一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，所述裝置包括坑上控制設備、坑中測量設備和計算機；所述計算機與所述坑上控制設備相連；所述坑上控制設備通過支架固定在基坑口中部；所述坑中測量設備位于所述基坑內(nèi)中心線上，與所述坑上控制設備通過鋼絲相連；所述坑上控制設備在計算機的控制下通過直流減速電機帶動所述坑中測量設備上下移動。本檢測裝置體積小、重量輕，能夠?qū)拥氖┕こ叽缈焖贉蚀_自動測量，保障了人員安全；可以方便用于復雜地理條件下的基坑尺寸測量。
【專利說明】一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測裝置，具體講涉及一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 固定鐵塔的輸電線路基坑須鐵塔相一致，因此基坑尺寸是基坑施工工程中需要嚴 格控制。
[0003] 目前測量基坑的方式一般有兩種：自動檢測裝置和人工測量兩種方式?，F(xiàn)有的基 坑自動檢測裝置體積龐大、重量過重等，需要專門的車輛運送到施工現(xiàn)場，導致很多場所無 法使用；而人工測量方式需要測量人員攜帶米尺、梯子等工具下到基坑內(nèi)部測量，不僅測量 精度無法保證，而且給測量人員的安全帶來很多隱患；
[0004] 隨著激光測距技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了采用激光測距儀實現(xiàn)基坑測量的方 法，申請?zhí)枮?01110191173. 2的專利申請中披露了采用激光測距的方案來測量基坑尺寸； 但該技術(shù)方案尚存在以下不足：
[0005] 1難于解決測量設備的吊裝問題?；油ǔ榈孛嫔鲜畮酌咨畹目?，孔徑較小。這 就決定了對坑的向下測量過程中測量設備不可能采用剛性的連接桿或其他部件，只能采用 柔性連接部件例如：繩索、鉸鏈等。而柔性連接部件會在向下運動的過程中出現(xiàn)擺動，例如 水平方向的擺動和由于測量設備上電機水平轉(zhuǎn)動而帶來的圓周運動。
[0006] 2難于解決測量設備的自動化測量問題。基坑尺寸的測量通常要分成幾個到十幾 個斷面來完成。不僅需要水平測量和垂直測量，同樣還需要測量設備在堅直方向移動。如 果采用人工的方式，一方面效率低，另一方面當基坑的深度比較深時，人無法看到基坑內(nèi)部 情況，導致各個斷面間的距離控制不準。
[0007] 3沒有解決測量設備的定位問題。對基坑尺寸的測量首先要解決測量設備中心定 位的問題，要求測量設備必須在基坑的設計中心進行尺寸測量，測量數(shù)據(jù)才有意義，如果偏 離設計中心測量，測量數(shù)據(jù)沒有意義。
[0008] 4沒有實現(xiàn)對基坑垂直度的測量，基坑的作用是固定輸電線路塔身，其尺寸的確定 必須經(jīng)過分析計算，基坑垂直度是測量基坑傾斜度的重要指標，是保證輸電線路塔身正確 埋設的重要因素，基坑發(fā)生傾斜會導致塔基受力不均勻，從而影響上方塔身，為塔身安全帶 來隱患。
[0009] 因此，需要提供一種非接觸式的自動檢測裝置，它既能滿足體積小、重量輕、攜帶 方便的特點，又能實現(xiàn)對基坑的施工尺寸以及垂直度的快速準確自動測量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種輸電線路基坑成孔自動 檢測裝置。
[0011] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，所述裝置包括 坑上控制設備、坑中測量設備和計算機；其改進之處在于：所述計算機與所述坑上控制設 備相連；所述坑上控制設備通過支架固定在基坑口中部；所述坑中測量設備位于所述基坑 內(nèi)中心線上，與所述坑上控制設備通過鋼絲相連；所述坑上控制設備在計算機的控制下通 過直流減速電機帶動所述坑中測量設備上下移動。
[0012] 優(yōu)選的，所述坑上控制設備包括基座、以及安裝在所述基座同側(cè)的第一電池、第一 控制器、第一無線收發(fā)器、電機驅(qū)動器、直流減速電機、轉(zhuǎn)軸和定滑輪；
[0013] 所述第一控制器包括第一 ARM微處理器和第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器；
[0014] 所述第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器包括與所述第一電池連接的輸入、以及分別與所述第一 ARM微處理器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機和所述第一無線收發(fā)器連接的輸出；
[0015] 所述第一 ARM微處理器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機依次連接，所述直流 減速電機的另一端通過聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)軸相連；所述第一 ARM微處理器與所述第一無線收 發(fā)器雙向連接。
[0016] 進一步，所述轉(zhuǎn)軸通過軸承座固定在所述基座中部，所述軸承座包括一體成型的 底座和中空固定件，所述固定件的內(nèi)腔面呈與所述轉(zhuǎn)軸相適應的圓柱面；所述底座通過螺 栓固定在所述基座上，所述轉(zhuǎn)軸穿過所述固定件，與所述固定件同軸安裝。
[0017] 進一步，所述軸承座位于所述轉(zhuǎn)軸軸線方向的兩側(cè)；所述軸承座之間的所述轉(zhuǎn)軸 上同軸固定有兩個圓形護板；所述兩個圓形護板之間的所述轉(zhuǎn)軸上纏繞有鋼絲。
[0018] 進一步，所述定滑輪包括分布在所述轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的三個定滑輪，所述三個定滑輪分 別位于等邊三角形A的三個頂點處，并通過緊固件固定在所述基座上。
[0019] 進一步，坑中測量設備包括固定支架、以及安裝在所述固定支架上的第二電池、第 二控制器、第二無線收發(fā)器、垂直激光測距儀、二維激光測距儀、步進電機驅(qū)動器和步進電 機；
[0020] 所述第二控制器包括第二ARM微處理器和第二DC-DC轉(zhuǎn)換器；
[0021] 所述第二DC-DC轉(zhuǎn)換器包括與所述第二電池相連的輸入、以及分別與所述第二 ARM微處理器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機和所述第二無線收發(fā)器相連的輸出；
[0022] 所述第二ARM微處理器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機以及所述二維激光 測距儀依次連接；
[0023] 所述第二ARM微處理器分別與所述垂直激光測距儀、所述二維激光測距儀、以及 所述第二無線收發(fā)器雙向連接。
[0024] 進一步，所述固定支架包括同軸心設置的水平頂板和底板、以及圓周等分布在所 述頂板和底板之間的堅直支撐桿；
[0025] 所述二維激光測距儀堅直方向同軸安裝在所述堅直支撐桿之間的所述水平底板 和底板之間，并通過連接軸與所述底板轉(zhuǎn)動連接；
[0026] 所述底板底部垂直設置有分別用于固定所述第二電池、所述第二控制器、所述步 進電機驅(qū)動器、所述步進電機、以及所述垂直激光測距儀的側(cè)板；
[0027] 所述無線收發(fā)器通過螺紋孔固定在所述底板底部；
[0028] 所述步進電機通過所述連接軸與所述二維激光測距儀固定連接，用于控制所述二 維激光測距儀水平轉(zhuǎn)動。
[0029] 進一步，所述頂板頂部固定有三個動滑輪；所述三個動滑輪分別位于等邊三角形 B的三個頂點處；所述等邊三角形B的中心、等邊三角形A的中心、以及基坑口的中心堅直 方向位于同一直線上。
[0030] 進一步，所述等邊三角形A的邊長大于所述等邊三角形B的邊長，所述等邊三角形 A的三個頂點處的定滑輪分別為第一定滑輪、第二定滑輪和第三定滑輪；所述等邊三角形B 的三個頂點處的定滑輪分別為動滑輪A、動滑輪B和動滑輪C ;
[0031] 所述第一定滑輪、所述第二定滑輪和所述第三定滑輪在所述頂板上的投影分別與 所述動滑輪A、所述動滑輪B和所述動滑輪C一一對應；鋼絲的一端固定于所述動滑輪A上， 其另一端依次繞過所述第一定滑輪、所述第二定滑輪、所述動滑輪B、所述動滑輪C、所述第 三定滑輪后纏繞在轉(zhuǎn)軸上，并與所述轉(zhuǎn)軸固定。
[0032] 進一步，所述第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器將所述第一電池的輸出電壓分別轉(zhuǎn)換為所述第一 RAM微處理器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機、以及所述第一無線收發(fā)器的工作電壓 后分別給所述第一 RAM微處理器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機、以及所述第一無線 收發(fā)器供電；
[0033] 所述第一 ARM微處理器通過串口與計算機相連，所述第一 ARM微處理器接收所述 計算機發(fā)出的電機轉(zhuǎn)速控制信息，控制所述電機驅(qū)動器驅(qū)動所述直流減速電機工作，使所 述直流減速電機通過聯(lián)軸器帶動所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并帶動鋼絲在轉(zhuǎn)軸上纏繞或釋放；
[0034] 所述第一 ARM微處理器接收所述計算機發(fā)出的測量控制信息，并通過所述第一無 線收發(fā)器向所述井下測量設備發(fā)送測量控制信號，控制所述井下測量設備測量基坑數(shù)據(jù)。
[0035] 進一步，所述第二DC-DC轉(zhuǎn)換器將所述第二電池的輸出電壓分別轉(zhuǎn)換為所述第二 RAM微處理器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機和所述第二無線收發(fā)器的工作電壓后分 別給所述第二RAM微處理器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機和所述第二無線收發(fā)器 供電；
[0036] 所述第二無線收發(fā)器在所述第二ARM微處理器的控制下接收所述井上控制設備 發(fā)出的測量控制信號，并將所述測量控制信號輸出給所述第二ARM微處理器；
[0037] 所述第二ARM微處理器根據(jù)接收到的所述測量控制信號控制所述垂直激光測距 儀測量和所述二維激光測距儀分別測量所述坑中測量設備與基坑底的堅直距離和所述坑 中測量設備與基坑內(nèi)壁的水平距離，并將測量到的堅直距離和水平距離分別回傳給所述第 二ARM微處理器；
[0038] 所述第二ARM微處理器將接收到的所述堅直距離和所述水平距離通過所述第二 無線收發(fā)器發(fā)送給所述坑上控制設備。
[0039] 進一步，所述坑上控制設備通過第一無線收發(fā)器接收所述水平距離和所述堅直距 離，并將所述水平距離和所述堅直距離通過第一 ARM微處理器傳輸給計算機；所述計算機 根據(jù)所述水平距離和所述堅直距離計算所述基坑垂直度。
[0040] 進一步，所述計算機采用如下方式計算基坑垂直度：
[0041] 1)以所述坑中測量設備的中心點為坐標原點，以水平面上經(jīng)過原點且相互垂直的 兩個軸為X軸和Y軸，以堅直方向經(jīng)過原點的軸為Z軸建立空間坐標系；
[0042] 2)通過步進電機帶動所述二維激光測距儀在水平方向360度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并實時采集 所述二維激光測距儀旋轉(zhuǎn)不同角度時，測量到的坑中測量設備到基坑水平面的距離；
[0043] 3)通過所述二維激光測距儀測量到的數(shù)據(jù)確定基坑水平斷面的圓心坐標Xtl和 Yo ；
[0044] 4)采集垂直激光測距儀測量到的所述坑中測量設備到基坑底部的堅直距離；
[0045] 5)通過直流減速電機帶動所述坑中測量設備堅直方向移動到下一個位置；
[0046] 6)重復步驟3)和步驟4)得到下一個位置處的基坑水平斷面的圓心坐標X1和Y 1, 以及相鄰兩個斷面的堅直高度差Ztl ;
[0047] 7)采用公式（1)計算相鄰兩個斷面的垂直度在X軸方向的分量Vxtl，采用公式（2) 計算相鄰兩個斷面的垂直度在Y軸方向的分量V ytl:
[0048] Vx0 = (X1-X0VZ0 ;Vy〇 = (Y1-Y0VZ0 ; (1)；
[0049] 8)采用公式（3)計算基坑垂直度V在X軸方向的分量Vx，采用公式（4)計算基坑 垂直度V在Y軸方向的分量V y，采用公式（5)計算基坑垂直度V :
【權(quán)利要求】
1. 一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，所述裝置包括坑上控制設備、坑中測量設備 和計算機；其特征在于：所述計算機與所述坑上控制設備相連；所述坑上控制設備通過支 架固定在基坑口中部；所述坑中測量設備位于所述基坑內(nèi)中心線上，與所述坑上控制設備 通過鋼絲相連；所述坑上控制設備在計算機的控制下通過直流減速電機帶動所述坑中測量 設備上下移動。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述坑上控制設備包括基座、以及安裝在所述基座同側(cè)的第一電池、第一控制器、第一 無線收發(fā)器、電機驅(qū)動器、直流減速電機、轉(zhuǎn)軸和定滑輪； 所述第一控制器包括第一 ARM微處理器和第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器； 所述第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器包括與所述第一電池連接的輸入、以及分別與所述第一 ARM微 處理器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機和所述第一無線收發(fā)器連接的輸出； 所述第一 ARM微處理器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機依次連接，所述直流減速 電機的另一端通過聯(lián)軸器與所述轉(zhuǎn)軸相連；所述第一 ARM微處理器與所述第一無線收發(fā)器 雙向連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述轉(zhuǎn)軸通過軸承座固定在所述基座中部，所述軸承座包括一體成型的底座和中空固 定件，所述固定件的內(nèi)腔面呈與所述轉(zhuǎn)軸相適應的圓柱面；所述底座通過螺栓固定在所述 基座上，所述轉(zhuǎn)軸穿過所述固定件，與所述固定件同軸安裝。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述軸承座位于所述轉(zhuǎn)軸軸線方向的兩側(cè)；所述軸承座之間的所述轉(zhuǎn)軸上同軸固定有 兩個圓形護板；所述兩個圓形護板之間的所述轉(zhuǎn)軸上纏繞有鋼絲。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 定滑輪包括分布在所述轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的三個定滑輪，所述三個定滑輪分別位于等邊三角形 A的三個頂點處，并通過緊固件固定在所述基座上。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 坑中測量設備包括固定支架、以及安裝在所述固定支架上的第二電池、第二控制器、第 二無線收發(fā)器、垂直激光測距儀、二維激光測距儀、步進電機驅(qū)動器和步進電機； 所述第二控制器包括第二ARM微處理器和第二DC-DC轉(zhuǎn)換器； 所述第二DC-DC轉(zhuǎn)換器包括與所述第二電池相連的輸入、以及分別與所述第二ARM微 處理器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機和所述第二無線收發(fā)器相連的輸出； 所述第二ARM微處理器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機以及所述二維激光測距 儀依次連接； 所述第二ARM微處理器分別與所述垂直激光測距儀、所述二維激光測距儀、以及所述 第二無線收發(fā)器雙向連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述固定支架包括同軸心設置的水平頂板和底板、以及圓周等分布在所述頂板和底板 之間的堅直支撐桿； 所述二維激光測距儀堅直方向同軸安裝在所述堅直支撐桿之間的所述水平底板和底 板之間，并通過連接軸與所述底板轉(zhuǎn)動連接； 所述底板底部垂直設置有分別用于固定所述第二電池、所述第二控制器、所述步進電 機驅(qū)動器、所述步進電機、以及所述垂直激光測距儀的側(cè)板； 所述無線收發(fā)器通過螺紋孔固定在所述底板底部； 所述步進電機通過所述連接軸與所述二維激光測距儀固定連接，用于控制所述二維激 光測距儀水平轉(zhuǎn)動。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述頂板頂部固定有三個動滑輪；所述三個動滑輪分別位于等邊三角形B的三個頂點 處；所述等邊三角形B的中心、等邊三角形A的中心、以及基坑口的中心堅直方向位于同一 直線上。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述等邊三角形A的邊長大于所述等邊三角形B的邊長，所述等邊三角形A的三個頂 點處的定滑輪分別為第一定滑輪、第二定滑輪和第三定滑輪；所述等邊三角形B的三個頂 點處的定滑輪分別為動滑輪A、動滑輪B和動滑輪C ; 所述第一定滑輪、所述第二定滑輪和所述第三定滑輪在所述頂板上的投影分別與所述 動滑輪A、所述動滑輪B和所述動滑輪C 一一對應；鋼絲的一端固定于所述動滑輪A上，其 另一端依次繞過所述第一定滑輪、所述第二定滑輪、所述動滑輪B、所述動滑輪C和所述第 三定滑輪后纏繞在轉(zhuǎn)軸上，并與所述轉(zhuǎn)軸固定。
10. 如權(quán)利要求2所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器將所述第一電池的輸出電壓分別轉(zhuǎn)換為所述第一 RAM微處理 器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機、以及所述第一無線收發(fā)器的工作電壓后分別給所 述第一 RAM微處理器、所述電機驅(qū)動器、所述直流減速電機、以及所述第一無線收發(fā)器供 電； 所述第一 ARM微處理器通過串口與計算機相連，所述第一 ARM微處理器接收所述計算 機發(fā)出的電機轉(zhuǎn)速控制信息，控制所述電機驅(qū)動器驅(qū)動所述直流減速電機工作，使所述直 流減速電機通過聯(lián)軸器帶動所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并帶動鋼絲在轉(zhuǎn)軸上纏繞或釋放； 所述第一 ARM微處理器接收所述計算機發(fā)出的測量控制信息，并通過所述第一無線收 發(fā)器向所述井下測量設備發(fā)送測量控制信號，控制所述井下測量設備測量基坑數(shù)據(jù)。
11. 如權(quán)利要求6所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述第二DC-DC轉(zhuǎn)換器將所述第二電池的輸出電壓分別轉(zhuǎn)換為所述第二RAM微處理 器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機和所述第二無線收發(fā)器的工作電壓后分別給所述 第二RAM微處理器、所述步進電機驅(qū)動器、所述步進電機和所述第二無線收發(fā)器供電； 所述第二無線收發(fā)器在所述第二ARM微處理器的控制下接收所述井上控制設備發(fā)出 的測量控制信號，并將所述測量控制信號輸出給所述第二ARM微處理器； 所述第二ARM微處理器根據(jù)接收到的所述測量控制信號控制所述垂直激光測距儀測 量和所述二維激光測距儀分別測量所述坑中測量設備與基坑底的堅直距離和所述坑中測 量設備與基坑內(nèi)壁的水平距離，并將測量到的堅直距離和水平距離分別回傳給所述第二 ARM微處理器； 所述第二ARM微處理器將接收到的所述堅直距離和所述水平距離通過所述第二無線 收發(fā)器發(fā)送給所述坑上控制設備。
12. 如權(quán)利要求11所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述坑上控制設備通過第一無線收發(fā)器接收所述水平距離和所述堅直距離，并將所述 水平距離和所述堅直距離通過第一 ARM微處理器傳輸給計算機；所述計算機根據(jù)所述水平 距離和所述堅直距離計算所述基坑垂直度。
13. 如權(quán)利要求12所述的一種輸電線路基坑成孔自動檢測裝置，其特征在于： 所述計算機采用如下方式計算基坑垂直度： 1) 以所述坑中測量設備的中心點為坐標原點，以水平面上經(jīng)過原點且相互垂直的兩個 軸為X軸和Y軸，以堅直方向經(jīng)過原點的軸為Z軸建立空間坐標系； 2) 通過步進電機帶動所述二維激光測距儀在水平方向360度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并實時采集所述 二維激光測距儀旋轉(zhuǎn)不同角度時，測量到的坑中測量設備到基坑水平面的距離； 3) 通過所述二維激光測距儀測量到的數(shù)據(jù)確定基坑水平斷面的圓心坐標Xtl和Ytl ; 4) 采集垂直激光測距儀測量到的所述坑中測量設備到基坑底部的堅直距離； 5) 通過直流減速電機帶動所述坑中測量設備堅直方向移動到下一個位置； 6) 重復步驟3)和步驟4)得到下一個位置處的基坑水平斷面的圓心坐標X1和Y1，以及 相鄰兩個斷面的堅直高度差Z tl ; 7) 采用公式（1)計算相鄰兩個斷面的垂直度在X軸方向的分量Vxtl，采用公式（2)計算 相鄰兩個斷面的垂直度在Y軸方向的分量V ytl : Vx0 = (X1-X0VZ0 ;Vy0 = (Y1-Y0VZ0 ; (1); 8) 采用公式（3)計算基坑垂直度V在X軸方向的分量Vx，采用公式（4)計算基坑垂直 度V在Y軸方向的分量V y，采用公式（5)計算基坑垂直度V : Vx = Vx0+Vxl+-+Vxi (3)； Vy = Vy0+Vyl+-+Vyi (4)； y= +κ2 (5); 其中Vxi為第i+1個基坑斷面與第i個基坑斷面之間的垂直度在X軸方向的分量；Vyi 為第i+Ι個基坑斷面與第i個基坑斷面之間的垂直度在Y軸方向的分量。
【文檔編號】E02D33/00GK104372809SQ201410743584
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】湯廣瑞, 江明, 夏擁軍, 鄭家松, 劉學文 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 北京亞飛安智科技有限公司