一种输电线路无人高空X射线无损探伤系统及无损探伤方法与流程

一种输电线路无人高空x射线无损探伤系统及无损探伤方法
技术领域
1.本发明涉及电力输电线路维修设备技术领域，具体为一种输电线路无人高空x射线无损探伤系统及无损探伤方法。


背景技术：

2.电力输电线路长期在户外复杂恶劣的自然环境中运行，其中大量关键受力部件需要定期或不定期检测，比如传统的输电线路耐张线夹无损检测，是一种目前只能在线路停电状态下的有人登塔高空作业。这种作业模式的主要缺点如下：（1）需要拥有登高资质和射线检测资质的作业人员登塔作业，目前登塔人员在登塔过程中通常是没有防坠落的保护措施的，即作业过程有一定的安全风险。
3.（2）登塔作业的工作效率低下，且输电线路的可停电时间极为有限，很难满足实际需要。


技术实现要素：

4.本发明提供一种输电线路无人高空x射线无损探伤系统及无损探伤方法，以解决现有的无损检测存在安全风险及工作效率低下的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种输电线路无人高空x射线无损探伤系统，包括：夹线器，所述夹线器能定点定位地固定在待检测导线上，所述夹线器设有供静力绳穿过的通孔；绳索电动升降机，所述绳索电动升降机能沿着静力绳爬升和下降；射线源，所述射线源用于发射x射线，通过卡合机构设在所述绳索电动升降机壳体的左侧壁；探测板，所述探测板用于将x射线能量转换成可供记录的电信号，挂在所述绳索电动升降机壳体的右侧壁；机械臂，所述机械臂用于抓取射线源和探测板，固定在所述绳索电动升降机壳体前侧壁上；电池，所述电池用于向整套设备提供电能，通过平衡机构设在所述绳索电动升降机壳体的后侧壁上；定向器，所述定向器包括连杆和定向部，所述定向部用于卡合待检测导线，设在所述连杆的顶端，所述连杆的下端固定在所述绳索电动升降机壳体的顶壁上。
6.3d相机，所述3d相机用于实时采集被检测部位周围三维空间信息和机械臂的姿态和位置，固定在绳索升降机的顶部其中，所述夹线器包括左夹线支撑架、右夹线支撑架和用于夹持待检测导线的夹块模组，所述左夹线支撑架和所述右夹线支撑架通过转轴转动连接，所述转轴外套有复位弹簧，所述通孔贯穿所述左夹线支撑架和所述右夹线支撑架；所述夹块模组位于左夹线支
撑架和右夹线支撑架向下的单边或上下对称的双边。
7.其中，所述卡合机构包括射线源防护箱、支撑夹和弹性定位夹，所述射线源防护箱固定在所述绳索电动升降机壳体的左侧壁上，所述支撑夹设在所述射线源放射槽的一侧，所述弹性定位夹为两个，对称设在所述射线源防护箱左右两侧的侧壁上；所述弹性定位夹的支撑点超过所述射线源前端圆柱的半径以上。
8.其中，所述射线源顶部设有射线源挂绳环和射线源末端执行器。
9.其中，所述探测板包括探测板机架、挂钩、探测固定架和探测器板，所述挂钩和探测固定架分别设在所述探测板机架的两侧，所述挂钩位于所述探测板机架的顶部，所述探测固定架位于所述探测板机架的底部，所述探测器板固定在所述探测固定架的框架内，所述探测板底部固定有探测器末端执行器和探测板挂绳环；所述绳索电动升降机壳体的顶部设有与探测固定架配合使用的固定柱。
10.其中，所述机械臂的末端设有机械臂末端执行器，靠近所述机械臂末端的位置还设有机械臂末端摄像机。
11.其中，所述平衡机构包括螺杆支架、电机、螺杆和连接板，所述螺杆支架固定在所述绳索电动升降机壳体的后侧壁上，所述电机的输出轴与所述螺杆连接，所述电机固定在所述螺杆支架的一端，所述螺杆与所述螺杆支架的另一端转动连接，所述螺杆上套有滑动块，所述滑动块与所述连接板固定连接，所述电池固定在所述连接板上；所述绳索电动升降机设有角度传感器。
12.其中，所述定向部为y型定向部，由张开角大于90度的纳入部和竖直槽构成，或者所述定向部为波浪型定向部，为由多个下凹弧线组成的多弧形槽面，弧线半径不小于待检测导线的半径。
13.其中，所述绳索电动升降机壳体的顶部设有3d相机，所述绳索电动升降机机壳上和所述探测器板的被照射面设有黑色的色标标识。
14.一种采用上述的输电线路无人高空x射线无损探伤系统的无损探伤方法，包括下述步骤：（1）将绳索穿过夹线器，利用无人机或其它提升设备将绳索跨越待检测导线，在夹线器尾端合适位置设置绳扣，将跨越检测导线的绳索穿过绳扣；未跨越检测导线的绳索称为副绳，跨越检测导线的绳索称为主绳；（2）拉动主绳将夹线器拉上待检测导线，并夹持某一根导线；（3）将主绳插入穿过绳索电动升降机，拉紧副绳，启动绳索电动升降机，使绳索电动升降机沿着主线向上爬升脱离地面，此时夹线器由于受绳索电动升降机的重力作用而夹紧导线，固定在待检测导线上；（4）将射线源卡合到绳索电动升降机壳体的左侧壁上，将控测器板通过探测固定架和固定柱固定在所述绳索电动升降机壳的右侧壁上；（5）连接远程控制终端，用远程控制终端发送指令，并利用3d相机监控空中设备状态；（6）再次启动绳索电动升降机，电动升降沿着主绳向上爬升，直至定向器接触导线触发停止上升条件并结合视频信息最终发出停止上升指令，升降机停止上升；此时升降机将整个设备悬停在此位置；
（7）3d相机通过无线控制器向远程控制终端发送采集3d数据，远程控制终端进行计算后生成实时三维模型，并计算出各部分的相对位置坐标；（8）远程控制终端向机械臂发出抓取探测板指令，机械臂按照远程控制终端发送的指令及路径到达指定的坐标进行连接，并将探测板挂接在指定的导线上后松开探测器末端执行器，返回到初始位置；（9）远程控制终端向机械臂发出抓取射线源指令，机械臂按照远程控制终端发送的指令及路径到达指定的坐标进行连接，连接后将射线源发射头对准检测位置，进行检测，并将数据发送到地面控制站。
15.（10）地面控制站接收到无损检测数据后，发送指令将射线源收纳到射线源防护箱内，机械臂返回初始位置；（11）远程控制终端向机械臂发出取下探测板指令，机械臂按照远程控制终端发送的指令及路径到达指定的坐标进行连接，并将探测板从导线上取下后放置到指定位置进行固定后机械臂返回到初始位置；（12）此时已完成一个检测点的检测过程，若检测多个设备点，将重复8-12项步骤；（13）远程控制终端向绳索电动升降机发出下降指令，绳索电动升降机下降到地面合适位置，取下探测板和射线源；（14）升降机下降到地面取出主绳，夹线器不受力后松开导线，拉副绳将绳扣拉至地面，并取出夹线器；收纳所有检测设备部件，检测工作完成。
16.有益效果本发明提供了一种输电线路无人高空x射线无损探伤系统及无损探伤方法，具备以下有益效果：1.本发明使用绳索电动升降机作为运载工具，将x射线检测设备从地面提升到导线上。如果绳索是绝缘绳也可把检测设备从地面带入高压电场中开展作业，替代原来使用人力将设备从地面提升到耐张线夹；本发明的中夹线器可实现检测设备的定点定位，确保检测设备工作期间不会沿着导线方向移动或滑动；本发明的定向器确保检测设备不会在水平方向或和垂直于导线方向顺时针或逆时针旋转，定向器有双y型模式（对单导线）和双波浪型（可以适应多导线，该模式还可以实现检测设备在垂直于导线面上的左右摇摆限制）两种；2.本发明将x射线探测器作为一个单独部件挂在需要检测部件的目标位置上，而x射线发射器也是一个独立部件设计，由机械臂将x射线发射器托举到相对于探测板上的相对的预设位置；通过机械臂上的图像系统自动识别探测器板及其在探测板上预设的标记，机械臂自动高精度地将x射线发射器托举到相对于探测板上的相对的预设位置，以保证探测成果的质量；根据自动引导识别系统精度的需要，在探测板、x射线机及机械臂的本体上预设若干标记以实现快速高精度定位；射线源和探测板作为两个独立部件的主要目的有两个：一个是最大限度减少机械臂所需要的荷载能力（仅需要取射线机、探测板重者之重量）；另一个是提高检测设备进入检测位置的方便性。
17.3.本发明在探测板和机械臂上预设标记，据此极大提高影像测量精度，绝对精度达到3毫米，满足使用要求，即使用廉价的相机和标记及其测量计算软件的解算达到设备空间位置和姿态的定位功能。
18.4.采用本发明对输电线路高空x射线无损检测时，不需要人工登塔作业，作业人员工作效率高，且避免高空登塔过程可能出现的安全风险。其中波浪形定向器除具备入槽定位容易外，还具有保证检测设备相对于导线不产生垂直于导线的左右摇摆的功能。
19.5、高空和地面的信息传输和控制信号传输均采用无线传输模式。
附图说明
20.图1为本发明无损探伤系统的结构示意图（单导线模式）；图2为本发明无损探伤系统另一视角的结构示意图（单导线模式）；图3为本发明无损探伤系统的结构示意图（单导线模式，工作状态）；图4为本发明无损探伤系统的结构示意图（多导线模式，工作状态）；图5为本发明中夹线器的结构示意图；图6为本发明中卡合结构的结构示意图；图7为本发明中卡合结构另一视角的结构示意图；图8为本发明中探测板的结构示意图；图9本发明中y型定向器的结构示意图；图10本发明中波浪型定向器的结构示意图。
21.图中，1.夹线器，1-1.通孔，1-2.左夹线支撑架，1-3.右夹线支撑架，1-4.夹块模组，1-5.转轴，1-6.复位弹簧，2.主绳，3.副绳，4.射线源，5.射线源防护箱，6.支撑夹，7.弹性定位夹，8.卡槽，9.射线源挂绳环，10.射线源末端执行器，11.探测板，11-1.探测板机架，11-2.挂钩，11-3.探测固定架，11-4.探测器板，11-5.探测器末端执行器，11-6.探测板挂绳环，11-7.探测器固定板，12.固定柱，13.机械臂，14.机械臂末端执行器，15.机械臂末端摄像机，16.电池，17.螺杆支架，18.电机，19.连接板，20.魔术绑带，21.连杆，22.y型定向部，22-1.纳入部，22-2.竖直槽，23.波浪型定向部，23-1.槽面，24.3d相机，25.色标标识，26.待检测线夹，27.绳索电动升降机。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1-图10，本实施例提供一种输电线路无人高空x射线无损探伤系统，包括：夹线器1、绳索电动升降机27、射线源4、探测板11、机械臂13，电池16和定向器。
24.夹线器1能定点定位地固定在待检测导线26上，夹线器1设有供静力绳穿过的通孔1-1；夹线器1解决了检测设备挂接点位置因受外力导致位置发生偏移而出现检测位置不能固定的问题，同时还能保护导线在作业过程中不会受到损坏；夹线器1包括左夹线支撑架1-2、右夹线支撑架1-3和用于夹持待检测导线26的夹块模组1-4，左夹线支撑架1-2和右夹线支撑架1-3通过转轴1-5转动连接，转轴1-5外套有复位弹簧1-6，通孔2贯穿所述左夹线支撑架1-2和所述右夹线支撑架1-3；夹块模组1-4位于左夹线支撑架1-2和右夹线支撑架1-3向下的单边或上下对称的双边。向下夹紧时受力，当不受力时由于扭簧的作用将夹线器左右
两侧打开，使夹线器由夹持状态变为松弛状态；设置为中空结构方便穿绳，另外左右两部分的夹角小于180度，便于上、下线；夹线器夹口是模组设计，可根据不同导线的直径进行替换，增加夹线器的实用性。其中，静力绳连接绳索电动升降机27的为主绳2，连接到主绳2扣的绳索为副绳3；主绳2既可以是普通静力绳也可以是绝缘绳，作用是用于绳索电动升降机27爬升。副绳3与2同为普通静力绳或为绝缘绳，作用是用于将主绳2从被检测物体上解除锁紧，使主绳2和夹线器从待检测导线26上脱离。
25.本发明所采用夹线器1为本技术人申请的中国专利（cn114566908a）限定的一种电力线路导线夹线器，在此不再赘述。
26.绳索电动升降机27能沿着静力绳爬升和下降；为现有的可沿绳索爬升和下降的绳索电动升降机27。
27.射线源4用于发射x射线，通过卡合机构设在绳索电动升降机27壳体的左侧壁；卡合机构包括射线源防护箱5、支撑夹6、弹性定位夹7和卡槽8，射线源防护箱5利用卡槽8和螺栓固定在绳索电动升降机27壳体的左侧壁上，支撑夹6设在所述射线源防护箱5的底部与射线源4前端圆柱部分相配合，支撑夹6作用是对射线源4起到支撑和平衡的作用。弹性定位夹7为两个，对称设在射线源防护箱5左右两侧的侧壁上；弹性定位夹7具有一定的弹性和压力，弹性定位夹7的支撑点超过射线源4前端圆柱的半径以上。利用弹性压力对射线源4进行固定，对于弹性压力的大小，取决于射线源4的质量和机械臂13的额定负载。射线源4顶部固定有射线源挂绳环9和射线源末端执行器10，射线源挂绳环9与升降机机架挂点之间有一挂绳，此挂绳有一定长度并具有一定的弹性，防止设备从防护箱内掉落，射线源末端执行器10与射线源4螺栓固定连接，与机械臂末端执行器14配合使用，作用是将射线源4取出或放回射线源防护箱。
28.探测板11用于将x射线能量转换成可供记录的电信号数字信息，将这些电信号数字信息经无线控制器传输到地面控制站，地面控制站经过图像重建算法重建出探测板11上的二维图形，再经过x射线成像系统专用软件进行处理就得到了检测物内部清晰的结构图像。探测板11挂在绳索电动升降机27壳体的右侧壁；探测板11包括探测板机架11-1、挂钩11-2、探测固定架11-3和探测器板11-4，挂钩11-2和探测固定架11-3分别设在探测板机架11-1的两侧，挂钩11-2位于探测板机架11-1的顶部，探测固定架11-3位于探测板机架11-1的底部，探测器板11-4固定在探测固定架11-3的框架内，探测板11底部固定有探测器末端执行器11-5和探测板挂绳环11-6；绳索电动升降机27壳体的顶部设有与探测固定架11-3配合使用的固定柱12。挂钩11-2的作用是将探测板11挂接在被检测物体上，挂钩11-2（利用螺栓固定在探测板机架11-1上；探测板机架11-1与探测固定架11-3为一体化结构；探测器末端执行器11-5是利用螺栓固定在探测板机架11-1上；探测器板11-4利用探测固定架11-3及正反面探测器固定板11-7，将探测器板11-4固定在探测固定架11-3框架内，探测器固定板11-7在对应探测板11电池部位留有开口，便于电池更换。
29.探测板挂绳环11-6为 吊环螺钉，与升降机机架挂点之间有一挂绳，此挂绳有一定长度并具有一定的弹性，防止探测板11从挂点由于大风或其它原因掉落，另外由于挂绳的弹性作用，使设备具有一定的向下拉力，可以使探测板11更好的挂接在检测设备上，挂接更牢，接触更紧密，有效提高了检测质量。
30.机械臂13用于抓取射线源4和探测板11，固定在绳索电动升降机27壳体前侧壁上；
机械臂13的末端设有机械臂末端执行器14，机械臂13末端执行器利用螺栓固定在机械臂13末端关节上，靠近所述机械臂13末端的位置还设有机械臂末端摄像机15。
31.电池16用于向整套设备提供电能，采用高性能锂电池，通过平衡机构设在绳索电动升降机27壳体的后侧壁上；平衡机构包括螺杆支架17、电机18、螺杆（图中未示出）和连接板19，螺杆支架17固定在绳索电动升降机27壳体的后侧壁上电机18的输出轴与所述螺杆连接，电机18固定在螺杆支架17的一端，螺杆与螺杆支架17的另一端转动连接，螺杆上套有滑动块（图中未示出），滑动块与连接板19固定连接，电池16固定在连接板19上，并由连接板19上连接的魔术绑带20进行固定，拆装方便，固定牢固；绳索电动升降机27设有角度传感器（图中未示出）27，当角度超过设定数值时，就会给平衡器调节电机18发送指令，电机18转动带动安装在螺杆上的供电电池16进行横向移动，来达到调节整体平衡的作用。此平衡机构只在固定单导线时有效。
32.在绳索电动升降机27前后部各安装一个定向器，定向器包括连杆21和定向部，定向部用于卡合待检测线夹26的定位导线，设在连杆21的顶端，连杆21的下端固定在绳索电动升降机27壳体的顶壁上。定向器的作用为两个，一个是防止设备在空中发生水平方向的旋转或侧翻（垂直于导线方向的相对运动），另一个是设定设备与导线之间的距离；其中，定向器为y型定向器22，适用于单导线，由张开角大于90度的纳入部22-1和竖直槽22-2构成，便于导线进入在根部，竖直槽22-2与导线直径相适应，限定导线在槽内的左右移动。
33.或者定向器为波浪型定向器23，为由多个下凹弧线组成多弧形的槽面23-1，弧线半径不小于待检测线夹26的导线的半径。其作用及特点是导线容易入槽且在绳索拉紧后不会发生水平移动，在分裂导线场景中，该定向器还有一个作用是可以同时将下部两根导线同时导入该定向器，实现定向器即设备与导线间的相对位置关系稳定，基本不会发生垂直于导向方向的相对运动。
34.机械臂末端执行器14用螺栓固定在机械臂13末端关节上，与探测器末端执行器11-5及射线源末端执行器10配合使用。射线源末端执行器10与机械臂末端执行器14配合使用，从射线源防护箱5内抓起（或放下）射线源4；探测器末端执行器11-5与机械臂末端执行器14配合使用，作用是利用这两个末端执行器将探测板抓起挂接（或取下）在被检测物体上。
35.其中，绳索电动升降机27壳体的顶部设有3d相机24，充分观察操作场景的状态；机械臂末端摄像机15采用双目相机，是具有三维功能的专用摄像机，主要作用为近景观察机械臂末端执行器14的工作状态，提供操作场景实时三维数据，经远程操作终端解算后重新构造实时三维模型，为机械臂13动作提供重要的基础数据，并对操作场景进行实时监测。
36.绳索电动升降机27机壳上和探测板11的被照射面设有黑色的色标标识25。形状为正方形，粘贴或固定在绳索电动升降机27机架外壳上和探测器面板的被照射面，作用是为摄像机及机械臂末端执行器14上的摄像机提供坐标及方向，摄像机利用这些标记通过计算机按照特定的算法计算出机械臂末端执行器14和目标位的相对位置关系，然后地面控制站发送目标位的相对位置坐标及路线给机械臂13，机械臂13按照给定的路线到达指定的目标位执行指定的操作。
37.无线路由器，作用是建立空中（x射线检测系统和探测器板）和远程操作终端之间
的链接，传输指令和数据。
38.本发明将x射线探测器作为一个单独部件挂在需要检测部件的目标位置上，而x射线发射器也是一个独立部件设计，由机械臂13将射线源4托举到相对于探测板面板正上方（相对于探测板11）的预设空间位置（距离和角度）。
39.采用上述的输电线路无人高空x射线无损探伤系统的无损探伤方法，包括下述步骤：（1）将绳索穿过夹线器1，利用无人机或其它提升设备将绳索跨越待检测导线26，在夹线器尾端合适位置设置绳扣，将跨越检测导线的绳索穿过绳扣；未跨越检测导线的绳索称为副绳3，跨越检测导线的绳索称为主绳2；（2）拉动主绳2将夹线器拉上待检测导线26，并夹持其中一根导线；（3）将主绳2插入穿过绳索电动升降机27，拉紧副绳3，启动绳索电动升降机27，使绳索电动升降机27沿着主线向上爬升脱离地面，此时夹线器1由于受绳索电动升降机的重力作用而夹紧导线，固定在待检测导线26上；（4）将射线源4卡合到绳索电动升降机27壳体的左侧壁上，将探测器板11通过探测固定架11-3和固定柱12固定在所述绳索电动升降机27壳的右侧壁上；（5）连接远程控制终端，用远程控制终端发送指令，并利用3d相机24监控空中设备状态；（6）再次启动绳索电动升降机27，电动升降沿着主绳2向上爬升，直至定向器接触导线并结合视频信息最终发出停止上升指令，升降机停止上升；此时升降机将整个设备悬停在此位置；（7）3d相机24通过无线控制器向远程控制终端发送采集3d数据，远程控制终端进行计算后生成实时三维模型，并计算出各部分的相对位置坐标；（8）远程控制终端向机械臂13发出抓取探测板11指令，机械臂13按照远程控制终端发送的指令及路径到达指定的坐标进行连接，并将探测板11挂接在指定的导线上后松开探测器末端执行器11-5，返回到初始位置；（9）远程控制终端向机械臂13发出抓取射线源4指令，机械臂13按照远程控制终端发送的指令及路径到达指定的坐标进行连接，连接后将射线源4发射头对准探测板11至预设的检测位置，发射x射线进行检测工作，并将检测结果数据发送到地面控制站。
40.（10）地面控制站接收到数据后，发送指令将射线源4放回射线源防护箱5内，机械臂13返回初始位置；（11）远程控制终端向机械臂13发出取下探测板11指令，机械臂13按照远程控制终端发送的指令及路径到达指定的坐标进行连接，并将探测板11从导线上取下后放置到指定位置进行固定后机械臂13返回到初始位置；（12）此时一个检测点的检测过程结束，若要检测多个设备点，将重复8-12项步骤；（13）远程控制终端向绳索电动升降机27发出下降指令，绳索电动升降机27下降到地面合适位置，取下探测器板11和射线源4；（14）绳索电动升降机下降到地面取出主绳2，夹线器不受力后松开导线，拉副绳3将绳扣拉至地面，并取出夹线器1；收纳所有检测部件，检测工作完成。
41.尽管已经示出和描述了本发明的实例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理
解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。