CN111024157A

CN111024157A - 一种检验水下运动平台的方法

Info

Publication number: CN111024157A
Application number: CN201911324019.0A
Authority: CN
Inventors: 倪中华; 孙桂芳; 王鹏飞; 卢轶; 王占栋
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: CN111024157B

Abstract

本发明涉及一种检验水下运动平台的方法，包括待检验平台、一维球阵列（经激光干涉比较仪标定）、测头、水下测距传感器、特定位置标记回转轴，本发明包括以下三个步骤：1.分别利用一维球阵列、测头、测距传感器及特定位置标记回转轴测量平台水上工作定位精度；2.利用露天水池构建浅水环境，检验平台长时间水下安全工作能力，并复核检验平台定位精度；3.利用压力水箱构建深水压力环境，进一步检验平台于深水环境下的定位精度。本方法能够进行水下运动平台定位精度的测量检验，具有简便易行，对检验地点要求低的优点，极大地减少了检验成本及设备运输成本。

Description

一种检验水下运动平台的方法

技术领域

本发明属于运动平台检测技术领域，具体涉及一种检验水下运动平台的方法。

背景技术

水下运动平台能够搭载各种的海洋设备，在海洋中进行多种的探索、研究、开发工作，是海洋开发诸多工作设备的重要载体。由此，对于诸多搭载的开发设备的安全工作来说，水下运动平台的检验是至关重要的。

对于水下运动平台的检验标准一般集中于以下两个方面：

（1）平台及加工部的水密能力，水下安全工作时间；

（2）X,Y,Z轴及回转轴的定位精度。

现有的水下运动平台的安全工作能力检验方法存在一些缺陷，比如检验需寻找相应的深水试验水池，将运动平台置于与设定工作环境类似的水池中，进行模拟环境工作测试，该水下运动平台安全工作能力检验方法对深水试验水池内检验试验地点要求高，运输困难，成本高。

现有的平台运动定位精度检测方法在应用于水下时存在水环境对检测的干扰，尤其为激光干涉测量法。

发明内容

本发明提供一种检验水下运动平台的方法，用以解决水下运动平台安全工作能力检验所需试验环境要求高和水下运动平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种检验水下运动平台的方法，包括架设于待检测平台上的检验架、测头、回转轴其中：所述检验架上设有一个旋转轴，所述旋转轴输出端设有接口，所述接口能够与测头和回转轴择一连接；

包括一维球阵列，所述一维球阵列安装于所述待检测平台上；

包括排水罩、密封条槽以及排水气孔，所述排水罩套设在所述测头上，所述排水罩一侧端头处设有密封条槽；所述排水罩内部为空腔，所述排水气孔设在所述排水罩上与所述测头同轴处；包括具有箱盖的压力水箱，所述待检测平台和检验架位于所述压力水箱内，具体步骤如下：

A、水上环境检验阶段

a、X，Y，Z轴定位精度检验：所述接口装配所述测头，将所述一维球阵列分别沿X，Y，Z三轴方向安装在所述待检测平台上，所述测头对所述一维球阵列上经标定的若干钢球球心距进行测量，测量出对应的X，Y，Z三轴球心距测量值，经标定的若干钢球球心距为标定值，将测量值与标定值对比，得出X，Y，Z三轴定位精度；

b、旋转轴定位精度检验

b1、在所述接口改装配回转轴，设定所述回转轴靠近端尾处一点为标记点，设定所述接口与所述回转轴连接处为回转中心；

b2、测定L1的值；

b3、所述回转轴逆时针旋转30°，测定L2的值，将L1和L2带入实际旋转角度测量值公式：

α=arc sin[L2/L1]

式中：L1为所述标记点距离所述回转中心经标定距离；L2为旋转后所述标记点位置与初始所述标记点所在水平面的垂直距离；α为实际旋转角度测量值；

b4、将α与标定旋转角度30°进行对比得出误差值；

b5、所述旋转轴带动所述回转轴以每30°为一个目标位置旋转一周，每次旋转后重复步骤b1至b4进行检验；

b6、上述步骤b1至b5得到的各项数据如不符合水上环境定位精度要求，则不进行下一步骤，反之进入下一步骤。

优选的，B、浅水环境检验阶段

B1、搭建浅水环境：根据检验架占地面积及高度，搭建简易露天水池，注水，构建能够浸没检验架的浅水环境；

B2、浅水环境长时间水密能力检验：将待检测平台和检验架吊入简易露天水池内，正常运行所设定的工作时间，期间检验待检测平台是否能在浅水环境内安全正常运行；

B3、浅水环境长时间定位精度检验：待检测平台于上一步正常运行后，将待检测平台吊出简易露天水池，在密封条槽处装入密封条后，为测头加装水下工作排水罩，在接口处加装配有排水罩的测头，保持排水气孔沿测头方向的进气，将待检测平台重新吊入简易露天水池，重复上述a步骤X，Y，Z轴定位精度检验；将待检测平台吊出简易露天水池，在接口改装回转轴，重复上述b步骤旋转轴定位精度检验；

B4、上述步骤B1至B3得到的各项数据如不符合浅水环境定位精度要求，则不进行下一步骤，反之进入下一步骤。

优选的，C、设定水深压力环境检验阶段

C1、设定水深压力环境水密能力检验：将待检测平台和检验架吊入压力水箱内，对压力水箱进行注水，待浸没检验架一定水深后锁紧密封压力水箱，然后对压力水箱进行加压至所设定水深压力，待检测平台正常运行所设定工作时间，期间检验待检测平台于设定环境下的安全工作能力；

C2、设定水深压力环境定位精度检验：待检测平台于上一步正常运行后，压力水箱排水泄压，打开水箱盖，吊出检验架，在接口加装配有排水罩的测头，保持排水气孔沿测头的方向进气，将检验架吊入压力水箱内，对压力水箱进行注水，待浸没检验架一定水深后锁紧密封压力水箱，然后对压力水箱进行加压至检验架设定水深处压力，重复上述a步骤X，Y，Z轴定位精度检验；压力水箱排水泄压，打开水箱盖，吊出检验架，在接口处改装回转轴，重复上述b步骤旋转轴定位精度检验。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1.本发明对检测设备的要求较低，更为简单易行，对检测地的要求更低，减少了设备检测的运输成本；

3. 本发明能够在浅水及密闭的压力水箱内利用简单的设备测量平台的定位精度；

4. 本发明能够应用于各种水下工作平台的水下安全工作能力检验，极大地减少了相应的安全检验成本；

5.本发明先进行浅水环境检验平台水密安全能力，能够减少平台水下意外发生后的损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的接口结构示意图；

图3是本发明的一维球阵列结构示意图；

图4是本发明的回转轴旋转示意图；

图5是本发明压力水箱示意图；

图6是本发明侧头结构示意图。

图中：1、待检测平台；2、检验架；3、旋转轴；4、接口；5、测头；6、回转轴；7、一维球阵列；8、回转中心；9、箱盖；10、压力水箱；11、标记点；51、排水罩；52、密封条槽；53、排水气孔。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

海洋是一个巨大的资源宝库，开发海洋蓝色国土、拓展生存和发展空间，已成为当今世界潮流。水下运动平台能够搭载各种的海洋设备，在海洋中进行多种的探索、研究、开发工作，是海洋开发诸多工作设备的重要载体。由此，对于诸多搭载的开发设备的安全工作来说，水下运动平台的检验是至关重要的。对于水下运动平台的检验标准一般集中于以下两个方面：

1、平台及加工部的水密能力，水下安全工作时间；2、X,Y,Z轴及回转轴的定位精度。

水下运动平台的安全工作能力检验一般为寻找相应的深水试验水池，将运动平台置于与设定工作环境类似的水池中，进行模拟环境工作测试，检验运动平台的水密安全及稳定工作能力。

平台运动定位精度检测方法主要可分为两类：第一类是接触式误差测量方法，主要有一维球列法、球柄仪法等，经过误差参数辨识后，这类检测方法可以直接测量各个误差元，测量精度高，操作简便，设备成本低；第二类是非接触式误差测量方法，主要有正交光栅检测及分离法、激光干涉测量法等，这类检测方法测量精度高，实时性强，检测速度快，操作界面友好，软件处理***功能强大。

常规的水下运动平台安全工作能力检验方法能够构建与实际相同的模拟环境，可信度高，但深水试验水池内检验试验地点要求高，运输困难，成本高；平台运动定位精度检测方法在应用于水下时存在水环境对检测的干扰，尤其为激光干涉测量法。

因此，需要根据成本及适用性因素考虑为水下平台构建相应的检验方案。本发明一种检验水下运动平台的方法解决了上述存在的问题，具体技术方案如下：

实施例1

如图1至图6所示，一种检验水下运动平台的方法，通过一检验装置对待检测平台1进行各项检验。该检验装置主要包括架设于待检测平台1上的检验架2、测头5、回转轴6三部分（如图1所示），所述检验架2上设有一个旋转轴3，所述旋转轴3输出端设有接口4，所述接口4能够与测头5和回转轴6择一连接。所述检验架2由4个伺服电机驱动，能够在控制***的控制下，使运动部件能够在X,Y,Z轴及回转轴6上独立或联动进行运动。检验装置还包括一维球阵列7，所述一维球阵列7安装于所述待检测平台上1，所述一维球阵列7经激光干涉比较仪标定，所述一维球阵列7由在刚度大的杆上，镗一系列尺寸相同的定位孔，在定位孔内粘接一些尺寸相同、球度误差很小的钢球构成（如图3所示）。

所述回转轴6为一根可安装于接口4处的细长杆，杆尾端设有标定点11，且经激光干涉仪标定了标定点11与回转中心8距离为L1（如图4所示），回转中心8为所述接口4与所述回转轴6连接处（如图2所示）。

本发明还包括排水罩51、密封条槽52以及排水气孔53，所述排水罩51套设在所述测头5上，所述排水罩51一侧端头处设有密封条槽52；所述排水罩51内部为空腔，所述排水气孔53设在所述排水罩51上与所述测头5同轴处。本发明还包括具有箱盖9的压力水箱10（如图5所示），所述待检测平台1和检验架2位于所述压力水箱10内，本发明主要包含三大检验阶段，具体步骤如下：

第一阶段：水上环境检验阶段

a、X，Y，Z轴定位精度检验：所述接口4装配所述测头5，将所述一维球阵列7分别沿X，Y，Z三轴方向安装在所述待检测平台1上，所述测头5对所述一维球阵列7上经标定的若干钢球球心距进行测量，测量出对应的X，Y，Z三轴球心距测量值，经标定的若干钢球球心距为标定值，将测量值与标定值对比，得出X，Y，Z三轴定位精度；

b、旋转轴定位精度检验

b1、在所述接口4改装配回转轴6，设定所述回转轴6靠近端尾处一点为标记点7，设定所述接口4与所述回转轴6连接处为回转中心8；

b2、测定L1的值；

b3、所述回转轴6逆时针旋转30°，测定L2的值，将L1和L2带入实际旋转角度测量值公式：

α=arc sin[L2/L1]

式中：L1为所述标记点7距离所述回转中心8经标定距离；L2为旋转后所述标记点7位置与初始所述标记点7所在水平面的垂直距离；α为实际旋转角度测量值；

b4、将α与标定旋转角度30°进行对比得出误差值；

b5、所述旋转轴3带动所述回转轴6以每30°为一个目标位置旋转一周，每次旋转后重复步骤b1至b4进行检验；

第二阶段：浅水环境检验阶段

B1、搭建浅水环境：根据检验架占地面积及高度，搭建简易露天水池，注水，构建能够浸没检验架的浅水环境（所述简易露天水池，用于平台浅水水密安全能力检测，其由PVC夹网布与钢管架搭建而成，能够按需构建浸没待检测平台的浅水环境）；

B2、浅水环境长时间水密能力检验：将待检测平台1和检验架吊入简易露天水池内，正常运行所设定的工作时间（该工作时间为：现有设计安全工作时间的3倍左右），期间检验待检测平台1是否能在浅水环境内安全正常运行；

B3、浅水环境长时间定位精度检验：待检测平台1于上一步正常运行后，将待检测平台1吊出简易露天水池，在密封条槽52处装入密封条后，为测头5加装水下工作排水罩51，所述排水罩51能够利用气流排水构建水下局部干区环境，为测头5的水下工作提供合适的工作环境（如图6所示）；在接口4处加装配有排水罩51的测头5，保持排水气孔53沿测头5方向的进气，将待检测平台1重新吊入简易露天水池，重复上述a步骤X，Y，Z轴定位精度检验；将待检测平台1吊出简易露天水池，在接口4改装回转轴6，重复上述b步骤旋转轴定位精度检验；

3、根据权利要求2所述的一种检验水下运动平台的方法，其特征在于：还包括以下步骤：

C、设定水深压力环境检验阶段

C1、设定水深压力环境水密能力检验：将待检测平台1和检验架2吊入压力水箱10内，对压力水箱10进行注水，待浸没检验架2一定水深后锁紧密封压力水箱10，然后对压力水箱10进行加压至所设定水深压力，待检测平台1正常运行所设定工作时间，期间检验待检测平台1于设定环境下的安全工作能力；

C2、设定水深压力环境定位精度检验：待检测平台1于上一步正常运行后，（如图6所示）压力水箱10排水泄压，打开水箱盖9，吊出检验架2，在接口4加装配有排水罩51的测头5，保持排水气孔53沿测头5的方向进气，将检验架2吊入压力水箱10内，对压力水箱10进行注水，待浸没检验架一定水深后锁紧密封压力水箱10，然后对压力水箱10进行加压至检验架2设定水深处压力，重复上述a步骤X，Y，Z轴定位精度检验；压力水箱10排水泄压，打开水箱盖9，吊出检验架2，在接口4处改装回转轴6，重复上述b步骤旋转轴定位精度检验。

本发明主要包括检验架2、一维球阵列7（经激光干涉比较仪标定）、测头5、水下测距传感、特定位置标记回转轴6。还包括测头5水下工作时所需安装的排水罩51，简易露天水池以及压力水箱10。本发明包括三个步骤：1.分别利用一维球阵列7、测头5、测距传感器及特定位置标记回转轴6测量待检验平台1水上工作定位精度；2.利用露天水池构建浅水环境，检验待检验平台1长时间水下安全工作能力，并复核检验待检验平台1定位精度；3.利用压力水箱10构建深水压力环境，进一步检验待检验平台1于深水环境下的定位精度。

本发明三个环境阶段为递进关系，某一环境检验不符合规定要求，即无需进行下一步骤，因为三个环境阶段的检验成本越来越大，因此本发明中某一环境阶段检验数据不符合规定要求，即终止后续检验可以很好的避免了检验成本不必要的成本消耗。本发明还简单易行，对检测地的要求更低，减少了设备检测的运输成本；能够在浅水及密闭的压力水箱内利用简单的设备测量平台的定位精度；能够应用于各种水下工作平台的水下安全工作能力检验，极大地减少了相应的安全检验成本。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种检验水下运动平台的方法，包括架设于待检测平台（1）上的检验架（2）、测头（5）、回转轴（6）其中：

所述检验架（2）上设有一个旋转轴（3），所述旋转轴（3）输出端设有接口（4），所述接口（4）能够与测头（5）和回转轴（6）择一连接；

包括一维球阵列（7），所述一维球阵列（7）安装于所述待检测平台上（1）；

包括排水罩（51）、密封条槽（52）以及排水气孔（53），所述排水罩（51）套设在所述测头（5）上，所述排水罩（51）一侧端头处设有密封条槽（52）；所述排水罩（51）内部为空腔，所述排水气孔（53）设在所述排水罩（51）上与所述测头（5）同轴处；

包括具有箱盖（9）的压力水箱（10），所述待检测平台（1）和检验架（2）位于所述压力水箱（10）内，其特征在于具体步骤如下：

A、水上环境检验阶段

a、X，Y，Z轴定位精度检验：所述接口（4）装配所述测头（5），将所述一维球阵列（7）分别沿X，Y，Z三轴方向安装在所述待检测平台（1）上，所述测头（5）对所述一维球阵列（7）上经标定的若干钢球球心距进行测量，测量出对应的X，Y，Z三轴球心距测量值，经标定的若干钢球球心距为标定值，将测量值与标定值对比，得出X，Y，Z三轴定位精度；

b、旋转轴定位精度检验

b1、在所述接口（4）改装配回转轴（6），设定所述回转轴（6）靠近端尾处一点为标记点（7），设定所述接口（4）与所述回转轴（6）连接处为回转中心（8）；

b2、测定L1的值；

b3、所述回转轴（6）逆时针旋转30°，测定L2的值，将L1和L2带入实际旋转角度测量值公式：

α=arc sin[L2/L1]

式中：L1为所述标记点（7）距离所述回转中心（8）经标定距离；L2为旋转后所述标记点（7）位置与初始所述标记点（7）所在水平面的垂直距离；α为实际旋转角度测量值；

b4、将α与标定旋转角度30°进行对比得出误差值；

b5、所述旋转轴（3）带动所述回转轴（6）以每30°为一个目标位置旋转一周，每次旋转后重复步骤b1至b4进行检验；

2.根据权利要求1所述的一种检验水下运动平台的方法，其特征在于：还包括以下步骤：

B、浅水环境检验阶段

B2、浅水环境长时间水密能力检验：将待检测平台（1）和检验架吊入简易露天水池内，正常运行所设定的工作时间，期间检验待检测平台（1）是否能在浅水环境内安全正常运行；

B3、浅水环境长时间定位精度检验：待检测平台（1）于上一步正常运行后，将待检测平台（1）吊出简易露天水池，在密封条槽（52）处装入密封条后，为测头（5）加装水下工作排水罩（51），在接口（4）处加装配有排水罩（51）的测头（5），保持排水气孔（53）沿测头（5）方向的进气，将待检测平台（1）重新吊入简易露天水池，重复上述a步骤X，Y，Z轴定位精度检验；将待检测平台（1）吊出简易露天水池，在接口（4）改装回转轴（6），重复上述b步骤旋转轴定位精度检验；

3.根据权利要求2所述的一种检验水下运动平台的方法，其特征在于：还包括以下步骤：

C、设定水深压力环境检验阶段

C1、设定水深压力环境水密能力检验：将待检测平台（1）和检验架（2）吊入压力水箱（10）内，对压力水箱（10）进行注水，待浸没检验架（2）一定水深后锁紧密封压力水箱（10），然后对压力水箱（10）进行加压至所设定水深压力，待检测平台（1）正常运行所设定工作时间，期间检验待检测平台（1）于设定环境下的安全工作能力；

C2、设定水深压力环境定位精度检验：待检测平台（1）于上一步正常运行后，压力水箱（10）排水泄压，打开水箱盖（9），吊出检验架（2），在接口（4）加装配有排水罩（51）的测头（5），保持排水气孔（53）沿测头（5）的方向进气，将检验架（2）吊入压力水箱（10）内，对压力水箱（10）进行注水，待浸没检验架一定水深后锁紧密封压力水箱（10），然后对压力水箱（10）进行加压至检验架（2）设定水深处压力，重复上述a步骤X，Y，Z轴定位精度检验；压力水箱（10）排水泄压，打开水箱盖（9），吊出检验架（2），在接口（4）处改装回转轴（6），重复上述b步骤旋转轴定位精度检验。