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CN115596929A - 一种可测量管道内部点修厚度的设备及方法 - Google Patents

一种可测量管道内部点修厚度的设备及方法 Download PDF

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CN115596929A CN202211408561.6A CN202211408561A CN115596929A CN 115596929 A CN115596929 A CN 115596929A CN 202211408561 A CN202211408561 A CN 202211408561A CN 115596929 A CN115596929 A CN 115596929A
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Abstract

本发明提供了一种可测量管道内部点修厚度的设备及方法，它包括用于带动整个设备在管道内部行走的行走装置；所述行走装置的顶部安装有用于能够伸缩调节的伸缩装置；所述伸缩装置的输出末端安装有旋转装置；所述旋转装置的旋转输出端安装有用于对管道内部进行测量的激光测量装置。此设备能够用于管道内部局部固化修复厚度的非开挖检测，使用微积分的思路实现无损的测量，其检测的准确高，使用方便，有效的提高了检测效率。

Description

一种可测量管道内部点修厚度的设备及方法
技术领域
本发明涉及市政工程排水管道非开挖修复领域，尤其涉及一种可测量管道内部点修厚度的设备及方法。
背景技术
排水管网修复时一般为了降低影响会优先考虑非开挖修复工艺，其中比较常用的修复工艺是局部固化修复，根据不同的管径和外部环境，设计会明确不同的厚度要求。对于大范围实施修复工程的项目，建设方很难做到全面监管，这样就可能会存在实际修复厚度低于设计要求的情况，但实际上除了检查井附近很难对局部固化厚度进行现场无损测量，对于距离检查井较远处目前只能采取开挖的测量方式，但该方法破坏范围大、恢复难度大，实际很少采用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种可测量管道内部点修厚度的设备及方法，此设备能够用于管道内部局部固化修复厚度的非开挖检测，使用微积分的思路实现无损的测量，其检测的准确高，使用方便，有效的提高了检测效率。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种可测量管道内部点修厚度的设备，它包括用于带动整个设备在管道内部行走的行走装置；
所述行走装置的顶部安装有用于能够伸缩调节的伸缩装置；
所述伸缩装置的输出末端安装有旋转装置；
所述旋转装置的旋转输出端安装有用于对管道内部进行测量的激光测量装置。
所述行走装置包括主体车架，主体车架的底部设置有车轮，主体车架的内部设置有用于驱动车轮转动并实现装置在管道内部自动行走的电机；所述主体车架尾部设置有电源线和信号传输线，电源线与外部电源连接并为整个设备提供电能，信号传输线与中枢电脑相连并用于控制行走装置的行走。
所述伸缩装置采用电动伸缩杆，由层层内套的圆柱管组成，伸缩杆节数为多节，其中最内层的为实心圆柱杆，其它的均为空心圆柱杆；主体车架尾部的电源线和信号传输线分别为伸缩装置提供电源和传输信号。
所述伸缩装置与主体车架的顶部采用两点支撑结构，其中一个支撑点采用铰接，另一个支撑点采用电动升降铰接结构，并通过中枢电脑控制电动升降铰接结构的伸缩长度来实现伸缩装置的水平调节，确保伸缩装置的轴线处于水平位置。
所述旋转装置的中部能够相对旋转，旋转角度不小于360°，旋转装置的一侧与伸缩装置的最内侧的伸缩节刚性连接，另一侧与激光测量装置刚性连接，旋转装置内置小型电机提供旋转动力，并内置具有大减速比和自锁功能的齿轮减速机；主体车架尾部的电源线和信号传输线分别为旋转装置提供电源和传输信号。
所述激光测量装置由激光器、摄像头和固定杆组成，激光器的底座、摄像头的底座均与固定杆刚性连接；激光器垂直于固定杆的轴线，具有束宽小、发散角小、能量强度高的特点并能够向垂直于固定杆轴线的方向发射束宽小、低发散角的准直光束；摄像头的镜头能够在底座上旋转，旋转面为激光器发射的激光束和固定杆轴线所组成的面，摄像头能够自动精确锁定激光束在物体上的光点，并测量镜头旋转角度的功能。
采用一种可测量管道内部点修厚度的设备进行管道内部点修厚度测量的方法，包括以下步骤：
步骤一：对待测管道的拟作业管段进行封堵、降水，必要时设置导排避免上游冒溢；并对管道内部进行冲洗，尤其是待测量位置附近，应确保表面无泥垢；
步骤二：使用带钩的长杆或辅助工具将本设备放入待测管道的管口，通过中枢电脑控制本设备前进，通过调整摄像头实时观测管道内情况；前进到摄像头接近待检测的局部固化边缘处时停止前进；
步骤三：中枢电脑控制打开激光器，激光器光束打在管道内壁上形成光点P0，摄像头在工控机的控制下锁定光点P0，工控机记录此时摄像头的转角θ0，LAC=LBD，LAB=LCD则此时光点P0距离固定杆轴线的距离LBP0=LCD×tanθ0+LBD；
其中：LAC为摄像头转轴的轴心点C到激光器（5）下部固定杆（7）轴线的距离；LAB是摄像头转轴的轴心点C在固定杆轴线的投影点A与激光器轴线在固定杆轴线的投影点B之间的距离；LBD和LCD是为了计算而设置的构造线；且在设备制造好后LAC、LAB、LBD和LCD的值就是客观唯一的固定值，通过测量获取；
步骤四：中枢电脑控制旋转装置朝固定方向旋转角度α1，且360应该为α1的整数倍，α1应为小的角度，激光器和摄像头同步旋转角度α1，激光器光束打在管道内壁上形成光点P1，摄像头在中枢电脑的控制下锁定光点P1，此时中枢电脑记录此时摄像头的转角θ1，则此时光点P1距离固定杆轴线的距离LBP1=LCD×tanθ1+LBD；
步骤五：中枢电脑控制旋转装置朝固定方向旋转角度α2，α2同样为小的角度，可设置α2=α1=α，激光器和摄像头同步旋转角度α2，激光器光束打在管道内壁上形成光点P2，摄像头在中枢电脑的控制下锁定光点P2，此时中枢电脑记录此时摄像头的转角θ2，则此时光点P2距离固定杆轴线的距离LBP2=LCD×tanθ2+LBD；
步骤六：重复步骤四和步骤五的操作，直至旋转装置完成一整圈的旋转，此时α1+α2+α3+α4+α5+……+αn=360°，并得到LBP3、LBP4、LBP5……LBPn，其中LBPn=LBP0；
考虑到α1、α2、α3、α4、α5……αn足够小，则此处管道内壁的周长C=（α1×π/180）×（LBP0+LBP1）/2+（α2×π/180）×（LBP1+LBP2）/2+（α3×π/180）×（LBP2+LBP3）/2+……+（αn-1×π/180）×（LBPn-2+LBPn-1）/2+（αn×π/180）×（LBPn-1+LBPn）/2；
当α1=α2=α3=……=αn=α时，此处管道内壁的周长为：
C=（α×π/180）（LBP0+LBP1）/2+（α×π/180）（LBP1+LBP2）/2+（α×π/180）（LBP2+LBP3）/2+……+（α×π/180）（LBPn-2+LBPn-1）/2+（α×π/180）（LBPn-1+LBPn）/2
=απLBP0/360+απLBP1/180+απLBP2/180+απLBP3/180+……+απLBPn-1/180+απLBPn/360
=απLBP1/180+απLBP2/180+απLBP3/180+……+απLBPn-1/180+απLBPn/180
=απ（LBP1+LBP2+LBP3+……+LBPn-1+LBPn）/180；
步骤七：通过中枢电脑控制伸缩装置伸长，通过调整摄像头实时观测管内情况，当摄像头接近待检测的局部固化中间位置时停止伸长；
步骤八：重复步骤三至步骤六，得到局部固化内壁的周长C1=απ（L1BP1+L1BP2+L1BP3+……+L1BPn-1+L1BPn）/180；
步骤九：通过中枢电脑计算得到：
管道半径：R=C/（2π）=α（LBP1+LBP2+LBP3+……+LBPn-1+LBPn）/360；
局部固化位置的半径：R1=C1/（2π）=α（L1BP1+L1BP2+L1BP3+……+L1BPn-1+L1BPn）/360；
则局部固化厚度为：h=R-R1。
所述α1、α2、α3、α4、α5……αn的取值都小于1°。
本发明有如下有益效果：
1、此设备能够用于管道内部局部固化修复厚度的非开挖检测，使用微积分的思路实现无损的测量，其检测的准确高，使用方便，有效的提高了检测效率。
2、通过上述的行走装置能够用于带动整个行走装置在管道内部的行走。
3、通过伸缩装置能够实现整个激光测量装置的位置调节。
4、通过上述的两点支撑结构，能够实现伸缩装置水平度的调节，进而保证后续测量的精度。
5、通过上述的旋转装置能够用于控制激光测量装置的圆周方向转动，进而便于后续的测量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的设备结构示意图。
图2为本发明的设备在管道内部使用示意图。
图3为本发明的激光测量装置测量时的示意图。
图4为本发明的激光测量装置原理图。
图5为本发明的LAC、LAB、LBD和LCD线段位置示意图。
图中：主体车架1、车轮2、伸缩装置3、旋转装置4、激光器5、摄像头6、固定杆7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-5，一种可测量管道内部点修厚度的设备，它包括用于带动整个设备在管道内部行走的行走装置；所述行走装置的顶部安装有用于能够伸缩调节的伸缩装置3；所述伸缩装置3的输出末端安装有旋转装置4；所述旋转装置4的旋转输出端安装有用于对管道内部进行测量的激光测量装置。此设备能够用于管道内部局部固化修复厚度的非开挖检测，使用微积分的思路实现无损的测量，其检测的准确高，使用方便，有效的提高了检测效率。具体测量过程中，通过行走装置带动整个设备在管道内部行走，进而将其移动到待测量的位置，在通过伸缩装置3驱动旋转装置4伸出，再通过旋转装置4带动整个激光测量装置实现360°旋转，进而实现管道内壁的激光测量。
进一步的，所述行走装置包括主体车架1，主体车架1的底部设置有车轮2，主体车架1的内部设置有用于驱动车轮2转动并实现装置在管道内部自动行走的电机；所述主体车架1尾部设置有电源线和信号传输线，电源线与外部电源连接并为整个设备提供电能，信号传输线与中枢电脑相连并用于控制行走装置的行走。通过上述的行走装置能够用于带动整个行走装置在管道内部的行走。工作过程中，通过电机驱动车轮2，通过车轮2带动整个装置在管道内部行走，而且通过中枢电脑能够实现远程自动控制。
进一步的，所述伸缩装置3采用电动伸缩杆，由层层内套的圆柱管组成，伸缩杆节数为多节，其中最内层的为实心圆柱杆，其它的均为空心圆柱杆；主体车架1尾部的电源线和信号传输线分别为伸缩装置3提供电源和传输信号。通过伸缩装置3能够实现整个激光测量装置的位置调节。工作过程中，通过电动伸缩杆的伸缩来实现激光测量装置的调节。
进一步的，所述伸缩装置3与主体车架1的顶部采用两点支撑结构，其中一个支撑点采用铰接，另一个支撑点采用电动升降铰接结构，并通过中枢电脑控制电动升降铰接结构的伸缩长度来实现伸缩装置3的水平调节，确保伸缩装置3的轴线处于水平位置。通过上述的两点支撑结构，能够实现伸缩装置3水平度的调节，进而保证后续测量的精度。
进一步的，所述旋转装置4的中部能够相对旋转，旋转角度不小于360°，旋转装置4的一侧与伸缩装置3的最内侧的伸缩节刚性连接，另一侧与激光测量装置刚性连接，旋转装置4内置小型电机提供旋转动力，并内置具有大减速比和自锁功能的齿轮减速机；主体车架1尾部的电源线和信号传输线分别为旋转装置4提供电源和传输信号。通过上述的旋转装置4能够用于控制激光测量装置的圆周方向转动，进而便于后续的测量。测量过程中，通过旋转装置4带动其另一端的固定杆7转动，进而实现激光测量装置的转动。
进一步的，所述激光测量装置由激光器5、摄像头6和固定杆7组成，激光器5的底座、摄像头6的底座均与固定杆7刚性连接；激光器5垂直于固定杆7的轴线，具有束宽小、发散角小、能量强度高的特点并能够向垂直于固定杆7轴线的方向发射束宽小、低发散角的准直光束；摄像头6的镜头能够在底座上旋转，旋转面为激光器5发射的激光束和固定杆7轴线所组成的面，摄像头6能够自动精确锁定激光束在物体上的光点，并测量镜头旋转角度的功能。通过上述的激光测量装置能够实现管道内部的激光测量过程。
实施例2：
采用一种可测量管道内部点修厚度的设备进行管道内部点修厚度测量的方法，包括以下步骤：
步骤一：对待测管道的拟作业管段进行封堵、降水，必要时设置导排避免上游冒溢；并对管道内部进行冲洗，尤其是待测量位置附近，应确保表面无泥垢；
步骤二：使用带钩的长杆或辅助工具将本设备放入待测管道的管口，通过中枢电脑控制本设备前进，通过调整摄像头实时观测管道内情况；前进到摄像头6接近待检测的局部固化边缘处时停止前进；如图2。
步骤三：中枢电脑控制打开激光器5，激光器5光束打在管道内壁上形成光点P0，摄像头6在工控机的控制下锁定光点P0，工控机记录此时摄像头的转角θ0，LAC=LBD，LAB=LCD则此时光点P0距离固定杆7轴线的距离LBP0=LCD×tanθ0+LBD；如图3。
其中：LAC为摄像头转轴的轴心点C到激光器（5）下部固定杆（7）轴线的距离；LAB是摄像头转轴的轴心点C在固定杆轴线的投影点A与激光器轴线在固定杆轴线的投影点B之间的距离；LBD和LCD是为了计算而设置的构造线；且在设备制造好后LAC、LAB、LBD和LCD的值就是客观唯一的固定值，通过测量获取；D点为摄像头转轴的轴心点C在激光器轴线上的投影点。具体线段取值参见图5。
步骤四：中枢电脑控制旋转装置4朝固定方向旋转角度α1，且360应该为α1的整数倍，α1应为小的角度，激光器5和摄像头同步旋转角度α1，激光器5光束打在管道内壁上形成光点P1，摄像头6在中枢电脑的控制下锁定光点P1，此时中枢电脑记录此时摄像头6的转角θ1，则此时光点P1距离固定杆7轴线的距离LBP1=LCD×tanθ1+LBD；如图4。
步骤五：中枢电脑控制旋转装置4朝固定方向旋转角度α2，α2同样为小的角度，可设置α2=α1=α，激光器5和摄像头同步旋转角度α2，激光器5光束打在管道内壁上形成光点P2，摄像头6在中枢电脑的控制下锁定光点P2，此时中枢电脑记录此时摄像头6的转角θ2，则此时光点P2距离固定杆7轴线的距离LBP2=LCD×tanθ2+LBD；
步骤六：重复步骤四和步骤五的操作，直至旋转装置完成一整圈的旋转，此时α1+α2+α3+α4+α5+……+αn=360°，并得到LBP3、LBP4、LBP5……LBPn，其中LBPn=LBP0；
考虑到α1、α2、α3、α4、α5……αn足够小，则此处管道内壁的周长C=（α1×π/180）×（LBP0+LBP1）/2+（α2×π/180）×（LBP1+LBP2）/2+（α3×π/180）×（LBP2+LBP3）/2+……+（αn-1×π/180）×（LBPn-2+LBPn-1）/2+（αn×π/180）×（LBPn-1+LBPn）/2；
当α1=α2=α3=……=αn=α时，此处管道内壁的周长为：
C=（α×π/180）（LBP0+LBP1）/2+（α×π/180）（LBP1+LBP2）/2+（α×π/180）（LBP2+LBP3）/2+……+（α×π/180）（LBPn-2+LBPn-1）/2+（α×π/180）（LBPn-1+LBPn）/2
=απLBP0/360+απLBP1/180+απLBP2/180+απLBP3/180+……+απLBPn-1/180+απLBPn/360
=απLBP1/180+απLBP2/180+απLBP3/180+……+απLBPn-1/180+απLBPn/180
=απ（LBP1+LBP2+LBP3+……+LBPn-1+LBPn）/180；
步骤七：通过中枢电脑控制伸缩装置3伸长，通过调整摄像头6实时观测管内情况，当摄像头6接近待检测的局部固化中间位置时停止伸长；
步骤八：重复步骤三至步骤六，得到局部固化内壁的周长C1=απ（L1BP1+L1BP2+L1BP3+……+L1BPn-1+L1BPn）/180；
步骤九：通过中枢电脑计算得到：
管道半径：R=C/（2π）=α（LBP1+LBP2+LBP3+……+LBPn-1+LBPn）/360；
局部固化位置的半径：R1=C1/（2π）=α（L1BP1+L1BP2+L1BP3+……+L1BPn-1+L1BPn）/360；
则局部固化厚度为：h=R-R1。
进一步的，α1、α2、α3、α4、α5……αn的取值都小于1°。

Claims (8)

1.一种可测量管道内部点修厚度的设备，其特征在于，它包括用于带动整个设备在管道内部行走的行走装置；
所述行走装置的顶部安装有用于能够伸缩调节的伸缩装置（3）；
所述伸缩装置（3）的输出末端安装有旋转装置（4）；
所述旋转装置（4）的旋转输出端安装有用于对管道内部进行测量的激光测量装置。
2.根据权利要求1所述一种可测量管道内部点修厚度的设备，其特征在于：所述行走装置包括主体车架（1），主体车架（1）的底部设置有车轮（2），主体车架（1）的内部设置有用于驱动车轮（2）转动并实现装置在管道内部自动行走的电机；所述主体车架（1）尾部设置有电源线和信号传输线，电源线与外部电源连接并为整个设备提供电能，信号传输线与中枢电脑相连并用于控制行走装置的行走。
3.根据权利要求1所述一种可测量管道内部点修厚度的设备，其特征在于：所述伸缩装置（3）采用电动伸缩杆，由层层内套的圆柱管组成，伸缩杆节数为多节，其中最内层的为实心圆柱杆，其它的均为空心圆柱杆；主体车架（1）尾部的电源线和信号传输线分别为伸缩装置（3）提供电源和传输信号。
4.根据权利要求3所述一种可测量管道内部点修厚度的设备，其特征在于：所述伸缩装置（3）与主体车架（1）的顶部采用两点支撑结构，其中一个支撑点采用铰接，另一个支撑点采用电动升降铰接结构，并通过中枢电脑控制电动升降铰接结构的伸缩长度来实现伸缩装置（3）的水平调节，确保伸缩装置（3）的轴线处于水平位置。
5.根据权利要求1所述一种可测量管道内部点修厚度的设备，其特征在于：所述旋转装置（4）的中部能够相对旋转，旋转角度不小于360°，旋转装置（4）的一侧与伸缩装置（3）的最内侧的伸缩节刚性连接，另一侧与激光测量装置刚性连接，旋转装置（4）内置小型电机提供旋转动力，并内置具有大减速比和自锁功能的齿轮减速机；主体车架（1）尾部的电源线和信号传输线分别为旋转装置（4）提供电源和传输信号。
6.根据权利要求1所述一种可测量管道内部点修厚度的设备，其特征在于：所述激光测量装置由激光器（5）、摄像头（6）和固定杆（7）组成，激光器（5）的底座、摄像头（6）的底座均与固定杆（7）刚性连接；激光器（5）垂直于固定杆（7）的轴线，具有束宽小、发散角小、能量强度高的特点并能够向垂直于固定杆（7）轴线的方向发射束宽小、低发散角的准直光束；摄像头（6）的镜头能够在底座上旋转，旋转面为激光器（5）发射的激光束和固定杆（7）轴线所组成的面，摄像头（6）能够自动精确锁定激光束在物体上的光点，并测量镜头旋转角度的功能。
7.采用权利要求1-6任意一项所述一种可测量管道内部点修厚度的设备进行管道内部点修厚度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对待测管道的拟作业管段进行封堵、降水，必要时设置导排避免上游冒溢；并对管道内部进行冲洗，尤其是待测量位置附近，应确保表面无泥垢；
步骤二：使用带钩的长杆或辅助工具将本设备放入待测管道的管口，通过中枢电脑控制本设备前进，通过调整摄像头实时观测管道内情况；前进到摄像头（6）接近待检测的局部固化边缘处时停止前进；
步骤三：中枢电脑控制打开激光器（5），激光器（5）光束打在管道内壁上形成光点P0，摄像头（6）在工控机的控制下锁定光点P0，工控机记录此时摄像头的转角θ0，LAC=LBD，LAB=LCD则此时光点P0距离固定杆（7）轴线的距离LBP0=LCD×tanθ0+LBD；
其中：LAC为摄像头转轴的轴心点C到激光器（5）下部固定杆（7）轴线的距离；LAB是摄像头转轴的轴心点C在固定杆轴线的投影点A与激光器轴线在固定杆轴线的投影点B之间的距离；LBD和LCD是为了计算而设置的构造线；且在设备制造好后LAC、LAB、LBD和LCD的值就是客观唯一的固定值，通过测量获取；
步骤四：中枢电脑控制旋转装置（4）朝固定方向旋转角度α1，且360应该为α1的整数倍，α1应为小的角度，激光器（5）和摄像头同步旋转角度α1，激光器（5）光束打在管道内壁上形成光点P1，摄像头（6）在中枢电脑的控制下锁定光点P1，此时中枢电脑记录此时摄像头（6）的转角θ1，则此时光点P1距离固定杆（7）轴线的距离LBP1=LCD×tanθ1+LBD；
步骤五：中枢电脑控制旋转装置（4）朝固定方向旋转角度α2，α2同样为小的角度，可设置α2=α1=α，激光器（5）和摄像头同步旋转角度α2，激光器（5）光束打在管道内壁上形成光点P2，摄像头（6）在中枢电脑的控制下锁定光点P2，此时中枢电脑记录此时摄像头（6）的转角θ2，则此时光点P2距离固定杆（7）轴线的距离LBP2=LCD×tanθ2+LBD；
步骤六：重复步骤四和步骤五的操作，直至旋转装置完成一整圈的旋转，此时α1+α2+α3+α4+α5+……+αn=360°，并得到LBP3、LBP4、LBP5……LBPn，其中LBPn=LBP0；
考虑到α1、α2、α3、α4、α5……αn足够小，则此处管道内壁的周长C=（α1×π/180）×（LBP0+LBP1）/2+（α2×π/180）×（LBP1+LBP2）/2+（α3×π/180）×（LBP2+LBP3）/2+……+（αn-1×π/180）×（LBPn-2+LBPn-1）/2+（αn×π/180）×（LBPn-1+LBPn）/2；
当α1=α2=α3=……=αn=α时，此处管道内壁的周长为：
C=（α×π/180）（LBP0+LBP1）/2+（α×π/180）（LBP1+LBP2）/2+（α×π/180）（LBP2+LBP3）/2+……+（α×π/180）（LBPn-2+LBPn-1）/2+（α×π/180）（LBPn-1+LBPn）/2
=απLBP0/360+απLBP1/180+απLBP2/180+απLBP3/180+……+απLBPn-1/180+απLBPn/360
=απLBP1/180+απLBP2/180+απLBP3/180+……+απLBPn-1/180+απLBPn/180
=απ（LBP1+LBP2+LBP3+……+LBPn-1+LBPn）/180；
步骤七：通过中枢电脑控制伸缩装置（3）伸长，通过调整摄像头（6）实时观测管内情况，当摄像头（6）接近待检测的局部固化中间位置时停止伸长；
步骤八：重复步骤三至步骤六，得到局部固化内壁的周长C1=απ（L1BP1+L1BP2+L1BP3+……+L1BPn-1+L1BPn）/180；
步骤九：通过中枢电脑计算得到：
管道半径：R=C/（2π）=α（LBP1+LBP2+LBP3+……+LBPn-1+LBPn）/360；
局部固化位置的半径：R1=C1/（2π）=α（L1BP1+L1BP2+L1BP3+……+L1BPn-1+L1BPn）/360；
则局部固化厚度为：h=R-R1。
8.根据权利要求7所述一种可测量管道内部点修厚度的设备进行管道内部点修厚度测量的方法，其特征在于，所述α1、α2、α3、α4、α5……αn的取值都小于1°。
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