CN104024721A - 用于检查壁的移动支撑 - Google Patents

Abstract

一用于装置（12）的移动支撑，该装置用于精确检查一固定元件（22），包括：一主托架（11），所述主托架支撑所述装置，并且该主托架收到一个垂直动力，一次托架（12），所述次托架上连接有多个柔性机械连接（17），该机械连接用于施加一个保持力，该保持力使所述支撑相对于垂直动力平衡，以及平衡环或转轴的关节连接该主托架（11）到次级托架（12）-一个连接主托架（11）和次托架（12）的关节（13）。应用于一壁的检测。

Description

用于检查壁的移动支撑

众所周知，时刻保证运输液化天然气的箱子壁处于良好安全的状态是十分重要的，因此如果能定期地检查这些箱子壁的状态十分重要。特别地，可以观察到在使用过一段时间后，箱子壁的金属膜经常会有变形、裂痕或者绝缘损坏，尤其是在顶壁区域。因此急切地需要一种能在壁的短距离内观察壁的检查物品，然而目前为止的一些检查方法都不尽如人意。

日本专利申请58-189296（申请日为1983年10月12日）中已经提出了使用一个装在保护外壳内的浮动气球；这样的外壳外侧携带气体探测器，所述的气体探测器包括了检查运输液化天然气的箱子壁的物质。气球通过连接在箱子底部的绳子固定。然而，只有固定在外壳顶端的检查物质可以放置在邻近壁顶端；那些在外壳周围的检查物质只能趋于检测箱子角落的壁，假设他们位于垂直于待检测壁的气球子午面上，并且这需要移动地面上的系绳，以便定位气球。并且，增加气球上携带的观察物质的数量十分有必要，这样的话增加气球的体积就十分有必要因为需要承载所增加的重量；最后，相对于气球所处位置的箱子角落区域如果基本相切于顶壁或一个侧壁的话几乎不可能被检查。此外，由于定位是操作人员手动进行的，相对而言不太精确。

本发明的第一个主题是提供一种对被测元件信息收集装置的移动支撑，所述支撑包括：

-一个主托架，其受到一个垂直上升或下降的力，

-一个次托架，次托架上连接有多个柔性机械连接，此连接施加一个保持力，以使支撑相对于垂直动力的平衡，柔性机械连接的长度可以调节，为了使支撑可以在工作区域移动，和

-一个连接主托架和次托架的关节

更为具体的是，所述关节包含一个平衡环为了使所述主托架对于垂直动力保持恒定的垂直方向。

在本发明更为具体的一个实施例中，保持力通过至少三段的所述柔性机械连接作用于所述次托架上，每一段通过端部中的一个连接于基准面。所述支撑包含位于基准面的发动机，所述发动机能调节柔性机械连接的长度为了使移动基于基准面。如果被检查元件是箱子的顶壁，那么基准面，打个比方，就是箱子的底面。

在第一个可选实施例中，施加在主托架上的垂直力是下降的，也就是说会直线下降，重量由主托架产生，次托架放置在主托架上方；在这个可选实施例中，主托架上的重量可能是主托架自身或者是所携带的器件引起的，但也可能是其它重量引起的为了保持主托架相对于基准面的方向。这个可选实施例对检查井底的状态非常有用，次托架被悬挂在柔性机械连接上为了维持被检查井底上方本发明所有的支撑。

在第二个可选实施例中，施加在主托架上的垂直力是上升的，也就是说会直线上升，浮力由一个连接于主托架的空心体产生，次托架放置在主托架下方；空心体可能是一个气球，它的外壁由聚氨酯泡沫塑料或一些其他物质组成，气球内部的填充气体是氦气。这样的空心体可以是球体、圆柱体或是一些其他合适的形状。在这个实施例中，空心体通过可变的机械绳索连接于主托架，可变的机械绳索由于所述浮力的原因处于拉紧的状态。空心体如果包含一个球体比较好，可变的机械绳索允许空心体有受限制的旋转，所述旋转由主托架上的绳索长度变化引起，所述旋转的中心是空心体的中心。

包含至少一种信息的被检查元件放置在主托架上球体的金属板上比较好，所述金属板和相对于球体中心对称的平衡板保持平衡。可变的机械绳索两端通过一个调节装置和球体外侧连接，调节装置位于主托架内并且可以调节绳索的长度使球体旋转产生一个想要的角度。平衡板上携带电池为了提供发动机在调节装置和控制主托架位置所需的电能。调节装置能让球体产生的角度在球体中的至少一个子午线平面内在0°和至少90°之间。

可以选择的是，电力供给电缆可以设置在地面和托架之间来保证发动机和其他电能元件的供电。

主托架和球体间有至少两个比如说四个可变的机械绳索，球体上的关节位于球体圆环上相邻180°或90°，关节之间所形成的平面和球体中心有一定距离，所述圆环在主托架内球体的参考位置水平放置。有利的是，每一段可变的机械绳索都有一个导向元件，至少两个导向元件在球体外壁上并且在球体赤道圆环上呈180°或90°分布，赤道圆环和位于至少两段可变的机械绳索和球体上两个关节所形成的圆环平行。每一段靠近导向元件的可变的机械绳索，都包裹有一层护套用于防止绳索和球体之间的摩擦。每一个导向元件包含至少一个制动器为了预防球体支撑检查被检查元件过程中挤压或破坏被检查元件。

在这个实施例中，位于主托架和次托架之间的关节有一个关于纵轴一定程度的旋转自由度。在这个例子中，所述支撑包含一个执行器为了带来主托架对于垂直轴的旋转运动。在这个实施例中，所述执行器包含一个安装在关节上的发动机或者安装在气球上的吹风机。

在一个更优的实施例中，信息收集装置包含视频摄像机，热成像仪或气体检测器，比如氦气。

另一个安装在移动支撑设备上的例子比如一个液体膜敷贴，比如如FR-A-2952715中所描述补充一种检查泄露的方法。

在这个实施例中，移动支撑还包含一个检测托架，包括：

-一个通过缆绳和次托架连接，位于次托架上方的主平台，

-一个能调节缆绳长度的绞盘，所述绞盘能让主平台相对于次托架垂直运动，

-一个平台自带的信息收集装置。

在这个实施例中，检测托架还包括：

-一个第二平台，和

    -一个第二关节，

第二平台通过第二关节连接于主平台的底部，采集装置悬挂于第二平台上。

   在这个实施例中，第二平台还包括一个执行器，它作用于收集装置用于调整收集装置对于第二平台的方向。

本发明的第二个主题是上述支撑用于检查封闭的腔室或箱子壁状态的用途；被测箱子可能是运输液化天然气的箱子，箱子的壁包含主要金属薄膜。

最后，本发明的第三个主题是用于检查壁或矿井的垂直力向下的支撑的用途。

本发明的一个潜在想法是提供一个信息收集装置的移动支撑，所述移动支撑能够在和所述支撑不连接的被测元件周围移动，两者都是为了更精确地确定被检查元件点的位置同时让信息收集装置更靠近被测元件，让远距离无法检查的问题靠近后得到解决。本发明步骤中的很多方面都避免了所用的移动支撑和被测元件之间的风险，那些部件可能很脆弱。本发明的许多方面都是基于一个事实，即所述支撑可以分为两部分，一部分是一个垂直力为了让信息收集装置更靠近被测元件和携带收集装置的装置，另一部分是一个装置来移动相对于被测元件的支撑，这两部分之间通过一个平衡环连接为了防止两部分之间在移动过程中的相互作用。

为了更清楚地表达本发明的主题，附图中的两个实施例将用说明性和非限制性的例子来阐述。

附图说明：

图1是本发明第一实施例中用于检查底部或井底的支撑的整体结构示意图。

图2到 图9是本发明第二实施例的支撑的整体结构示意图。

图2是本发明第二实施例中用于检查运输液化天然气箱子顶壁的支撑的整体结构示意图。

图3是当箱子顶壁和侧壁连接时，当顶壁在斜坡上被检查时一些元件相对于图2的位置关系变化图。

图4A是图2和图3实施例中的支撑放大尺寸后的图，所述的图4A示出了对应于被测箱子顶壁各部件的位置关系。

图4B的图基于图4A，示出了对应于被测箱子侧壁各部件的位置关系。

图5是图4A装备绳索有的图，所述绳索在导向元件附近，其上包裹有一层护套用于防止绳索和球体之间的摩擦。

图6示出了将导向元件固定在球体上的方法。

图7示出了图6中VII VII单独的部分。

图8示出了本发明第二实施例所述支撑的整体结构示意图。

图9示出了本发明第三实施例所述支撑的整体结构示意图。

请参见图1所示，可以看到所述支撑包含一个主托架1和一个次托架2，两个托架之间用一个带平衡环的关节连接，它可能由一个万向球铰接3制作。次托架2设置在主托架1上方。主托架1在它的下表面设置了一个摄像机4并且在上表面设置了一个物块5，它靠近两个托架中间的关节。

次托架2通过四个柔性机械连接7连接在框架6上，每一个柔性机械连接7有一端连接在此托架2上，另一端连接在绞盘发动机8上。通过绞盘发动机8才能移动所述支撑，它是由两个平行于基准面的托架构成的，基准面正如本例子描述的就是井底的底部9。

因此不难理解，刚刚描述的所述支撑可以通过调节柔性机械连接7的长度（它由绞盘发动机8控制）来相对于底部9运动；在这种情况下，被摄影机4观察的底部9的区域可以被完美识别和在底部定位；主托架1上的所有物体的作用包括附加的物块5能保持主托架1相对于次托架2的方向从而保持对于底部9良好的观察距离从而得到想要的数值。

图2到图9示出了第二个变化实施例，其中，移动支撑包含一个主托架11，它和次托架12通过一个带平衡环的关节连接，它可能由一个万向球铰接13制作。主托架11设置在次托架12上方并且通过可变的机械绳索15连接于一个球体气球，它包含一个空心体14。气球14包含聚氨酯外壁，内部填充的气体是氦气。如果给出氦气和空气的相对密度，那么气球14会在主托架11上施加一个垂直向上的浮力，所述的浮力包含一个主托架11所受到的垂直向上的力。次托架12由四个柔性机械连接17支撑，四个柔性机械连接的另一端都连接于绞盘发动机18。

刚刚快速描述的移动支撑是用于检查运输液体天然气箱子的壁，发动机18设置在箱子侧壁的底端。球形气球14设置在一块金属板16上，金属板16正切于球体并且通过四个关节连接，这些关节和金属板形成一定角度并且末端和球体外壁紧密接触。球体14也包含一个相对于气球14中心平行于金属板16的对称板19，这个对称板尽量和金属板16保持平衡为了让球体14更容易地自转。

主托架11和球体14之间的机械连接是通过四段绳索15连接，他们一端连接于主托架11，另一端连接于球体14的外壁。绳索15和球体14的关节在球体圆环上所形成的角度为90°，所述的圆环和所述球体的中心有一定距离；绳索15的关节上标注有参考点20。每一段绳索15末端都有连接，但不是确保连接在球体14的外壁上，而是连接在主托架11上的调节装置15a上；调节装置15a可以调节绳索15的长度使球体旋转产生一个想要的角度。在图4A中，可以看到携带摄像机21的金属板16靠近箱子的顶壁22，这是本发明的支撑运行的地方；对称板19和金属板16一样连接于球体14的外壁上同时它携带了电池23，电池23使能改变绳索15的长度的调节装置正常运行。

当圆环上的关节20所形成的平面平行于箱子顶壁时，绳索的位置如图4A中所示。相反，如果如图3那样围绕中心旋转球体14，这种情况下，一条绳索会缩短而相对地另一条绳索会拉长，最终导致金属板16和待测箱子的斜面24对立，所述的斜面24连接箱子的顶壁和侧壁。这种旋转球体14的可能性为由金属板16携带的装置能和箱子壁上任何想要的点对立提供了可能性，不仅仅是顶壁22和斜面24，同时还包括箱子的侧壁，如图4B所示。

很明显，为了能得到图4B中的位置关系图，和球体14外壁相关的至少一段绳索15已经变化了位置。导向元件的一般参照25设置在球体14的赤道面上。从图4A和图4B中可以看到，导向元件间隔为90°的赤道面已经转过一个水平轴大约90°并穿过了球体14的中心。导向元件25的设计细节可以参照图6和图7。每一个导向元件都由安装在球体14外壁上的薄片26携带；每一片薄片26通过四个关节27连接，关节的末端27a连接在球体14的外壁上；这种安装方式是何安装金属板16和对称板19一样的。每一个导向元件25都包含两部分安装在薄片26上，其间是一段绳索15自由滑行的区域。

根据图5，可以看到带障碍的绳索15靠近导向元件25，对立于气球14的外壁；为了避免在球体14旋转过程中的材料磨损，在导向元件25附件的一个类似轴承的保护套28安装在绳索15上用于保护球体外壁的损伤。

在图8和图9的实施例中，对元件用了和图2到图7相似的参考记号。

在图8的实施例中，主托架11和次托架12之间的关节只有一个关于纵轴一定程度的旋转自由度，它是通过代替上述的万向球铰接13的枢轴连接20得到的。枢轴30可以装备一个执行器，比如锯齿状轮子的电动机，使连接在球体14上的主托架11对于连接在柔性连接17上的次托架12产生一个相对的旋转运动提供可能。

在图9的实施例中，垂直枢轴130是一个无源枢轴而不是机动的。气球14和主托架11的旋转是通过运行安装在球体14***上的吹风机31来实现的，目的是产生一个切向力。

借助于球体14相对于垂直轴产生的自由度，简化球体14和主托架11之间的自由度成为了可能。特别需要指出的是，只需要通过两个完全相对的绳索15就足够在球体的子午面上提供可调节的斜面。结合所有上述的自由度也可能实现一些其他功能，比如让一个高度定向测量仪能够准确被测量。

在图8的实施例中，也可以通过在主托架11和次托架12之间设置一个万向球铰接13来保持主托架11的角度。在图9的实施例中，次托架包含一个连接在连接臂17上的小环（图中未示出）。在这个例子中，主托架11的稳定性是通过连接在连接臂17上的小环由于体积小而不会大量出现翻转情况来实现的。而且，垂直枢轴能防止连接臂的正切力。

正如我们上面所提到的，图2到图9中的移动支撑能让运输天然液化气的箱子壁能够在每个被观察的壁都能精确定位（不管任何被观察的壁区域）。比如可能检查箱子上面角落箱子主要金属薄膜的局部变形和裂痕，甚至那些几乎不可见的，这是因为观察装置能够很稳定地移动到箱子壁非常近的距离。

箱子内的移动装置是通过控制连接臂17长度的发动机来驱动的。有N个这样的电动机，N是大于等于3的整数，他们安装在箱子内的固定位置，比如箱子底面的角落。在移动支撑移动的过程中，3个电动机是主驱动（有源）而N-3个箱子是跟随者（无源）。这个例子的基准面定位为3个主驱动电动机。

如果N个电动机的位置知道了，这些电动机就会根据预编程序而被数字控制驱动，比如执行一个***扫描或者跟随一条事先定好的路径。这驱动也可以通过操作员人工操作或者根据移动过程中所采集的数据动态影响驱动，比如通过影像识别得到轮廓跟踪来跟随测量浓度梯度等。

图2到图9的实施例能检查箱子的顶部。考虑到移动支撑的功能，箱子底部的部分区域依然不能被检查。产生这个问题的原因是绞盘18位于气球下方，在这样的距离内当气球向绞盘18移动时，电缆的保持力会变的太高，十分有风险。当气球和四个电动机等距离时这个力的大小是F/(4*tan(alpha))，F是气球的拉力，alpha是电缆对于水平线的角度。因此，上述的实施例中，箱子的底部区域只能通过一个或以上的操作员来人工完成。

由于自动检查相比与人工检查更加快速和可靠，检查箱子底面的自动检查更有优势。图10和图11的实施例能同时完整的检查箱子的顶部和底部，同时解决了滑轮有最大力的限制。

在图10和图11的实施例中，用了和图2到图9中相同或相似的参考标记。

参照图10所示，一个只能检查箱子22顶部的***补充了能检查箱子底部的***。

原理是悬挂一个检测托架需要从次托架112上建立一个一般基准100。这个次托架112包含特征是一个次托架12，它添加了和悬挂相关的特征。这个检测托架100的目的是检查箱子的底部。这个检测托架100可以像气球一样装备传感器和测量装置。这个检测托架100由于重力的作用而处于垂直状态，和气球垂直排列。这个检测托架100跟随气球14在箱子的水平面移动。并且，除了受到气球14的驱动力，这个检测托架100还受到垂直方向的驱动力。

这个检测托架100包括一个主平台106，一个次平台102，一个平衡环101和气体检测器。这个检测托架100还包括支柱105。

主平台106和气球垂直排列，中间连接有一段可调节长度的缆绳103来控制气球和箱子22底部之间主平台106的高度。次平台102通过带平衡环101的关节连接于主平台106的底部，平衡环可以是一个万向球铰接。整个装置平台通过支柱105和次平台102连接（如图11）。

这样的安排让检查底部包括水平面和斜面成为了可能。

平衡环101让主平台106能够和次平台102分离，为了确保次平台102的稳定性。因此，任何由主平台106上气球移动或缆绳103传送所引起的定向错乱都能得到抑制。它限制了在测量过程中设备的不规则移动。此外，次平台102的重量和主平台106保持平衡。这将减少在气球上的检测托架100的扰动。

通过图11可以更清晰地了解检测托架100的功能。从图中可以看到检测托架100通过缆绳103悬挂于次托架112下方。次托架112包含滑轮114。并且，主平台106包括滑轮110和一个发动机111。在之前的实施例中，气球是系在柔性机械连接17上的而主托架11是通过绳索15系在气球14上的。

一方面为了检查斜面和垂直面，另一方面为了更好的用这个措施，检测托架100的高度通过调节连接主平台106和气球14上的次平台112之间的缆绳103的长度来控制。通过驱动发动机111，检测托架100就和电梯上的小舱一样上下升降。发动机111上设置一个绞盘，它能调节在滑轮100和114之间的缆绳103的长度。这个实施例能很好地调节检测托架100的位置来限制垂直轴对于固定点的旋转。

设备的平台113包括一个框架114和棒子115尾端的检测器104。检测器104位于设备平台113的平面上，在垂直相交的两根棒子115上。第五个检测器104位于两根形成一定角度棒子115的交叉点上，和气球14的方向对立。

在一个可选实施例中，次平台102包括调节四个支柱105长度的方法，目的是是设备平台113的位置垂直。在这个实施例中，调整的意思是让设备平台113在四个支柱105的四个支撑点上得到想要的角度。这些调整比如让发动机有滑轮，调整为圆柱体等等。

图10的实施例能够检查垂直壁的底部，而现有设备的气球14只能检查顶部。

图1中下降的移动支撑和图2中上升的移动支撑都是基于相似的操作原理，他们之间的主要区别是垂直方向上的反向感。这两个实施例描述的相关元件也基本适用于其他实施例。

移动支撑还能进一步地应用于其他场合，比如检查一座桥或一栋建筑的外部结构，检查玻璃或者检查剧院的天花板。如果是这些情况的话，需要更多或更少的连接臂和发动机。比如，检查一个垂直侧壁只需要安装在侧壁顶部和底部的两个连接臂和两个发动机。

Claims (21)

1.一种用于信息收集装置（21）的移动支撑，所述支撑包括：

-一个主托架（11），所述主托架（11）受到一个垂直动力，

-一个次托架（12），所述次托架（12）上连接有多个柔性机械连接（17），该机械连接用于施加一个保持力，以使所述支撑相对于垂直动力平衡，柔性机械连接的长度可以调节以使所述支撑可以在工作区域移动，和

-一个连接主托架（11）和次托架（12）的关节（13），

其特征在于，所述垂直动力是由一个空心体（14）所产生的浮力，所述空心体（14）通过可变的机械绳索（15）连接于所述主托架（11），所述可变的机械绳索（15）由于所述浮力的原因处于拉紧的状态，所述次托架（12）被设置在所述主托架（11）的下方，并且所述可变的机械绳索（15）允许所述的空心体（14）相对于所述主托架（11）有受限制的旋转，所述旋转由所述绳索（15）长度变化引起，所述旋转的中心是所述空心体（14）的中心。

2.根据权利要求1所述的支撑，其特征在于，所述关节（13）包含一个平衡环，从而使所述主托架相对于垂直动力保持恒定的垂直方向。

3.根据权利要求1或2所述的支撑，其特征在于，所述位于主托架（11）和次托架（12）之间的所述关节有一个围绕纵轴一旋转自由度。

4.根据权利要求3所述的支撑，其特征在于，它包含一个执行器，实现所述主托架对于垂直轴的旋转运动。

5.根据权利要求1-4所述的支撑，其特征在于，该保持力通过至少三的所述柔性机械连接（17）作用于所述次托架（12）上，每一段通过端部中的一个连接于基准面。

6.根据权利要求5所述的支撑，其特征在于，它包含位于基准面的发动机（18），所述发动机能调节柔性机械连接（17）的长度，从而使该支架基于基准面移动。

7.根据权利要求1-6所述的支撑，其特征在于，所述的空心体（14）是一个气球，中间填充的气体为氦气。

8.根据权利要求1-7所述的支撑，其特征在于，该信息收集装置（21）安装在主托架（11）内空心体（14）上的一块金属板（16）上，所述金属板（16）和相对于空心体（14）中心对称的平衡板（19）保持平衡。

9.根据权利要求1-8所述的支撑，其特征在于，可变的机械绳索（15）两端通过一个调节装置（15a）和空心体（14）外侧连接，所述调节装置（15a）位于主托架（11）内并且可以调节绳索（15）的长度使空心体（14）旋转产生一个想要的角度。

10.根据权利要求9所述的支撑，其特征在于，所述调节装置（15a）能让空心体（14）产生的角度在球体中的至少一个子午线平面内在0°和至少90°之间。

11.根据权利要求1-10所述的支撑，其特征在于，主托架（11）和空心体（14）之间通过至少两段可变的机械绳索（15）连接，位于空心体（14）上的关节（20）在空心体（14）上的圆环上呈180°对称分布，两个关节所形成的平面和空心体（14）的中心点有一定距离，所述圆环在主托架（11）内空心体（14）的参考位置水平放置。

12.根据权利要求11所述的支撑，其特征在于，每一段可变的机械绳索（15）都有一个导向元件（25），导向元件在空心体（14）的外壁上并且在空心体赤道圆环上，赤道圆环和位于至少两段可变的机械绳索（15）和空心体（14）上两个关节（20）所形成的圆环平行。

13.根据权利要求12所述的支撑，其特征在于，每一段靠近导向元件（25）的可变的机械绳索（15），都包裹有一层护套（28）用于防止绳索（15）和空心体（14）之间的摩擦。

14.根据权利要求12或13所述的支撑，其特征在于，每一个导向元件（25）包含至少一个制动器为了预防空心体（14）支撑检查被检查元件过程中挤压或破坏被检查元件。

15.根据权利要求1-14所述的支撑，其特征在于，还包含一个检测托架，包括：

-一个通过缆绳（103）和次托架（112）连接，位于次托架（112）上方的主平台（106），

-一个能调节缆绳（103）长度的绞盘（111），所述绞盘能让主平台（106）相对于次托架（112）垂直运动。

16.-一个平台自带的信息收集装置（21）

根据权利要求15所述的支撑，其特征在于，还包括：

-一第二平台（102），和

-一第二关节（101），

第二平台（102）通过第二关节（101）连接于主平台（106）的底部，采集装置悬挂于第二平台（102）上。

17.根据权利要求16所述的支撑，其特征在于，第二平台（102）还包括一个执行器，它作用于收集装置（104）用于调整收集装置（104）对于第二平台（102）的方向。

18.根据权利要求1-17所述的支撑，其特征在于，信息收集装置（21）包含从由视频摄像机，热成像仪，气体检测器和尺寸测量传感器中的至少一种仪器。

19.根据权利要求1-18所述的支撑，其特征在于，空心体为球体或者圆柱体。

20.一种如权利要求1-19所述的支撑的用途是检查箱子在封闭的腔室壁的状态。

21.根据权利要求20所述的用途，其特征在于，所述的被检查的箱子用于运输液化天然气，箱子的壁包含主要金属薄膜。