基于轨行移动小车进行桥梁外观检测的巡检系统

摘要

本发明涉及基于轨行移动小车进行桥梁外观检测的巡检系统，所述系统包括：轨行移动小车：搭载有工业相机及其控制器，用于采集桥梁病害的图像信息并发回控制中心；运行轨道：包括箱梁两侧悬臂底部的纵向轨道和走向与箱梁底部形状相适应的横向轨道；轨行移动小车沿横向轨道横向移动，横向轨道沿纵向轨道纵向移动；控制中心：用于接收工业相机采集的图像信息，并远程控制轨行移动小车沿运行轨道移动。本发明能对桥梁的主梁和支座进行全面的智能巡检，克服人工检测的技术缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁检测设备技术领域，具体涉及一种基于轨行移动小车进行桥梁外观检测的巡检系统。

背景技术

桥梁在投入使用后会受到各种外部荷载或结构材料老化的影响，这些都会对桥梁造成损伤。桥梁损伤如果没有得到及时的检测和修复，就会形成结构病害造成相应的安全隐患，极大地威胁着过往的车辆和人民群众的生命财产安全。因此，维护桥梁的健康安全，对桥梁进行安全隐患检测对于我国交通运输业的健康发展具有重要意义。

传统的桥梁检测主要依靠人力进行，即以检测人员直接检查为主，并辅助检测车辆和量测工具来检测桥梁中的病害信息，该种方法操作起来比较灵活，但存在以下几点不足：1）效率低：人工检测速度慢，消耗时间长。2）可靠性低：人工检测带有角度的主观因素，检测数据不够准确。3）安全性低：桥梁净空较大，属于高空作业，具有一定的危险性。4）劳动力消耗大：人工检测需要花费大量劳动力，并且有时还需要限制交通量，给其他运输车辆带来不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于轨行移动小车进行桥梁外观检测的巡检系统，能对桥梁的主梁和支座进行全面的智能巡检，克服人工检测的技术缺陷。

本发明所采用的技术方案为：

基于轨行移动小车进行桥梁外观检测的巡检系统，其特征在于：

所述系统包括：

轨行移动小车：搭载有工业相机及其控制器，用于采集桥梁病害的图像信息并发回控制中心；

运行轨道：包括箱梁两侧悬臂底部的纵向轨道和走向与箱梁底部形状相适应的横向轨道；轨行移动小车沿横向轨道横向移动，横向轨道沿纵向轨道纵向移动；

控制中心：用于接收工业相机采集的图像信息，并远程控制轨行移动小车沿运行轨道移动。

所述纵向轨道固定于箱梁两侧悬臂的底部，纵向设置，横截面呈倒U形，底部具有缺口，缺口内的两侧具有向上的凸起。

横向轨道的横截面呈工字形，左右两侧为移动小车车轮的运行槽；

横向轨道两端顶部位于纵向轨道内，纵向轨道内两侧布设有轨道齿轮，轨道齿轮之间的轴上设置有滚齿传动器和驱动及控制装置，横向轨道两端顶部与纵向轨道内的滚齿传动器关联，并通过驱动及控制装置驱动；

纵向轨道上设置有导电滑环，驱动及控制装置通过导电滑环取电，驱动轨道齿轮令横向轨道沿纵向轨道纵向移动。

横向轨道的箱梁底面部分分为左右两个节段，中央通过轨道锁扣连接；

横向轨道箱梁底面部分外端与箱梁侧面部分内端通过铰接方式连接，节点处为铰接连接器，当横向轨道移动到桥墩时，轨道锁扣打开，箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动，避开桥墩。

横向轨道箱梁底面部分外端与箱梁侧面部分内端之间设置有电动推杆，沿横向轨道布设供电线及信号传输线，通过控制器控制电动推杆令箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动。

所述轨行移动小车包括车身，车身顶部设置横梁设并搭载有工业相机和控制器，车身两侧设置有连接构件，连接构件底部内侧对称设置有同步轮，两侧同步轮能沿横向轨道运行。

车身包括壳体，壳体内部设置有驱动同步轮的齿轮电机、采集轨行移动小车位置信息的定位模块、以及避撞模块。

控制中心通过控制器远程控制工业相机采集图像信息，图像信息发回控制中心。

控制中心基于定位模块发回的位置信息，控制齿轮电机运行轨行移动小车。

避撞模块采用反射式红外避障传感器探测，根据返回光强度判断实现报警距离阈值，直接开关量输出；

控制中心基于避撞模块的报警，打开轨道锁扣，横向轨道箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动，避开桥墩。

本发明具有以下优点：

1.本发明的设备能够快速检测以下内容：

（1）主梁：①混凝土构件有无开裂及裂缝是否超限，有无渗水、蜂窝、麻面、剥落、掉角、空洞、孔洞、露筋及钢筋锈蚀。②主梁跨中、支点及变截面处，悬臂端牛腿或中间铰部位，刚构的固结处和桁架的节点部位，混凝土是否开裂、缺损和出现钢筋锈蚀。③预应力钢束锚固区段混凝土有无开裂，沿预应力筋的混凝土表面有无纵向裂缝等。

（2）支座：①支座是否缺失。组件是否完整、清洁，有无断裂、错位、脱空。②活动支座是否灵活，实际位移量、转角量是否正常，固定支座的锚销是否完好。③橡胶支座是否老化、开裂，有无位置串动、脱空，有无过大的剪切变形或压缩变形，各夹层钢板之间的橡胶层外凸是否均匀。④四氟滑板支座是否脏污、老化，聚四氟乙烯板是否磨损、是否与支座脱离。⑤盆式橡胶支座的固定螺栓是否剪断，螺母是否松动，钢盆外露部分是否锈蚀，防尘罩是否完好，抗震装置是否完好。⑥组合式钢支座是否干涩、锈蚀，固定支座的锚栓是否紧固，销板或销钉是否完好。钢支座部件是否出现磨损、开裂。⑦支座封闭材料是否老化、开裂、脱落等。

2.能够在混凝土梁体的腹板和底板上发现最小宽度0.1mm裂缝，裂缝宽度测量精度达到0.05mm。

3.发现并识别如混凝土渗水、蜂窝、麻面、剥落、破损、钢筋外露、支座变形等较大目标病害的同时，可以标识出位置。

4.软件实现自动检测和测量，实现裂缝图片矢量化，形成裂缝展开图，为操控人员提供影像监控。

5.生成相关内容的检测报告。

6.图像识别搭载的轨道设备能够实现自动过墩、自动伸缩功能。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的系统流程图。

图3为移动小车的路径图。

图4为运行轨道的结构图。

图5为轨道锁扣打开状态示意图。

图6为纵向轨道断面示意图。

图7为横向轨道断面示意图。

图8为轨行移动小车结构图。

图9为横向轨道铰接位置结构图。

图中：

1-纵向轨道，2-横向轨道，3-轨道锁扣，4-导电滑环，5-轨道齿轮，6-滚齿传动器，7-驱动及控制装置，8-电动推杆，9-铰接连接轴；

11-工业相机，12-控制器，13-横梁，14-车身，15-同步轮，16-连接构件，17-齿轮电机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及基于轨行移动小车进行桥梁外观检测的巡检系统，所述系统包括：

轨行移动小车：搭载有工业相机11及其控制器12，用于采集桥梁病害的图像信息并发回控制中心；

运行轨道：包括箱梁两侧悬臂底部的纵向轨道1和走向与箱梁底部形状相适应的横向轨道2；轨行移动小车沿横向轨道2横向移动，横向轨道2沿纵向轨道1纵向移动；

控制中心：用于接收工业相机11采集的图像信息，并远程控制轨行移动小车沿运行轨道移动。

所述纵向轨道1固定于箱梁两侧悬臂的底部，纵向设置，横截面呈倒U形，底部具有缺口，缺口内的两侧具有向上的凸起。

横向轨道2的横截面呈工字形，左右两侧为移动小车车轮的运行槽；横向轨道2两端顶部位于纵向轨道1内，纵向轨道1内两侧布设有轨道齿轮5，轨道齿轮5之间的轴上设置有滚齿传动器6和驱动及控制装置7，横向轨道2两端顶部与纵向轨道1内的滚齿传动器6关联，并通过驱动及控制装置7驱动；纵向轨道1上设置有导电滑环6，驱动及控制装置7通过导电滑环6取电，驱动轨道齿轮5令横向轨道2沿纵向轨道1纵向移动。

横向轨道2的箱梁底面部分分为左右两个节段，中央通过轨道锁扣3连接；横向轨道2箱梁底面部分外端与箱梁侧面部分内端通过铰接方式连接，节点处为铰接连接器9，当横向轨道2移动到桥墩时，轨道锁扣3打开，箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动，避开桥墩。横向轨道2箱梁底面部分外端与箱梁侧面部分内端之间设置有电动推杆8，沿横向轨道2布设供电线及信号传输线，通过控制器控制电动推杆8令箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动。

所述轨行移动小车包括车身14，车身14顶部设置横梁13设并搭载有工业相机11和控制器12，车身14两侧设置有连接构件16，连接构件16底部内侧对称设置有同步轮15，两侧同步轮15能沿横向轨道2运行。车身14包括壳体，壳体内部设置有驱动同步轮15的齿轮电机、采集轨行移动小车位置信息的定位模块、以及避撞模块。

控制中心通过控制器12远程控制工业相机11采集图像信息，图像信息发回控制中心。控制中心基于定位模块发回的位置信息，控制齿轮电机运行轨行移动小车。

避撞模块采用反射式红外避障传感器探测，根据返回光强度判断实现报警距离阈值，直接开关量输出；控制中心基于避撞模块的报警，打开轨道锁扣3，横向轨道2箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动，避开桥墩。

本系统的运行过程都包括：

控制中心通过控制器12远程控制工业相机11采集图像信息，图像信息发回控制中心。

控制中心基于定位模块发回的位置信息，控制齿轮电机运行轨行移动小车。

避撞模块采用反射式红外避障传感器探测，根据返回光强度判断实现报警距离阈值，直接开关量输出；控制中心基于避撞模块的报警，打开轨道锁扣3，横向轨道2箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动，避开桥墩。

参见图1-图3，本系统包含有：

轨行移动小车：搭载有工业相机11及其控制器12，用于采集桥梁病害的图像信息并发回控制中心；控制器12可临时或永久存储图像，负责控制相机拍照；

运行轨道：包括箱梁两侧悬臂底部的纵向轨道1和走向与箱梁底部形状相适应的横向轨道2；轨行移动小车沿横向轨道2横向移动，横向轨道2沿纵向轨道1纵向移动；

控制中心：用于接收工业相机11采集的图像信息，通过软件对图像信息进行分析处理，并能远程控制轨行移动小车沿运行轨道移动。

参见图4-图7，运行轨道包括纵向轨道1和横向轨道2；纵向轨道1固定于箱梁两侧悬臂的底部，纵向设置；横向轨道2在两侧纵向轨道1之间横向设置，走向与箱梁底部形状相适应。

纵向轨道1的横截面呈倒U形，底部具有缺口，缺口内的两侧具有向上的凸起。横向轨道2的横截面呈工字形，左右两侧为移动小车车轮的运行槽；横向轨道2两端顶部位于纵向轨道1内，通过同步齿轮和同步机实现移动，同步机通过纵向轨道1内的导电滑环取电。

横向轨道2包括两侧的悬臂部份和箱梁侧面部分，以及中间的箱梁底面部分，各部分与箱梁之间的距离保持一致。

横向轨道2的箱梁底面部分分为左右两个节段，中央通过轨道锁扣3连接。横向轨道2箱梁底面部分外端与箱梁侧面部分内端通过铰接方式连接，当横向轨道2移动到桥墩时，轨道锁扣3打开，箱梁底面部分绕外端铰接节点向外转动，避开桥墩。

参见图8-图9，轨行移动小车包括车身14，车身14顶部设置有工业相机11，车身14两侧设置有连接构件16，连接构件16底部内侧对称设置有同步轮15，两侧同步轮15能沿横截面呈工字形的轨道运行，小车整体重量全部施加在同步轮15上。车身14顶部设置有横梁13，横梁3顶面设置有至少一个工业相机11。

连接构件16为倒T形结构，包括竖直部分和水平部分，竖直部分顶部内侧固定到车身14外侧，水平部分内侧设置至少一个同步轮15；两侧连接构件16内侧的同步轮15对称设置。

车身14包括壳体，壳体内部设置有齿轮电机，齿轮电机连接到同步轮15上驱动其运行，车身14的壳体内还设置有定位模块和避撞模块。定位模块为RFID定位系统，由RFID读卡器和电子标签组成。避撞模块为反射式红外避障传感器。

所述轨行移动小车还包括控制器12，位于横梁13顶部，与工业相机11电连接，用于控制工业相机11拍照。

三台工业相机11采用的最小分辨率：（200/0.05）×（200/0.05）=4000×4000=1600万像素；镜头焦距35mm。控制器12用来配合工业相机11的控制单元，可临时或永久存储图像，负责控制相机拍照。小车车身内部放置：①齿轮电机，用来提供同步轮15的驱动力；②定位模块，采用RFID定位系统由２个RFID读卡器和２个电子标签组成，读卡器选用型号为：DS－TX10，通信接口为RS232，5V供电，探测距离0~120米，尺寸50mm×50mm×20mm；电子标签型号为：DST－20，工作频段为2.4GHZ，属于有源电子标签，发射距离不小于80米，续航不小于3年，尺寸60mm×37mm×15mm；③避撞模块：采用反射式红外避障传感器探测，该方式无法返回准确的距离，但可以根据返回光强度判断实现报警距离阈值，该传感器直接开关量输出，便于集成使用，且价格低廉，可靠性高。

本发明具体运行流程步骤如下：

1）操作人员启动控制中心。

2）操作人员通过控制器远程操控工业相机，实时将画面通过网络传回到控制中心。

3）控制中心可远程微调相机位置，并调整摄像头焦距,使显示的图像达到最大清晰度。

4）轨行移动小车在横向轨道移动并拍摄，移动拍摄路径如图3所示。

5）操控轨行移动小车运动，到达下一个拍摄点；

7）控制轨道小车移动到下一个待测点，重复上述步骤，完成整个检测过程。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。