一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法

摘要

本发明公开了一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法，该方法包括：建立激光三维测量模型，并照射待检测螺栓；获取激光照射螺栓信号，并进行特征信号处理；获取激光照射螺栓信号，即测量光信号和参考光信号；对螺栓进行环境因素信号采集，对螺栓振动位移进行位移补偿；螺栓松动识别：螺栓的螺帽所有的12个角的测量光信号与参考光信号的差值，即螺栓振动位移值全部大于振动位移设置阈值时，判别螺帽的松动状态为异常状态；螺母与螺帽的异常状态判断方法相同。本发明对任何螺帽或螺母的松动状态出现异常，都能精确得知出现异常螺帽或螺母的具体位置，无需工作人员再进行一个个排查确认出现异常的螺帽或螺母，提高维护的工作效率。

权利要求

1.一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)建立激光三维测量模型，并照射待检测螺栓；

参考光信号为第一螺栓的螺帽、螺母的各个角和螺杆的末端的原始三维坐标，测量光信号为第一螺栓、螺母的各个角和螺杆的尾端的新的三维坐标，进行特征信号处理方法为：将新生成的三维坐标和原始三维坐标进行作差处理，即能得到螺栓振动位移；

步骤(1)中激光三维测量模型包括：将所有待检测螺栓其中的一个螺栓作为参考点，将作为参考点的螺栓定义为第一螺栓，激光照射第一螺栓的激光照射点为原点(0，0，0)，垂直于Z轴构建X‑Y坐标系，并根据第一螺栓的各特征部位自动生成三维坐标，若第一螺栓的螺帽及螺母结构为六角螺帽和六角螺母，即所有螺栓的六角螺帽的各个角自动生成的三维坐k k k标为:(Xi，Yi，Zi)，i＝1‑12，k＝1‑N，N表示N个螺栓；

k k k

所有对应六角螺母的各个角自动生成的三维坐标为：(X  j,Y  j,Z  j),j＝10i；

k k k

各个螺杆的各个末端自动生成的三维坐标为：(X  l,Yl,Zl)，l表示的是某一个螺杆的各个末端自动生成的区别序号，每根螺杆的末端自动生成的三维坐标个数为3‑6个；

(2)获取激光照射螺栓信号，并进行特征信号处理；

(3)获取激光照射螺栓信号，激光照射螺栓信号包括：测量光信号和参考光信号，参考光信号的作用根据螺栓的各特征部位自动生成原始三维坐标，测量光信号的作用根据螺栓的各特征部位重新生成新的三维坐标；

(4)对螺栓进行环境因素信号采集，根据螺栓的膨胀系数和螺栓温度信号，从而获得螺栓的膨胀程度，对螺栓振动位移进行位移补偿，根据空气温湿度信号和环境大气压信号，获取环境空气的折射率，对螺栓振动位移进行位移补偿；

(5)螺栓松动识别：螺栓的螺帽所有的12个角的测量光信号与参考光信号的差值，即螺栓振动位移值全部大于振动位移设置阈值时，判别螺帽的松动状态为异常状态；螺母与螺帽的异常状态判断方法相同；

步骤(5)中将螺杆的末端与螺母之间的距离进行作差对比，即螺杆末端原始三维坐标与螺母原始三维坐标进行作差，得到螺杆的末端与螺母的原始距离；将螺杆末端新生成的三维坐标与螺母新生成的三维坐标进行作差，得到螺杆与螺母的新生成距离；将螺杆与螺母的新生成距离与螺杆与螺母的原始距离进行作差对比，若大于设定阈值，则判别为螺栓松动异常状态。

说明书

一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法

技术领域

[0001] 本发明属于杆塔螺栓松动检测技术领域，涉及一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法，还涉及一种隧道反光环自清洁装置。

背景技术

[0002] 在电力技术领域中，对于物体振动的测量有着极大的需求。特别是铁塔螺栓振动位移松动的测量，但是目前大多数多采用接触式方式来进行对铁塔螺栓松动测量，这种测量方式存在测量精度不够精确，易受外界因素的干扰。即使目前已经逐渐开始采用激光技术进行物体振动测量，这种测量方式是非接触式测量，但目前采用的激光测量方式都只能测量沿光束方向的一维振动，测量信息不够丰富导致测量的精确度不高，而且发现异常情况时，需要大量的人力去进行排查，找出出现具体异常状况的部件，存在工作效率不高问题。

[0003] 综上所述，测量信息不够丰富导致测量的精确度不高，而且发现异常情况时，需要大量的人力去进行排查，找出出现具体异常状况的部件，存在工作效率不高问题。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

[0005] 本发明采取的技术方案为：一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法，包括以下步骤：

[0006] (1)建立激光三维测量模型，并照射待检测螺栓；

[0007] (2)获取激光照射螺栓信号，并进行特征信号处理；

[0008] (3)获取激光照射螺栓信号，激光照射螺栓信号包括：测量光信号和参考光信号，参考光信号的作用根据螺栓的各特征部位自动生成原始三维坐标，测量光信号的作用根据螺栓的各特征部位重新生成新的三维坐标；

[0009] (4)对螺栓进行环境因素信号采集，根据螺栓的膨胀系数和螺栓温度信号，从而获得螺栓的膨胀程度，对螺栓振动位移进行位移补偿，根据空气温湿度信号和环境大气压信号，获取环境空气的折射率(空气折射率可以根据Edlen经验公式来计算)，对螺栓振动位移进行位移补偿；

[0010] (5)螺栓松动识别：螺栓的螺帽所有的12个角的测量光信号与参考光信号的差值，即螺栓振动位移值全部大于振动位移设置阈值时，判别螺帽的松动状态为异常状态；螺母与螺帽的异常状态判断方法相同。

[0011] 步骤(5)中将螺杆的末端与螺母之间的距离进行作差对比，即螺杆末端原始三维坐标与螺母原始三维坐标进行作差，得到螺杆的末端与螺母的原始距离；将螺杆末端新生成的三维坐标与螺母新生成的三维坐标进行作差，得到螺杆与螺母的新生成距离；将螺杆与螺母的新生成距离与螺杆与螺母的原始距离进行作差对比，若大于设定阈值，则判别为螺栓松动异常状态。

[0012] 步骤(1)中激光三维测量模型包括：将所有待检测螺栓其中的一个螺栓作为参考点，将作为参考点的螺栓定义为第一螺栓，激光照射第一螺栓的激光照射点为原点(0，0，0)，垂直于Z轴构建X‑Y坐标系，并根据第一螺栓的各特征部位自动生成三维坐标，若第一螺栓的螺帽及螺母结构为六角螺帽和六角螺母，即所有螺栓的六角螺帽的各个角自动生成的k k k
三维坐标为:(Xi,Yi,Zi)，i＝1‑12，k＝1‑N，N表示N个螺栓；

[0013] 所有对应六角螺母的各个角自动生成的三维坐标为：(Xkj,,Ykj,Zkj),j＝10i；

[0014] 各个螺杆的各个末端自动生成的三维坐标为：(Xkl,Ykl,Zkl)，l＝310、320……，l表示的是某一个螺杆的各个末端自动生成的区别序号，每根螺杆的末端自动生成的三维坐标个数为3‑6。

[0015] 参考光信号为第一螺栓的螺帽、螺母的各个角和螺杆的尾端的原始三维坐标，测量光信号为第一螺栓、螺母的各个角和螺杆的尾端的新的三维坐标，进行特征信号处理方法为：将新生成的三维坐标和原始三维坐标进行作差处理，即能得到螺栓振动位移。

[0016] 本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

[0017] (1)本发明建立激光三维测量模型，根据螺栓的各特征部位自动生成三维坐标，对任何螺帽或螺母的松动状态出现异常，都能精确得知出现异常螺帽或螺母的具体位置，无需工作人员再进行一个个排查确认出现异常的螺帽或螺母，提高维护的工作效率；

[0018] (2)参考光信号的作用根据螺栓的各特征部位自动生成原始三维坐标，测量光信号的作用根据螺栓的各特征部位重新生成新的三维坐标，大大提高了测量螺栓振动位移的精确度和螺栓松动状态的精确性。

[0019] (3)对螺栓进行环境因素信号采集，环境因素信号采集包括：螺栓温度信号、空气温湿度信号和环境大气压信号。根据螺栓的膨胀系数和螺栓温度信号，从而获得螺栓的膨胀程度，对螺栓振动位移进行位移补偿；根据空气温湿度信号和环境大气压信号，获取环境空气的折射率，对螺栓振动位移进行位移补偿，提高测量螺栓振动位移的精确度。

[0020] (4)螺栓松动识别方法：所得到第一螺帽的其余11个角的螺栓振动位移值未全部大于振动位移设置阈值，即判别第一螺帽的松动状态为正常状态，从而大大提高了检测螺栓松动的精确性，减少因为局部温度突然升高或其他原因，而出现螺帽松动状态的误判。只有当所得到第一螺栓所有的12个角的螺栓振动位移值全部大于振动位移设置阈值时，判别第一螺帽的松动状态为异常状态。

[0021] (5)将螺杆与螺母之间的距离进行作差对比，即螺杆末端原始三维坐标与螺母原始三维坐标进行作差，得到螺杆与螺母的原始距离；将螺杆末端新生成的三维坐标与螺母新生成的三维坐标进行作差，得到螺杆与螺母的新生成距离；将螺杆与螺母的新生成距离与螺杆与螺母的原始距离进行作差对比，若大于设定阈值，则判别为螺栓松动异常状态，进一步提高螺栓松动识别的精确度。

附图说明

[0022] 图1是激光三维测量模型示意图；

[0023] 图中，1为螺帽，11为螺帽第一角，12为螺帽第二角，13为螺帽第三角，14为螺帽第四角，15为螺帽第五角，16为螺帽第六角，17为螺帽第七角，18为螺帽第八角，19为螺帽第九角，110为螺帽第十角；

[0024] 2为螺母，21为螺母第一角，22为螺母第二角，23为螺母第三角，24为螺母第四角，27为螺母第七角，28为螺母第八角，29为螺母第九角，210为螺母第十角；

[0025] 3为螺杆，310为螺杆第一末端，320为螺杆第二末端。

具体实施方式

[0026] 下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

[0027] 实施例1：如图1所示，一种激光测振的铁塔螺栓松动检测与识别方法，包括以下步骤：

[0028] 步骤一、建立激光三维测量模型，并照射待检测螺栓；

[0029] 建立激光三维测量模型包括：需要说明的是，激光三维测量模型是由多个激光构件组成的。将所有待检测螺栓其中的一个螺栓作为参考点，为助于理解，将作为参考点的螺栓定义为第一螺栓，激光照射第一螺栓的激光照射点为原点(0，0，0)，垂直于Z轴构建X‑Y坐标系，并根据第一螺栓的各特征部位自动生成三维坐标；

[0030] 例如，如附图所示，若第一螺栓的螺帽及螺母结构为六角螺帽和六角螺母，即第一1 1
螺栓的六角螺帽的各个角自动生成的三维坐标为:第一螺帽的第一角的三维坐标(X1,Y1,
1 1 1 1 1 1
Z1),第一螺帽的第二角的三维坐标(X2,Y2,Z 2)，第一螺帽的第三角的三维坐标(X 3,Y3,
1 1 1 1
Z 3)……第一螺帽的第11角的三维坐标(X 11,Y 11,Z 11)，第一螺帽的第12角的三维坐标
1 1 1
(X12,Y12,Z12)；

[0031] 第一螺栓的六角螺母的各个角自动生成的三维坐标为：第一螺母的第一角的三维1 1 1 1 1 1
坐标(X10,Y10,Z10),第一螺母的第二角的三维坐标(X20,Y20,Z20)……第一螺母的第12角
1 1 1
的三维坐标(X120,Y120,Z120)；

[0032] 第二螺栓的六角螺帽的各个角自动生成的三维坐标为:第二螺帽的第一角的三维2 2 2 2 2 2
坐标(X1,Y1,Z1),第二螺帽的第二角的三维坐标(X2,Y 2,Z2)，第二螺帽的第三角的三维
2 2 2 2 2 2
坐标(X3,Y3,Z3)……第二螺帽的第11角的三维坐标(X11,Y11,Z11)，第二螺帽的第12角的
2 2 2
三维坐标(X12,Y12,Z12)；

[0033] 第二螺栓的六角螺母的各个角自动生成的三维坐标为：第二螺母的第一角的三维2 2 2 2 2 2
坐标(X10,Y10,Z10),第二螺母的第二角的三维坐标(X20,Y20,Z20)……第一螺母的第12角
2 2 2
的三维坐标(X120,Y120,Z120)；

[0034] 第一螺杆的各个末端自动生成的三维坐标为:第一螺杆的第一末端的三维坐标为1 1 1 1 1 1
(X310,Y310,Z310)，第一螺杆的第而末端的三维坐标为(X320,Y320,Z320)……

[0035] 第三螺栓、第四螺栓、第五螺栓……第N螺栓的螺帽、螺母和螺杆的各特征部位自动生成三维坐标在这不再赘述；

[0036] 步骤二、获取激光照射螺栓信号，并进行特征信号处理；

[0037] 获取激光照射螺栓信号，激光照射螺栓信号包括：测量光信号和参考光信号，参考光信号的作用根据螺栓的各特征部位自动生成原始三维坐标，测量光信号的作用根据螺栓的各特征部位重新生成新的三维坐标；

[0038] 以下将第一螺栓作为举例说明，例如，若第一螺栓的螺帽及螺母结构为六角螺帽和六角螺母，

[0039] 参考光信号：第一螺栓的六角螺帽的各个角自动生成原始三维坐标为:第一螺帽1 1 1 1 1 1
的第一角的原始三维坐标(X1,Y 1,Z1),第一螺帽的第二角的原始三维坐标(X2,Y 2,Z2)，
1 1 1
第一螺帽的第三角的原始三维坐标(X 3,Y 3,Z3)……第一螺帽的第11角的原始三维坐标
1 1 1 1 1 1
(X11,Y11,Z11)，第一螺帽的第12角的原始三维坐标(X12,Y12,Z12)；

[0040] 第一螺栓的六角螺母的各个角自动生成的原始三维坐标为：第一螺母的第一角的1 1 1 1 1 1
原始三维坐标(X10,Y10,Z10),第一螺母的第二角的原始三维坐标(X20,Y20,Z20)……第一
1 1 1
螺母的第12角的原始三维坐标(X120,Y120,Z120)；

[0041] 第一螺杆的各个末端自动生成的三维坐标为:第一螺杆的第一末端的原始三维坐1 1 1 1 1 1
标为(X310,Y310,Z310)，第一螺杆的第而末端的原始三维坐标为(X320,Y320,Z320)……[0042] 测量光信号：第一螺栓的六角螺帽的各个角自动生成新的三维坐标为:第一螺帽
1’ 1’ 1’ 1 ’
的第一角生成新的三维坐标(X1 ,Y 1 ,Z1),第一螺帽的第二角生成新的三维坐标(X 2,
1’ 1’
Y2 ,Z2)，第一螺帽的第三角生成新的三维坐标

[0043] (X13’,Y13’,Z13’)……第一螺帽的第11角生成新的三维坐标(X111’,Y111’,Z111’)，第一1 ’ 1 ’ 1 ’
螺帽的第12角生成新的三维坐标(X12 ,Y12 ,Z12)；

[0044] 第一螺栓的六角螺母的各个角自动生成新的三维坐标为：第一螺母的第一角生成1 ’ 1 ’ 1 ’ 1 ’ 1 ’
新的三维坐标(X 10 ,Y 10 ,Z 10 ),第一螺母的第二角生成新的三维坐标(X 20 ,Y 20 ,
1 ’ 1 ’ 1 ’ 1 ’
Z20)……第一螺母的第12角生成新的三维坐标(X120 ,Y120 ,Z120)；

[0045] 第一螺杆的各个末端自动生成新的三维坐标为:第一螺杆的第一末端生成新的三1 ’ 1 ’ 1 ’ 1 ’ 1 ’
维坐标为(X310 ,Y 310 ,Z 310)，第一螺杆的第而末端生成新的三维坐标为(X320 ,Y 320,
1 ’
Z320)……

[0046] 进行特征信号处理包括，将新生成的三维坐标和原始三维坐标进行作差处理，即能得到螺栓振动位移。

[0047] 步骤三、为了进一步提高测量螺栓振动位移的精确度，对螺栓进行环境因素信号采集，环境因素信号采集包括：螺栓温度信号、空气温湿度信号和环境大气压信号。根据螺栓的膨胀系数和螺栓温度信号，从而获得螺栓的膨胀程度，对螺栓振动位移进行位移补偿，提高测量螺栓振动位移的精确度。根据空气温湿度信号和环境大气压信号，获取环境空气的折射率(空气折射率可以根据Edlen经验公式来计算)，对螺栓振动位移进行位移补偿，提高测量螺栓振动位移的精确度。

[0048] 步骤四、螺栓松动识别方法：第一螺栓遇到其他不可控因素，第一螺栓某部位温度1’ 1’ 1’
局部升高，例如,第一螺帽的第一角生成新的三维坐标(X1 ,Y1 ,Z1)与第一螺帽的第一角
1 1 1
的原始三维坐标(X 1,Y1,Z1)进行做差处理，所得到第一螺帽的第一角的螺栓振动位移值大于振动位移设置阈值，而第一螺帽的其余11个角生成新的三维坐标与第一螺帽的其余11个角的原始三维坐标进行做差处理，所得到第一螺帽的其余11个角的螺栓振动位移值未全部大于振动位移设置阈值，即判别第一螺帽的松动状态为正常状态，从而大大提高了检测螺栓松动的精确性，减少因为局部温度突然升高或其他原因，而出现螺帽松动状态的误判。
只有当所得到第一螺栓所有的12个角的螺栓振动位移值全部大于振动位移设置阈值时，判别第一螺帽的松动状态为异常状态。

[0049] 为了进一步提高螺栓松动识别的精度度，将螺杆的末端与螺母之间的距离进行作差对比，即螺杆末端原始三维坐标与螺母原始三维坐标进行作差，得到螺杆的末端与螺母的原始距离；将螺杆末端新生成的三维坐标与螺母新生成的三维坐标进行作差，得到螺杆与螺母的新生成距离；将螺杆与螺母的新生成距离与螺杆与螺母的原始距离进行作差对比，若大于设定阈值，则判别为螺栓松动异常状态。

[0050] 第一螺母的判别方法和第一螺帽一样，以及其他紧固件(即其他的螺母、螺帽和螺杆)的判别方法在这不再赘述。

[0051] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。