【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁桩基检测，具体为一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置及方法。
技术介绍
1、随着桥梁建设技术的不断发展，钢管桩已成为桥梁桩基础的主要结构形式之一，尤其对于跨海大桥等跨越复杂地形、水域的桥梁，都以钢管桩为主。而近几年的涉水桥梁也会在施工时在混凝土桩外部布置钢护筒，并保留钢护筒至运营期。相对传统的混凝土桩检测时更注重裂纹、露筋等混凝土外观缺陷，桥梁钢管桩因外部钢结构材料特点，检测重点有所变化，在无明显冲击的工况下，缺陷的表现形式基本以腐蚀为主，在结构上体现为厚度减薄。在海洋等高腐蚀环境下，桥梁一般会采用牺牲阳极阴极保护法，在水下设置性质更为活跃的阳极块，保护钢管桩不被腐蚀。对于壁厚和阳极块工作状态，检测时都需要重点关注。同时由于钢管桩通常应用于海洋等复杂水域，对其进检测时也同样要面临水流环境差、检测载体不稳定、水生物外壁附着等问题。
2、现有技术通常着眼于保证桩基检测的稳定性，大多使用机械式抱箍稳定机身(如中国技术专利202222920603，中国专利技术专利202310074410.x等)，并一般采用视觉手段进行桩基检测，较少涉及钢管桩状态的针对性检测，对于检测期间水生物附着的清理问题也未进行考虑。
3、综合来看，目前还缺少一种自动化程度高，结构针对性强，并能够克服复杂水域下检测稳定性难题、水生物附着难题，同时保留其他检测接口的钢管桩状态检测方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种成本相对较低、多功能融合、
2、第一方面，本专利技术提供了一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，包括水下机器人、感知模块、夹持导轨和专项检测模块；
3、所述水下机器人用于水下移动以靠近检测目标，其前侧安装有感知模块和夹持导轨；所述感知模块位于夹持导轨下方，用于定位和检测所述检测目标；所述夹持导轨用于夹持固定检测目标，其上滑动连接有专项检测模块；所述专项检测模块包括设置于壳体同一侧的超声测厚仪、电位检测仪和清洁刷，超声测厚仪用于测量所述检测目标的壁厚，电位检测仪用于检测所述检测目标的腐蚀风险，清洁刷用于清理所述检测目标表面附着的水生物。
4、作为优选，所述清洁刷为钢丝刷，能沿中心轴旋转。
5、作为优选，所述感知模块包括水下相机和多波束声纳。
6、作为优选，所述夹持导轨为能向前方两侧展开的双层伸缩两段式r形圆弧滚动导轨结构，包括第一导轨和第二导轨；所述第一导轨为长度固定的弧形结构，中部外侧固定于水下机器人前侧，中部内侧通过吸附板固定有用于吸附检测目标的吸盘电磁铁；所述第二导轨套设于第一导轨内部，两臂能同时伸出或收缩回第一导轨，由设置在第一导轨后方的导轨控制模块控制伸缩；所述第二导轨的两端分别通过弹性铰链铰接有吸附爪，弹性铰链能向内侧弯折有限行程，吸附爪内侧固定有吸盘电磁铁。
7、作为优选，所述夹持导轨的两臂上分别滑动连接有专项检测模块。
8、作为优选，所述超声测厚仪的探头、电位检测仪的电位探针以及清洁刷的刷头作为工作端，均朝向夹持导轨内侧设置，且工作端与对应的主体之间均分别通过万向铰链接头铰接；超声测厚仪和电位检测仪的主体上设置有由控制模块控制的弹性压紧装置，弹性压紧装置用于使工作端贴合压紧检测目标表面。
9、进一步的，所述弹性压紧装置包括弹簧、齿轮或电子推杆。
10、作为优选，所述超声测厚仪和电位检测仪位于清洁刷的同侧，三者通过能180°旋转的工作平台固定于专项检测模块的壳体上。
11、作为优选，所述吸盘电磁铁为推拉式电磁铁和/或准恒吸力直流电磁铁；电位检测仪为巴氏测量仪。
12、第二方面，本专利技术提供了一种利用第一方面任一所述复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置的检测方法，具体如下：
13、s1、将检测装置在检测水域附近入水，利用感知模块获取水下图像，以识别和定位检测目标；
14、s2、利用水下机器人运动至检测目标附近，根据检测目标的桩径大小，利用导轨控制模块调节夹持导轨中第二导轨的伸出长度，以使夹持导轨能环抱检测目标；随后通过水下机器人的运动，将夹持导轨的吸附板和吸附爪向检测目标贴靠，对其上设置的吸盘电磁铁通电以吸附至检测目标上；
15、s3、专项检测模块沿夹持导轨滑动以运动至目标检测位置，启动清洁刷的刷头，对检测目标表面进行局部清洁；
16、s4、清洁完毕后，清洁刷断电停止工作；专项检测模块上的工作平台旋转，将超声测厚仪的探头和电位检测仪的电位探针装载至清洁过的表面并进行贴靠，通过弹性压紧装置将探头和电位探针的探测端均压紧在检测目标表面；
17、s5、将吸盘电磁铁断电，超声测厚仪和电位检测仪开始工作以进行测量；工作完毕后，吸盘电磁铁吸附，通过感知模块获取检测目标的外观情况；
18、s6、重复s3～s5，直至达到检测目的；随后结束检测，吸盘电磁铁断电，利用水下机器人运动以从检测目标处脱离，检测装置回归初始状态。
19、本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
20、本专利技术设计了一种结构简单、成本低廉、多功能融合、操作简单的桥梁水下钢管桩状态检测装置，从水下无人化作业角度出发，创新性提出了以揽控rov和外置接触式检测装置为基础的检测装置框架，并设计了相应的检测方法流程，为桥梁钢管桩水下检测提供平稳、适配的工作性能。
21、本专利技术首先起到的作用是利用通用感知模块融合图像识别算法，实现水下检测目标的定位，同时利用夹持导轨的曲线设计，给予检测装置一个贴合和固定的空间，并通过夹持导轨上的电磁铁吸附，为装置的接触式检测提供一个稳定的工作环境；其次，通过专项检测模块的功能集成，将钢管桩状态中最终的腐蚀指标纳入检测范围，并预先考虑因水生物堆积造成无法进行接触式测量的问题，同时在清理工具上也选择效果温和可控的钢丝刷，避免其他清理工具对防腐蚀涂层的过量损坏；通过电磁铁预先吸附，接触式检测工具(探针、探头)预紧固定两种方式，保证了机体在稳定工作的同时还能够不影响电位等指标的测量，可动吸附爪的设计也使得吸附方式选择更为多样；本专利技术提出的通过夹持导轨引导专项检测模块的方式，能够在减少水下机体移动量的同时检测到多个点位，更符合实际工作时的多点检测需求。
22、总体来说，本专利技术提出的复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置通过机械结构设计，能够通过多个部件的联动，解决复杂水域下钢管桩服役状态感知难题，提供桥梁水下钢管桩检测“机器换人”方案，填补相关领域自动化检测的空白。
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1.一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，包括水下机器人(1)、感知模块(2)、夹持导轨(3)和专项检测模块(4)；
2.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述清洁刷(13)为钢丝刷，能沿中心轴旋转。
3.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述感知模块(2)包括水下相机(5)和多波束声纳(6)。
4.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述夹持导轨(3)为能向前方两侧展开的双层伸缩两段式R形圆弧滚动导轨结构，包括第一导轨(7)和第二导轨(8)；所述第一导轨(7)为长度固定的弧形结构，中部外侧固定于水下机器人(1)前侧，中部内侧通过吸附板(9)固定有用于吸附检测目标的吸盘电磁铁(10)；所述第二导轨(8)套设于第一导轨(7)内部，两臂能同时伸出或收缩回第一导轨(7)，由设置在第一导轨(7)后方的导轨控制模块控制伸缩；所述第二导轨(8)的两端分别通过弹性铰链铰接有吸附爪(15)，弹性铰链能向内侧弯折有限行程，吸附爪(15)内
5.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述夹持导轨(3)的两臂上分别滑动连接有专项检测模块(4)。
6.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述超声测厚仪(11)的探头、电位检测仪(12)的电位探针(14)以及清洁刷(13)的刷头作为工作端，均朝向夹持导轨(3)内侧设置，且工作端与对应的主体之间均分别通过万向铰链接头(16)铰接；超声测厚仪(11)和电位检测仪(12)的主体上设置有由控制模块控制的弹性压紧装置，弹性压紧装置用于使工作端贴合压紧检测目标表面。
7.根据权利要求6所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述弹性压紧装置包括弹簧、齿轮或电子推杆。
8.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述超声测厚仪(11)和电位检测仪(12)位于清洁刷(13)的同侧，三者通过能180°旋转的工作平台固定于专项检测模块(4)的壳体上。
9.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述吸盘电磁铁(10)为推拉式电磁铁和/或准恒吸力直流电磁铁；电位检测仪(12)为巴氏测量仪。
10.一种利用权利要求1～9任一所述复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置的检测方法，其特征在于，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，包括水下机器人(1)、感知模块(2)、夹持导轨(3)和专项检测模块(4)；
2.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述清洁刷(13)为钢丝刷，能沿中心轴旋转。
3.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述感知模块(2)包括水下相机(5)和多波束声纳(6)。
4.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述夹持导轨(3)为能向前方两侧展开的双层伸缩两段式r形圆弧滚动导轨结构，包括第一导轨(7)和第二导轨(8)；所述第一导轨(7)为长度固定的弧形结构，中部外侧固定于水下机器人(1)前侧，中部内侧通过吸附板(9)固定有用于吸附检测目标的吸盘电磁铁(10)；所述第二导轨(8)套设于第一导轨(7)内部，两臂能同时伸出或收缩回第一导轨(7)，由设置在第一导轨(7)后方的导轨控制模块控制伸缩；所述第二导轨(8)的两端分别通过弹性铰链铰接有吸附爪(15)，弹性铰链能向内侧弯折有限行程，吸附爪(15)内侧固定有吸盘电磁铁(10)。
5.根据权利要求1所述的一种复杂水域桥梁钢管桩状态水下检测装置，其特征在于，所述夹持...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵闻强，张玉杰，王永强，李炎，金忠富，陈昌进，谢烨，汪伟，
申请(专利权)人：浙江省交通投资集团有限公司智慧交通研究分公司，
类型：发明
国别省市：
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