一种螺栓防松预警监测装置的制作方法

本实用新型涉及螺栓松动检测领域，尤其是涉及一种螺栓防松预警监测装置。

背景技术：

工程中受变幅拉力作用的高强螺栓出现松动问题屡见不鲜。例如，大型风力发电塔的高强螺栓每隔3-6个月就需一次抽样率为100％的人工检测。

高强螺栓的松动会造成该螺栓与周边的螺栓的应力幅的增大，形成疲劳寿命大幅缩短的恶性循环，最终酿成重大工程事故。同时，螺栓的松动还会反复挤压法兰的开缝处，从而破坏防腐涂层引起法兰锈蚀，对结构产生损害，所以高强螺栓松动的动态监测已经成为工程界的一个重要问题。

目前工程界基于图像处理技术的高强螺栓监测的方法，中国专利CN201110030989公开了一种核主泵使用的螺栓松动监测装置及其监测方法，该方法在法兰螺栓的侧面，沿环形设置多台摄像机，从侧面拍摄每个螺栓的转动情况。由于是较远距离进行拍摄，故该方法的支架安装复杂、成像对补光要求高，同时对成像设备的布设场地环境也有较高的稳定性与无遮挡要求，应用成本高，难以大范围应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种螺栓防松预警监测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种螺栓防松预警监测装置，该装置包括贴设在待检测螺栓带有螺纹一端端面上且带有摄影测量标志的贴纸以及用以检测贴纸信息、位移和转角的摄影通信组件，所述的摄影通信组件包括相互连接的上机壳和下机壳，所述的下机壳扣设在待检测螺栓上，其上设有与贴纸正对设置的微距镜头和补光灯，所述的上机壳设有处理芯片、信号天线和无线通信模块，所述的处理芯片分别与信号天线、无线通信模块、微距镜头和补光灯连接。

所述的信号天线设置在上机壳的顶部，所述的上机壳顶部还设有开关按钮和电源接口。

所述的下机壳内开设有相互连通的螺母空腔和检测空腔，所述的螺母空腔外径与待检测螺栓的螺母外径相同，所述的微距镜头和补光灯均设置在检测空腔顶部。

所述的下机壳外缘设有用以卡合的快拆杆。

所述的上机壳和下机壳均为工程塑料或铝合金壳体。

所述的摄影测量标志为同心环式扇形一维码标志，包括设置在中心处的同心圆定位标志点以及围绕设置在定位标志点周围的扇形一维码的编码元。

所述的定位标志点由多个黑白相间同心圆组成，所述的扇形一维码的编码元由四种不同夹角的扇形图斑排列组合形成，每个扇形图斑均由三个宽图斑和三个窄图斑组成，分别为窄黑色、窄白色、宽黑色和宽白色。

每个扇形一维码的编码元包含的索引信息通过不同编码倍率下宽窄图斑的分布以及黑白颜色的配置决定，所述的编码倍率为宽图斑与窄图斑的夹角比值。

所述的索引信息对应编码字典中存储该标志点的ID信息，所述的编码字典的信息包括数字、字母以及特殊符号，所述的数字与字母用以生成编码信息，所述的特殊符号为编码元左上方第四象限位置的空白区域，用于编码的起止和检校信息的标识。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、安装简便：上下机壳通过快拆杆固定在螺母上，内部布线仅需一条电源线。

二、牢固可靠：下机壳通过快拆杆固定在螺母上，不会在风机螺栓的振动下脱落或松动。

三、稳定性高：拍摄、补光都在下机壳内，无需考虑现场复杂的采光因素对成像的影响。

四、准确性高：通过拍照对比摄影测量标志点的转动角度，直接得到螺母的松动角度，并且每个编码标识信息对应每个测点的ID信息。

五、时效性高：本实用新型能够较为密集地、大范围地布置测点，并高频地采集数据，因此对螺栓松动的预防，远比人工定期抽查更为准确与及时。

六、经济性高：相比人工频繁地登塔检查螺栓松动，本监测装置具有较高的经济性，极大的减少了昂贵的人力投入。

附图说明

图1为安装于螺栓的装置整体正剖面图。

图2为图1中B-B侧的剖面图。

图3为图1中A-A侧的剖面图。

图4为摄影测量编码标识图。

图5为用于构成摄影测量编码标识的扇形编码元。

图中标记说明：

1、螺栓头，2、螺栓，3、螺母，4、螺母垫片，5、上法兰板，6、下法兰板，7、下机壳，8、上机壳，9、信号天线，10、电源接口，11、开关按钮，12、微距镜头，13、补光灯，14、摄影测量标志点贴纸，15、快拆杆，16、多个扇形编码元构成的一维码，17为同心圆定位标志点，18、宽图斑，19、窄图斑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

本实用新型提供一种螺栓防松预警监测装置。在螺母的上方扣设一个终端，并在终端中嵌入整套的补光、成像、无线通信传输、图像数据处理器和供电系统。

本装置嵌固在螺母上，通过拍摄布设在螺杆顶面的摄影测量标志点，来辨识螺母相对于螺栓之间的转动角度，并将传输角度的检测结果传输回监控基站，从而实现远程监控螺栓的松动转角，进一步计算得到结构的实时安全状态。

在装置安装时螺栓头1与螺栓2为一体成型的螺栓，螺母3压在螺母垫片4上，同时螺母3拧入螺栓2并根据施工需求紧固至指定受力标准；上法兰板5与下法兰板6为需要通过螺栓进行连结的结构件，通过螺母垫片4与螺母3组成的体系压紧。下机壳7与上机壳8材质为工程塑料或铝合金，在使用时需先将下机壳7通过快拆杆15扣于螺母3上，然后通过上机壳8上附带的螺纹接口，将下机壳7与上机壳8进行组合固定。摄影测量标志点贴纸14贴在螺栓2的顶部。微距镜头12与补光灯13镶嵌在8内，通过补光灯13对下机壳7和上机壳8构成的内部腔室进行补光，然后通过微距镜头12对贴于螺栓2顶端的摄影测量标志点贴纸14进行成像。

在装置使用时，首先通过预设在上机壳8顶部的电源接口10，插接入直流电源，然后通过开关按钮11启动装置。此时微距镜头12会对摄影测量标志点贴纸14进行第一次成像，然后通过上壳体8内内置的处理芯片进行编码标识的解码处理，获取摄影测量标志点贴纸14的初始位移和旋转角度，作为初始安装的位移和角度值。在使用过程中，微距镜头12会根据指定的周期对14进行不断成像，并解算摄影测量标志点贴纸14的实时位移和旋转角度，并通过与初始安装的位移与角度值进行对比，测量摄影测量标志点贴纸14所代表的螺栓2与螺母3之间的位移与转角变化。

在测量到的位移与转角大于给定的警戒阈值时，即认为当前的螺栓已处于松动状态，此时将通过信号天线9发送螺栓的松动警告及具体的松动角度，信号天线9安装于上机壳8的顶部与预留的母口相连接。

每个螺栓上所贴的测量摄影测量标志点贴纸14均具有代表该螺栓的唯一的编码标识，能表示螺栓的ID信息。同时测量摄影测量标志点贴纸14上的图案提供用于位移和旋转测量的标识；在通过微距镜头12获得测量摄影测量标志点贴纸14的编码图像后，首先通过预处理，从输入的编码标志图像中获得仅含有边缘信息的二值图像。然后根据仅含有边缘信息的二值图像采用最小二乘的椭圆拟合平差算法获取编码标志的中心点，并以中心点的像素坐标作为当前螺栓的位移值。然后以中心点为中心，采用给定半径的弧形搜索方法，用给定的半径进行360度的黑白灰度值搜索，将扇形编码元组成的的编码标志转换为一维条形码的编码后，根据编码字典各个编码元对应的夹角比及黑白像素值进行遍历匹配，获取完整的编码信息值，完成相应的解码。在完成解码后，可采用改进的傅里叶-梅林变换算法对两幅图像上编码元的定位标志点上发生的旋转与平移量进行解算。或者通过二维直线的霍夫变换对扇形图斑的直线边缘进行提取，然后使用最小二乘对多条直线边缘所代表的旋转角度进行解算。