方向的分量Vxtl，采用公式（2) 计算相邻两个断面的垂直度在Y轴方向的分量V ytl:
[0048] Vx0 = (X1-X0VZ0 ;Vy〇 = (Y1-Y0VZ0 ; (1)；
[0049] 8)采用公式（3)计算基坑垂直度V在X轴方向的分量Vx，采用公式（4)计算基坑 垂直度V在Y轴方向的分量V y，采用公式（5)计算基坑垂直度V :
【权利要求】
1. 一种输电线路基坑成孔自动检测装置，所述装置包括坑上控制设备、坑中测量设备 和计算机；其特征在于：所述计算机与所述坑上控制设备相连；所述坑上控制设备通过支 架固定在基坑口中部；所述坑中测量设备位于所述基坑内中心线上，与所述坑上控制设备 通过钢丝相连；所述坑上控制设备在计算机的控制下通过直流减速电机带动所述坑中测量 设备上下移动。
2. 如权利要求1所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述坑上控制设备包括基座、以及安装在所述基座同侧的第一电池、第一控制器、第一 无线收发器、电机驱动器、直流减速电机、转轴和定滑轮； 所述第一控制器包括第一 ARM微处理器和第一 DC-DC转换器； 所述第一 DC-DC转换器包括与所述第一电池连接的输入、以及分别与所述第一 ARM微 处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机和所述第一无线收发器连接的输出； 所述第一 ARM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机依次连接，所述直流减速 电机的另一端通过联轴器与所述转轴相连；所述第一 ARM微处理器与所述第一无线收发器 双向连接。
3. 如权利要求2所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述转轴通过轴承座固定在所述基座中部，所述轴承座包括一体成型的底座和中空固 定件，所述固定件的内腔面呈与所述转轴相适应的圆柱面；所述底座通过螺栓固定在所述 基座上，所述转轴穿过所述固定件，与所述固定件同轴安装。
4. 如权利要求3所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述轴承座位于所述转轴轴线方向的两侧；所述轴承座之间的所述转轴上同轴固定有 两个圆形护板；所述两个圆形护板之间的所述转轴上缠绕有钢丝。
5. 如权利要求4所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 定滑轮包括分布在所述转轴两侧的三个定滑轮，所述三个定滑轮分别位于等边三角形 A的三个顶点处，并通过紧固件固定在所述基座上。
6. 如权利要求5所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 坑中测量设备包括固定支架、以及安装在所述固定支架上的第二电池、第二控制器、第 二无线收发器、垂直激光测距仪、二维激光测距仪、步进电机驱动器和步进电机； 所述第二控制器包括第二ARM微处理器和第二DC-DC转换器； 所述第二DC-DC转换器包括与所述第二电池相连的输入、以及分别与所述第二ARM微 处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器相连的输出； 所述第二ARM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机以及所述二维激光测距 仪依次连接； 所述第二ARM微处理器分别与所述垂直激光测距仪、所述二维激光测距仪、以及所述 第二无线收发器双向连接。
7. 如权利要求6所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述固定支架包括同轴心设置的水平顶板和底板、以及圆周等分布在所述顶板和底板 之间的坚直支撑杆； 所述二维激光测距仪坚直方向同轴安装在所述坚直支撑杆之间的所述水平底板和底 板之间，并通过连接轴与所述底板转动连接； 所述底板底部垂直设置有分别用于固定所述第二电池、所述第二控制器、所述步进电 机驱动器、所述步进电机、以及所述垂直激光测距仪的侧板； 所述无线收发器通过螺纹孔固定在所述底板底部； 所述步进电机通过所述连接轴与所述二维激光测距仪固定连接，用于控制所述二维激 光测距仪水平转动。
8. 如权利要求7所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述顶板顶部固定有三个动滑轮；所述三个动滑轮分别位于等边三角形B的三个顶点 处；所述等边三角形B的中心、等边三角形A的中心、以及基坑口的中心坚直方向位于同一 直线上。
9. 如权利要求8所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述等边三角形A的边长大于所述等边三角形B的边长，所述等边三角形A的三个顶 点处的定滑轮分别为第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮；所述等边三角形B的三个顶 点处的定滑轮分别为动滑轮A、动滑轮B和动滑轮C ; 所述第一定滑轮、所述第二定滑轮和所述第三定滑轮在所述顶板上的投影分别与所述 动滑轮A、所述动滑轮B和所述动滑轮C 一一对应；钢丝的一端固定于所述动滑轮A上，其 另一端依次绕过所述第一定滑轮、所述第二定滑轮、所述动滑轮B、所述动滑轮C和所述第 三定滑轮后缠绕在转轴上，并与所述转轴固定。
10. 如权利要求2所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述第一 DC-DC转换器将所述第一电池的输出电压分别转换为所述第一 RAM微处理 器、所述电机驱动器、所述直流减速电机、以及所述第一无线收发器的工作电压后分别给所 述第一 RAM微处理器、所述电机驱动器、所述直流减速电机、以及所述第一无线收发器供 电； 所述第一 ARM微处理器通过串口与计算机相连，所述第一 ARM微处理器接收所述计算 机发出的电机转速控制信息，控制所述电机驱动器驱动所述直流减速电机工作，使所述直 流减速电机通过联轴器带动所述转轴转动，并带动钢丝在转轴上缠绕或释放； 所述第一 ARM微处理器接收所述计算机发出的测量控制信息，并通过所述第一无线收 发器向所述井下测量设备发送测量控制信号，控制所述井下测量设备测量基坑数据。
11. 如权利要求6所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述第二DC-DC转换器将所述第二电池的输出电压分别转换为所述第二RAM微处理 器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器的工作电压后分别给所述 第二RAM微处理器、所述步进电机驱动器、所述步进电机和所述第二无线收发器供电； 所述第二无线收发器在所述第二ARM微处理器的控制下接收所述井上控制设备发出 的测量控制信号，并将所述测量控制信号输出给所述第二ARM微处理器； 所述第二ARM微处理器根据接收到的所述测量控制信号控制所述垂直激光测距仪测 量和所述二维激光测距仪分别测量所述坑中测量设备与基坑底的坚直距离和所述坑中测 量设备与基坑内壁的水平距离，并将测量到的坚直距离和水平距离分别回传给所述第二 ARM微处理器； 所述第二ARM微处理器将接收到的所述坚直距离和所述水平距离通过所述第二无线 收发器发送给所述坑上控制设备。
12. 如权利要求11所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述坑上控制设备通过第一无线收发器接收所述水平距离和所述坚直距离，并将所述 水平距离和所述坚直距离通过第一 ARM微处理器传输给计算机；所述计算机根据所述水平 距离和所述坚直距离计算所述基坑垂直度。
13. 如权利要求12所述的一种输电线路基坑成孔自动检测装置，其特征在于： 所述计算机采用如下方式计算基坑垂直度： 1) 以所述坑中测量设备的中心点为坐标原点，以水平面上经过原点且相互垂直的两个 轴为X轴和Y轴，以坚直方向经过原点的轴为Z轴建立空间坐标系； 2) 通过步进电机带动所述二维激光测距仪在水平方向360度内旋转，并实时采集所述 二维激光测距仪旋转不同角度时，测量到的坑中测量设备到基坑水平面的距离； 3) 通过所述二维激光测距仪测量到的数据确定基坑水平断面的圆心坐标Xtl和Ytl ; 4) 采集垂直激光测距仪测量到的所述坑中测量设备到基坑底部的坚直距离； 5) 通过直流减速电机带动所述坑中测量设备坚直方向移动到下一个位置； 6) 重复步骤3)和步骤4)得到下一个位置处的基坑水平断面的圆心坐标X1和Y1，以及 相邻两个断面的坚直高度差Z tl ; 7) 采用公式（1)计算相邻两个断面的垂直度在X轴方向的分量Vxtl，采用公式（2)计算 相邻两个断面的垂直度在Y轴方向的分量V ytl : Vx0 = (X1-X0VZ0 ;Vy0 = (Y1-Y0VZ0 ; (1); 8) 采用公式（3)计算基坑垂直度V在X轴方向的分量Vx，采用公式（4)计算基坑垂直 度V在Y轴方向的分量V y，采用公式（5)计算基坑垂直度V : Vx = Vx0+Vxl+-+Vxi (3)； Vy = Vy0+Vyl+-+Vyi (4)； y= +κ2 (5); 其中Vxi为第i+1个基坑断面与第i个基坑断面之间的垂直度在X轴方向的分量；Vyi 为第i+Ι个基坑断面与第i个基坑断面之间的垂直度在Y轴方向的分量。
【文档编号】E02D33/00GK104372809SQ201410743584
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】汤广瑞, 江明, 夏拥军, 郑家松, 刘学文 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网福建省电力有限公司, 北京亚飞安智科技有限公司