一种新型电驱动的缆索检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种钢丝缆绳的检测装置，尤其涉及桥梁钢丝缆绳的爬行检测系统。

背景技术：

拉索桥梁因此美观漂亮备受世界各国的青睐，其中缆索是斜拉桥的主要承力部分，其造价约占全桥造价的25％～30％，由于钢丝缆绳的工作环境风吹日晒环境恶劣，钢丝缆绳的钢丝束容易生锈，造成腐蚀直至断裂，而且桥梁的随机振动也会引发钢丝束之间的摩擦甚至疲劳断裂。因此钢丝缆绳的定期检查和维护对桥梁的安全就显得尤为重要。但是我国大型斜拉桥缆索数目较大，高度较高，若人工检测既费时又不安全，因此为了降低缆索的检测维修费用，实现钢丝缆绳的及时定期检测，利用钢丝缆绳的爬行装置成为缆索检测的有效方法。

钢丝缆绳机器人可以在斜拉桥承重缆索、高压供电电缆等高空缆索类物体上爬行，代替人工自动完成缺陷检测、清洗、涂装等作业任务，与人工作业方式相比，不但极大地降低了成本，而且也最大限度地保证了作业安全。而且钢丝缆绳检测装置需要检测的内容除了钢丝束内部的缺陷、断裂等缺陷外，还需要检测缆索表面形貌，包括生锈斑点、防锈涂层的剥落情况等。关于钢丝缆绳检测方面目前也有一些研究成果，但或多或少存在一些不足，比如申请号为201510553087.X的发明专利中发明了一种缆索检测机器人，其利用半封闭可调式外框架和伸缩式弹簧装置来适应不同直径的缆索检测，大大提高了该装置的适应能力，但是不够智能化，装置也比较复杂。申请号为20111028506 1.3的发明专利发明了一种桥梁缆索爬行检测装置，该装置采用环抱式机械结构，由两个可开合半圆体组成，有三组带驱动电机的驱动轮，均安置在圆环外壳内部，采用弹簧力压紧在缆索表面。该监测装置结构合理，但是不能实现自我调节，对于在检测过程中缆索存在的挠度以及摇摆震动等影响因素，该装置难以自我调节，智能化程度较低。

总而言之，现有的斜拉桥缆索检测机器人普遍存在结构复杂，运行不够稳定的缺陷，并且容易引发安全事故。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型电驱动的缆索检测装置及检测方法。利用本发明的检测装置和检测方法，过各种传感数据的比较以及智能化程序的判断和控制，精准调节滚轮与缆索之间的压紧力，及时避免滚轮打滑，使检测装置和缆索之间的摩擦力达到最优，结构简单，工作可靠，体积小。该检测装置爬行的速度也可调节。

为达到上述目的，一种新型电驱动的缆索检测装置，包括圆形固定架、连接板、缆索夹紧传感爬行装置、缆索检测系统和控制系统；所述的圆形固定架设置有两个，在两个圆形固定架之间固定连接板；

圆形固定架上圆周均布有三个以上的缆索夹紧传感爬行装置；所述的缆索夹紧传感爬行装置包括连接件、步进电机、调节连杆、连接座、连杆、连接杆、避震器和压力传感器、连接架、滚轮、速度传感器、行走电机和减速器；所述的连接件固定在圆形固定架上，所述的步进电机固定在圆形固定架上，调节连杆穿过连接件与步进电机的输出轴连接，连接座通过螺纹连接在调节连杆远离步进电机的一端；在连接件上枢接有两个相对于调节连杆对称的连接杆，在连接杆与连接座之间铰接有连杆；在连接杆和连接架之间连接有避震器和压力传感器；在连接架上设有滚轮；在至少一个缆索夹紧传感爬行装置中的其中一连接支架上固定有减速器，在减速器上固定有行走电机，行走电机通过减速器驱动对应的滚轮旋转；在未安装行走电机的滚轮内孔中安装有速度传感器；

缆索检测系统安装在连接板上；

控制系统与缆索夹紧传感爬行装置和缆索检测系统通讯。

利用上述新型电驱动的缆索检测装置对缆索进行检测的方法包括如下步骤：

（1）让缆索穿过圆形固定架；

（2）将控制系统初始化；

（3）启动步进电机，步进电机带动调节连杆旋转，调节连杆在螺纹的作用下带动连接座直线运动，在连杆的作用下连接杆摆动，让滚轮压紧到缆索上；

（4）通过压力传感器检测滚轮作用到缆索的压紧力，如果压紧力过大，步进电机正转，如果压紧力过小，步进电机反转，让滚轮作用到缆索上的压紧力在预设定的压紧力范围值内；

（5）调节好压紧力后，启动行走电机，行走电机通过减速器带动滚轮旋转；

（6）通过压力传感器和速度传感器检测滚轮对缆索的压紧力和滚轮的转速，比较滚轮的压紧力，如压紧力相同，将检测到的转速与行走电机的转速进行比较，如行走电机与从动滚轮的转速不同且不为零，则判断滚轮的转速是否相同，如转速相同，行走电机正转，检测装置正常工作，如转速不同，则步进电机反转，调节压紧力；如滚轮的压紧力不同，则判断滚轮转速是否为零，如滚轮转速为零，则行走电机反转，让检测装置返回，如滚轮转速不为零，则返回步骤（4）；

（7）缆索检测系统工作并将数据存储到控制系统中；

（8）新型电驱动的缆索检测装置结束工作。

上述检测装置和检测方法的有益效果是：

通过压力传感器检测滚轮对缆索的压紧力，利用检测到的压紧力数据与预设定的压紧力进行比较，控制滚轮对缆索的压紧力在预设定的压紧力范围内。检测装置在爬升过程中，通过压力传感器和速度传感器检测压紧力和滚轮的速度，进而判断是继续爬升并进行数据采集还是返回前续的程序对压紧力等进行调整。

因此，通过各种传感数据的比较以及智能化程序的判断和控制，精准调节滚轮与缆索之间的压紧力，及时避免滚轮打滑，使检测装置和缆索之间的摩擦力达到最优，结构简单，工作可靠，体积小。该检测装置爬行的速度也可调节。避震器能够将桥梁等产生的传递到缆索的震动有效吸收，以免震动对步进电机、行走电机和减速器以及各种传感器和缆索检测系统产生破坏或者影响精度。

附图说明

图1为新型电驱动的缆索检测装置结构示意图。

图2为新型电驱动的缆索检测装置的正面结构示意图。

图3为缆索夹紧传感爬行装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点能清楚地凸显说明，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本实施例仅为使本发明的优点和可行性方案能够被本领域的广大技术人员理解，而非对本发明及其应用或用途的限制，根据本发明得出的其它实施方式，也同样属于本发明的技术创新范围。

如图1至图3所示，本实施例提供了一种新型电驱动的缆索检测装置，包括圆形固定架4、连接板40、缆索夹紧传感爬行装置、缆索检测系统和控制系统。

所述的圆形固定架4设置有两个，在轴向方向上下设置。在两个圆形固定架4之间通过螺钉固定连接板40，在本实施例中，连接板40在圆形固定架的圆周上均布。

圆形固定架4上圆周均布有三个以上的缆索夹紧传感爬行装置。所述的缆索夹紧传感爬行装置包括连接件10、步进电机5、调节连杆7、连接座70、连杆9、连接杆90、避震器和压力传感器8、连接架80、滚轮2、速度传感器3、行走电机12和减速器。

连接件10呈四方形，连接件10通过螺钉固定在圆形固定架4上。所述的步进电机5固定在圆形固定架4上，调节连杆7穿过连接件10与步进电机5的输出轴连接。连接座70通过螺纹连接在调节连杆7远离步进电机5的一端；在连接件10上枢接有两个相对于调节连杆对称的连接杆90，在连接杆90与连接座70之间铰接有连杆9；在连接杆90和连接架80之间连接有避震器和压力传感器8，在本实施例中，避震器和压力传感器8包括避震器和压力传感器。在连接架80上通过轴设有滚轮2，在至少一个缆索夹紧传感爬行装置中的其中一连接支架上固定有减速器，在减速器上固定有行走电机12，行走电机12通过减速器驱动对应的滚轮旋转；在未安装行走电机的滚轮内孔中安装有速度传感器3。

滚轮2包括滚轮本体和设在滚轮本体圆周外的橡胶层，采用橡胶层，以增加摩擦力，从而提高爬升的可靠性，滚轮的圆周中部外内凹的弧面，让滚轮与缆索能进行更好的配合，滚轮本体使用铝合金材料，以减轻自重。在本发明中，同一缆索夹紧传感爬行装置的两个滚轮上下布置。

缆索检测系统包括无损探伤装置和工业摄像装置。所述的无损探伤装置包括第一支座60、第一支承座61和无损探伤仪器6；第一支座60呈L形，第一支座60固定在连接板40的外侧，第一支承座61上设有第一腰型槽62，在连接板上设有第一通孔，第一支承座61穿过第一通孔，在第一支座60上安装有第一螺栓，第一螺栓穿过第一腰型槽62，在第一螺栓上设有压紧第一支承座的第一螺母，无损探伤仪器6固定在第一支承座61的内端。如松开第一螺母，在第一支承座61可相对于第一支座60径向移动，从而达到调节无损探伤仪器位置的目的，以适用于不同粗细的缆索1。

所述的工业摄像机装置包括第二支座110、第二支承座111和工业摄像机11；第二支座110呈L形，第二支座110固定在连接板外侧，在连接板上设有第二通孔，第二支承座111穿过第二通孔，第二支承座111上设有第二腰型槽112，在第二支座110上安装有第二螺栓，第二螺栓穿过第二腰型槽112，在第二螺栓上设有压紧第二支承座的第二螺母，工业摄像机11固定在第二支承座111的内端。如松开第二螺母，在第二支承座111可相对于第二支座110径向移动，从而达到调节工业摄像机11位置的目的，以适用于不同粗细的缆索1。

控制系统与缆索夹紧传感爬行装置和缆索检测系统通讯。

在本实施例中，缆索夹紧传感爬行装置、缆索检测系统采用圆形布置，相关的装置均匀的布置以保持重心平衡。

在本实施例中，通过步进电机5驱动调节连杆7可实现滚轮与钢丝缆索之间的摩擦力调整，步进电机5的正反转以及旋转的幅度大小受控于避震器和压力传感器8和速度传感器3传来的数据的综合比较。避震器能够将桥梁等产生的传递到钢丝缆索的震动有效吸收，以免震动对步进电机5、行走电机12和减速器以及各种传感器和检测系统产生破坏或者影响精度。将图3所示的缆索夹紧传感爬行装置圆周均匀地分布在钢丝缆索1的周围，通过控制系统使3个调节夹紧力的步进电机5同步运行，比保证钢丝缆索处于整个检测机构的中心位置。同时为了保证该检测机构有足够大的承载能力和平衡能力。由于整体检测装置大部分采用的是轻量化的铝合金材料，所以该检测装置并没有增加多少重量，检测装置也依旧灵活，而且承载能力和平衡能力都得到了大大的增强。

实际上不同的工作场合钢丝缆索有着不同的倾斜程度，如果倾斜程度小可选用1个行走电机和减速器，如果倾斜程度大可选用2个或者3个行走电机和减速器，再通过控制系统实现同步工作。

随着电子技术和计算机技术的迅速发展，单片机、ARM 、PLC 等等的主要控制器也广泛应用于航天航空、工业控制方面，其中单片机由于其低成本、高度网络化、抗干扰性强、可靠性高等优点显著高于其他控制器，因而在工业过程控制上得到应用，本控制系统采用的就是单片机作为控制中心。行走电机采用伺服电机，内置编码器，实行闭环控制，其运行的速度与同一缆索夹紧传感爬行装置的另一个滚轮上的速度传感器进行比较，若速度相同，说明检测装置正常运行；若两个的速度不同，可能会存在几种情况，一是若两者的速度都不为零，说明有滚轮在打滑，表明夹紧力不够，控制系统会发出命令到对应的步进电机上，通过步进电机对夹紧力进行校正；若从动的滚轮速度为零，说明有滚轮在打滑，表明夹紧力不够，控制系统会发出命令到对应的步进电机上，通过步进电机对夹紧力进行校正，若两滚轮的速度都为零，而且夹紧力越来越大，表明该检测装置遇到了障碍，此时控制系统会发出命令到对应的步进电机上，通过步进电机降低夹紧力，对于小型的障碍该检测装置会轻松通过，对于大型障碍或者走到了钢丝缆索的顶端，此时缆索夹紧传感爬行装置虽然进行了降低夹紧力的动作，但检测到的压力依然还是很大，表明该检测装置不能再前进了，控制系统向行走电机发出反转命令，该检测装置就会返回原点。

具体的检测方法为：

（1）让缆索穿过圆形固定架4。

（2）将控制系统初始化。

（3）启动步进电机5，步进电机5带动调节连杆7旋转，调节连杆7在螺纹的作用下带动连接座70直线运动，在连杆9的作用下连接杆90摆动，让滚轮2压紧到缆索1上。

（4）通过压力传感器检测滚轮作用到缆索的压紧力，压紧力即为夹紧力，如果压紧力过大，步进电机5正转，如果压紧力过小，步进电机5反转，让滚轮2作用到缆索1上的压紧力在预设定的压紧力范围值内。在本发明中，预设定的压紧力是指在控制系统中设定的压紧力。

（5）调节好压紧力后，启动行走电机12，行走电机12通过减速器带动滚轮旋转。

（6）通过压力传感器和速度传感器3检测滚轮对缆索的压紧力和滚轮的转速，比较滚轮的压紧力，如压紧力相同，将检测到的转速与行走电机的转速进行比较，如行走电机与从动滚轮的转速不同且不为零，则判断滚轮的转速是否相同，如转速相同，行走电机正转，检测装置正常工作，如转速不同，则步进电机反转，调节压紧力；如滚轮的压紧力不同，则判断滚轮转速是否为零，如滚轮转速为零，则行走电机反转，让检测装置返回，如滚轮转速不为零，则返回步骤（4）。

（7）缆索检测系统工作并将数据存储到控制系统中。

（8）新型电驱动的缆索检测装置结束工作。

本发明专利中检测装置搭载2个高清工业摄像机11，布置在钢丝缆索的两侧，以便能够对钢丝缆索进行全面检测。而且工业摄像机具有自动对焦、自动背光补偿功能，通过系统的行走速度反馈和行走的时间就可知道该图像所处的位置，因此该图像中带有距离的刻度，以方便后续的数据处理。

该检测装置搭载了无损探伤装置6对缆索内部钢丝进行检测，对钢丝锈蚀、短丝等病害均能有效判断。目前市面上缆索内部检测有较多仪器设备，在此不作原理描述。另外无损探伤装置6和工业摄像机都可以自由调节高度，以便得到最佳的检测效果。

本发明专利采用单片机程序对检测装置进行控制、实时监控及数据处理，通过各种传感器反馈回来的数据进行实时判断，及时发送指令驱动检测装置运行。

通过压力传感器检测滚轮对缆索的压紧力，利用检测到的压紧力数据与预设定的压紧力进行比较，控制滚轮对缆索的压紧力在预设定的压紧力范围内。检测装置在爬升过程中，通过压力传感器和速度传感器检测压紧力和滚轮的速度，进而判断是继续爬升并进行数据采集还是返回前续的程序对压紧力等进行调整。

因此，通过各种传感数据的比较以及智能化程序的判断和控制，精准调节滚轮与缆索之间的压紧力，及时避免滚轮打滑，使检测装置和缆索之间的摩擦力达到最优，结构简单，工作可靠，体积小。该检测装置爬行的速度也可调节。避震器能够将桥梁等产生的传递到缆索的震动有效吸收，以免震动对步进电机、行走电机和减速器以及各种传感器和缆索检测系统产生破坏或者影响精度。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。