一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置及使用方法

技术领域

本发明属于相机视觉识别技术及工程安装领域，更具体地说，是涉及一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置及使用方法。

背景技术

当下工程安装针对大型构件的转运过程中，需要用到测距设备，常用测距设备有摄像机、激光传感器、工业相机等，其工作温度范围为-30～60℃，无法适应超低温环境。摄像设备测量距离大，但是测量定位精度无法达到1mm及以下精度的要求；激光传感器测量精度高，但是测距一般在1米左右，无法满足物距2～5米高精度引导定位。并且由于常用测距设备本身不具备110～323K(-163.15℃～49.85℃)大跨度温度条件下高精度引导定位的能力，使得在高低温切换环境下工作的大型构件的引导定位操作很难实现。因此，为了提高大型构件高低温切换环境下的安装精度，使得在高低温切换环境下工作的大型构件的引导定位操作得以实现，需要一种能够适应大跨度高低温切换的高精度引导定位装置。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置，以解决常用的测距设备不具备大跨度温度条件下高精度引导定位的能力，在高低温切换环境下工作的大型构件的引导定位操作难实现的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置，包括：

导向装置，包括安装在大型构件上的导向销和设置在外接设备上的导向槽，所述导向销刚好能和所述导向槽插接而不会松动；

监测装置，包括监测装置壳体和安装于所述监测装置壳体内部的监测装置主体，所述监测装置安装在大型构件上装有所述导向销的一面，且所述监测装置安装在所述导向销的上方和侧方；

温度控制机构，包括加热装置和散热装置，所述加热装置设置于所述监测装置壳体内和所述监测装置主体上，所述散热装置设置于所述监测装置壳体内。

优选地，所述监测装置壳体的底部设置有观察窗。

优选地，所述温度控制机构还包括：热控隔热件、温度控制装置和温度监测装置，所述热控隔热件设置于所述监测装置壳体内的四周以及顶部，所述温度控制装置设置于控制箱内，所述温度监测装置设置于所述监测装置壳体内并与所述温度控制装置连接。

优选地，安装所述监测装置和所述定位销到大型构件上时，监测装置与所述导向销的垂直距离在2～5米之间。

优选地，所述热控隔热件为具有四层结构的隔热层，所述隔热层从外到内由聚酰亚胺层、气凝胶复合材料层、聚四氟乙烯层和铝合金层组成。

优选地，还包括推动件，所述推动件设置于所述监测装置壳体内部的两侧。

优选地，导向槽平台标记有以所述导向槽为圆心的大小不同的同心圆。

本发明还提供一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：先将所述导向销安装在大型构件上，然后将所述监测装置安装在大型构件上装有所述导向销的一面，且所述监测装置安装在所述导向销的上方和侧方；

步骤二：起吊装有所述定位销和所述监测装置的大型构件，当所述定位销的底部到达与所述定位槽垂直或水平20～30mm的距离时，停止移动大型构件，由所述监测装置对所述定位槽进行定位拍照。

优选地，高温环境下，启动所述散热装置散热，同时启动所述推动件打开所述监测装置壳体的两侧面加速散热；低温环境下，启动所述推动件关闭所述监测装置壳体的两侧面，然后启动所述加热装置加热并由所述热控隔热件保温。

优选地，步骤一中，安装所述监测装置和所述定位销到大型构件上时，监测装置与所述导向销的垂直距离在2～5米之间。

由上述方案可知，本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置及使用方法,用导向装置和监测装置定位，辅助温控机构调节温度，其有益效果在于：与现有技术相比，本发明解决了常用的测距设备不具备大跨度温度条件下高精度引导定位的能力，在高低温切换环境下工作的大型构件的引导定位操作难实现的问题。也解决了常用的测距设备无法兼顾大测量距离和小测量定位精度的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置的使用过程示意图；

图2为用于大型构件转运的高精度引导定位装置所采用的标记同心圆的示意图；

图3为本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置所采用的热控隔热件的剖面结构示意图；

图4为本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置所采用的监测装置的内部结构示意图。

图中：1、导向装置；11、导向销；12、导向槽；2、监测装置；21、监测装置壳体；22、监测装置主体；3、温度控制机构；31、加热装置；32、散热装置；33、热控隔热件；35、温度监测装置；4、推动件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请一并参阅图1至图4，现对本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置的一种具体实施方式进行说明。该种用于大型构件转运的高精度引导定位装置包括：导向装置1、监测装置2以及温度控制机构3，其中导向装置1，包括安装在大型构件上的导向销11和设置在外接设备上的导向槽12，导向销11刚好能和导向槽12插接而不会松动；监测装置2，包括监测装置壳体21和安装于监测装置壳体21内部的监测装置主体22，监测装置2安装在大型构件上装有导向销11的一面，且监测装置2安装在导向销11的上方和侧方；温度控制机构3，包括加热装置31和散热装置32，加热装置31设置于监测装置壳体21内和监测装置主体22上，散热装置32设置于监测装置壳体21内。

在本实施例中，导向装置1和监测装置2配合可以实现该种装置的高精度引导定位功能，温度控制机构3可以使监测装置2在大跨度高低温切换的环境下工作的目标得以实现，具体特征如下：先将导向销11安装在大型构件上，再将监测装置2安装在大型构件上装有导向销11的一面，且监测装置2安装在导向销11的上方和侧方(监测装置2至少设置两台)，监测装置2通过三米长的滑槽安装在大型构件上，滑槽的外侧方设有尺寸刻度，监测装置2可以在滑槽内自由滑动，确定好安装位置后可拧动螺栓固定监测装置2，定位槽12设置在外接设备上，然后起吊并移动该大型构件，使得定位销11的底部到达与定位槽12垂直或水平20～30mm的距离，此时停止移动大型构件，由监测装置2对定位槽12进行定位拍照。监测装置2主要实现定位销11与定位槽12相对位置的精准监测，通过带刻度的三米长的滑槽将监测装置2安装在大型构件上，后续再次调节监测装置2的位置时，可以无需再次测量距离，提高了效率，同时监测装置2与监控室连接，可将影像数据传输至监控室，以便工作人员进行直观的观测并控制大型构件的下降或左右移动，进而实现定位销11与定位槽12的精准插接，可维持大型构件后续运行轨迹的准确性；其中监测装置壳体21的两相对的侧面的下端可打开，可打开的侧面下端部与底部为磁性吸附连接，监测装置主体22主要由工业监控相机及工业相机镜头组成，与现有的相机不同之处在于，该镜头不设置镜头四周的保护圈，即镜头部分与四周平齐，镜头部分为平面状，相机的顶端固定安装在监测装置壳体21的顶部，相机底端的镜头部分贴近监测装置壳体21的底部(二者之间的距离为12mm-22mm，优选17mm)，另外监测装置主体2上设置有清洁机构，清洁机构包括，滑槽、“工”字形滑块、第一清洁刷、第二清洁刷、固定件、固定块和“U”形连接件，具体情况如下：监测装置壳体21内部的(下端不可打开的)两相对侧面的底端设置有长度大于镜头直径的滑槽，且镜头的中心点落在两滑槽的中间位置的连线上，滑槽内的相对应位置设有“工”字形滑块，该滑槽与监控室连接，由监控室控制滑块的滑动，两滑块同步滑动且在监测装置壳体21内部通过两端呈“T”字形的固定件连接，在监测装置壳体21外部由整体呈“U”形(两端呈“T”形)的连接件连接两滑块(固定件位于监测装置壳体21内部的壳体底部与镜头之间，“U”形连接件位于监测装置壳体21的外部，且“U”形连接件的底部位于监测装置壳体21底部之下)，四处连接处均设置有固定块，固定件外部和“U”形连接件底端的外部分别设置有第一清洁刷和第二清洁刷(在可实现清洁功能材料的范围内，多种材料都可以用作清洁刷，优选皮刷)，第一清洁刷和第二清洁刷外部设有固定条分别将其与固定件和“U”形连接件卡合，第一清洁刷和第二清洁刷均呈长条状，或其他可实现清洁的形状，两清洁刷的长度至少大于镜头的直径，第一清洁刷的宽度与镜头到监测装置壳体21底部相适配，该第一清洁刷在其宽度的延伸方向上两侧柔软且呈扁平状，因由固定件支撑，故中间部分坚固且呈凸起状，该第一清洁刷最终的安装状态为两侧扁平状分别与镜头和监测装置壳体21底部接触，“U”形连接件的底端的第二清洁刷宽度为5mm-10mm，优选8mm，该第二清洁刷在其宽度的延伸方向上的一侧柔软且呈扁平状，另一端因由“U”形连接件支撑，故坚固且呈凸起状，该第二清洁刷最终的安装状态为呈扁平状的一侧与监测装置壳体21底部相接触，在不需要清洁时，滑块滑动到滑动槽的末端，带动两清洁刷远离镜头，不会妨碍装置的正常监测工作，需要清洁的时候，则可在监控室控制滑块在滑槽内来回滑动，从而带动两清洁刷对镜头表面以及监测装置壳体21的内外两侧的雾气及灰尘进行清洁，其中镜头去掉了四周的保护圈设置成平齐状的设计便于对镜头表面灰尘及雾气的清洁，相机镜头贴近监测装置壳体21的底部既可以减少反光现象，又方便了第一清洁刷的清洁工作，“工”字形的滑块能实现同时连接内外两个清洁刷，清洁刷外设置的固定条能避免清洁刷在工作过程中与固定件和“U”形连接件出现松动打滑现象，保证了清洁刷的清洁效果，固定件和“U”形连接件的两端呈“T”形并与固定块配合固定，避免了清洁刷工作过程中带动固定件和“U”形连接件转动，保证清洁刷的清洁效果，清洁刷与镜头和监测装置壳体21接触的一侧柔软且呈扁平状，另一侧坚固且呈凸起状，既保证了清洗效果又不会损伤镜头和监测装置壳体21，通过设置清洁机构，可以将大跨度温度条件下镜头表面和监测装置壳体21底部的雾气以及灰尘清洁掉，不会影响对导向装置1的监测，便于远程控制大型构件的转运，使得实现大跨度温度下大型构件的转运更加简单。加热装置31设置在监测装置壳体21的内表面和监测装置主体22的外表面上，散热装置32设置在监测装置壳体21内的侧表面。高温环境下，启动散热装置32，帮助监测装置主体22散热，散热装置32安装在监测装置壳体21内的侧表面，能加速空气流动，提高散热效果；低温环境下，启动加热装置31，提升监测装置2的温度，其中加热装置31设置在监测装置壳体21的内表面和监测装置主体22的外表面上，能快速提高监测装置2的温度，对监测装置主体22起到保护作用。

与现有技术相比，本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置，提供的监测装置2主要实现定位销11与定位槽12相对位置的精准监测，其中清洁机构辅助清洁镜头及监测装置壳体21底部内外的雾气及灰尘，以便工作人员进行直观的观测并控制大型构件的下降或左右移动，进而实现定位销11与定位槽12的精准插接；加热装置31和散热装置32能对监测装置主体2和其周围环境的温度进行调节，使得监测装置2在大跨度高低温切换的环境下工作的目标得以实现。

在一些实施例中，请一并参阅图1至图4，该种装置还包括推动件4，推动件4整体为可伸缩的杆体结构，温度控制机构3还包括：热控隔热件33、温度控制装置和温度监测装置35，热控隔热件33设置于监测装置壳体21内表面的四周以及顶部，温度控制装置(图中未画出)设置于控制箱内，温度监测装置35设置于监测装置壳体21内并通过控制线与温度控制装置连接，推动件4设置于监测装置壳体21内部相对的两侧，推动件4的一端与监测装置壳体21的侧壁连接，推动件4的另一端与监测装置壳体21的侧壁(与推动件4转动连接的侧壁相邻)连接，推动件4与温度控制装置通过控制线连接。工作过程中，温度监测装置35将信号传送到温度控制装置，高温环境下，温度控制装置会启动散热装置32，帮助监测装置主体22散热，温度控制装置也会控制推动件4向外推开监测装置壳体21的侧壁从而打开热控隔热件33，使得监测装置2的内部与外界连通，加速空气的流动，提升散热效果；低温环境下，温度控制装置会启动加热装置31，提升监测装置2的温度，同时，温度控制装置也会控制推动件4向内收回关闭监测装置壳体21的侧壁，监测装置壳体21下端的磁性吸附件使得热控隔热件33将监测装置壳体21的内壁密封好，从而让监测装置2的内部与外界隔离，达到保温目的。通过推动件4、加热装置31、散热装置32、热控隔热件33、温度控制装置和温度监测装置35保证了监测装置主体22的工作环境温度；当外界环境温度低273K(-0.15℃)时，温度控制装置会控制推动件4关闭监测装置壳体21的两侧面从而闭合热控隔热件33，当外界环境温度高于323K(49.85℃)时，装置会在监控室工控机上给出警告并关闭监测装置主体22，以保证监测装置主体22的安全。

在本实施例中，推动件4可以为电动推杆，加热装置31可以为加热器，散热装置32可以为风扇，热控隔热件33可以为热控隔热层，温度控制装置可以为温度控制器，温度监测装置35可以为温度传感器(热敏电阻)。其中热控隔热层由从外到内的聚酰亚胺层、气凝胶复合材料层、聚四氟乙烯层和铝合金层四层结构层组成，隔热层最外层采用聚酰亚胺材料，该材料具有良好结构性能与耐低温特性，且绝热性能较好(导热系数为0.1-0.35W/m·K)；第二层采用气凝胶复合材料(导热系数为0.015-0.02W/m·K)，气凝胶与玻璃棉等材料复合成形后具有可塑性强，便于工程实施等优点，使用气凝胶材料后基本可认为腔体内部与外部处于“隔热状态”，在具体实施时，为防止气凝胶复合材“掉粉”现象，气凝胶两面用聚酰亚胺薄膜包覆；第三层采用聚四氟乙烯材料，该种材料具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性和抗老化耐力，250℃的温度下不熔化，-260℃的超低温中不发脆，能在-180～250℃的温度下长期工作，因此使用寿命更长；第四层使用发黑处理后的铝合金，铝合金作为内部加热器载体，在铝合金表面粘贴加热片或者在铝合金结构内部嵌入加热棒，及时补充隔热装置流失的热量，同时配合内部风扇一起，加强监测装置壳体21内部的均温控制，保证监测装置主体22整体(相机镜头与相机本身)的温度一致性，同时防止监测装置壳体21底部的观察窗出现“”的现象。

在一些实施例中，请一并参阅图1至图4，监测装置壳体21的底部设置有观察窗，观察窗为钢化玻璃层或PC材质的透明层，透明的观察窗既可以保证监测装置主体22能透过监测装置壳体21对导向销11与导向槽12的相对位置进行监测，又能将监测装置壳体21封闭起来，将监测装置主体22与外界隔离开，从而使得监测装置主体22本身及其周围环境的温度变得更易控制。

在一些实施例中，请一并参阅图1至图4，为保证定位销11到达与定位槽12垂直或水平20～30mm的距离监测装置主体22能够拍摄到定位槽12，安装监测装置2与导向销11到大型构件上时，监测装置2与导向销11的垂直距离应在2～5米之间，监测装置2通过三米长的滑槽固定安装，仅需确定滑槽底部与导向销11的距离为两米无需再次测量监测装置2与导向销11的距离，同时当后续调节监测装置2与导向销11的距离时，滑槽侧面的刻度线也省去了频繁的反复测量操作，提高了该装置的使用效率。

在一些实施例中，请一并参阅图1至图4，导向槽平台标记有以导向槽12为圆心的大小不同的同心圆，多个大小不同的同心圆分别比导向槽12的直径大0.5mm、1.5mm、2.5mm等，当定位销11到达与定位槽12垂直或水平20～30mm的距离，停止大型构件移动时，监测装置主体22对定位槽12的边界进行定位拍照判断，标记的同心圆可以辅助识别定位且便于操作人员的观测，可实现2～5m的识别距离，识别精度控制在0.5mm。

与现有技术相比，本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置，提供的导向装置1和监测装置2配合可以实现该种装置的高精度引导定位功能，具体的，监测装置2主要实现定位销11与定位槽12相对位置的精准监测，其中清洁机构辅助清洁镜头及监测装置壳体21底部内外的雾气及灰尘，以便工作人员进行直观的观测并控制大型构件的下降或左右移动，进而实现定位销11与定位槽12的精准插接；温度控制机构3可以使监测装置2在大跨度高低温切换的环境下工作的目标得以实现，具体的，通过加热装置31和散热装置32对监测装置主体2和其周围环境的温度进行调节；同时有推动件4、热控隔热件33、温度控制装置和温度监测装置35等辅助加热装置31和散热装置32调节温度，缩短调节装置温度的时间，保证了监测装置主体22的安全。另外，监测装置壳体21的底部设置有透明的观察窗，该透明观察窗能将监测装置主体22与外界隔离开，使得温度更易调控的同时又能对导向销11与导向槽12的相对位置进行监测；安装监测装置2与导向销11时，二者的垂直距离应在2～5米之间，以确保停止移动大型构件时监测装置主体22能够拍摄到定位槽12，此时明显的标识同心圆能辅助识别定位且便于操作人员的观测。从而解决了常用的测距设备不具备大跨度温度条件下高精度引导定位的能力，在高低温切换环境下工作的大型构件的引导定位操作难实现的问题。

实施例2

请一并参阅图1至图4，本发明还提供一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置的使用方法，现具体说明。该种用于大型构件转运的高精度引导定位装置的使用方法包括如下步骤：步骤一：先将所述导向销(11)安装在大型构件上，然后将所述监测装置(2)安装在大型构件上装有所述导向销(11)的一面，且所述监测装置(2)安装在所述导向销(11)的上方和侧方；步骤二：起吊装有所述定位销(11)和所述监测装置(2)的大型构件，当所述定位销(11)的底部到达与所述定位槽(12)垂直或水平20～30mm的距离时，停止移动大型构件，由所述监测装置(2)对所述定位槽(12)进行定位拍照。

在本实施案例中，导向装置1和监测装置2配合可以实现该种装置的高精度引导定位功能，具体使用步骤如下：先将导向销11安装在大型构件上，再将监测装置2安装在大型构件上装有导向销11的一面，且监测装置2安装在导向销11的上方和侧方(监测装置2至少设置两台)，定位槽12设置在外接设备上，然后起吊并移动该大型构件，使得定位销11的底部到达与定位槽12垂直或水平20～30mm的距离，此时停止移动大型构件，由监测装置2对定位槽12进行定位拍照。

与现有技术相比，本发明提供的一种用于大型构件转运的高精度引导定位装置的使用方法，导向装置1和监测装置2配合可以实现高精度的引导定位功能，从而解决了常用的测距设备无法兼顾大测量距离和小测量定位精度的问题。

在一些实施例中，请一并参阅图1至图4，加热装置31、散热装置32、热控隔热件33和温度监测装置35固定安装在监测装置2上(具体的：加热装置31设置在监测装置壳体21的内表面和监测装置主体22的外表面上，散热装置32设置在监测装置壳体21内的侧表面，热控隔热件33设置于监测装置壳体21内表面的四周以及顶部，温度监测装置35设置于监测装置壳体21内并通过控制线与温度控制装置连接，)，温度控制装置设置于控制箱内并通过控制线与温度监测装置35连接，推动件4设置于监测装置壳体21内部相对的两侧，推动件4的一端与监测装置壳体21的侧壁连接，推动件4的另一端与监测装置壳体21(已与推动件4连接的侧壁相邻)的侧壁连接，推动件4与温度控制装置通过控制线连接。具体工作过程中，温度监测装置35将信号传送到温度控制装置，高温环境下，温度控制装置会启动散热装置32，帮助监测装置主体22散热，温度控制装置也会控制推动件4向外推开监测装置壳体21的侧壁从而打开热控隔热件33，使得监测装置2的内部与外界连通，加速空气的流动，提升散热效果；低温环境下，温度控制装置会启动加热装置31，提升监测装置2的温度，同时，温度控制装置也会控制推动件4向内收回关闭监测装置壳体21的侧壁从而使得热控隔热件33将监测装置壳体21的内壁密封好，使得监测装置2的内部与外界隔离，达到保温目的。通过推动件4、加热装置31、散热装置32、热控隔热件33、温度控制装置和温度监测装置35保证了监测装置主体22的工作环境温度；当外界环境温度低273K(-0.15℃)时，温度控制装置会控制推动件4关闭监测装置壳体21的两侧面从而闭合热控隔热件33，当外界环境温度高于323K(49.85℃)时，装置会在监控室工控机上给出警告并关闭温度控制装置，以保证温度控制装置的安全。

在一些实施例中，请一并参阅图1至图4，当定位销11到达与定位槽12垂直或水平20～30mm的距离时，为保证监测装置主体22能够拍摄到定位槽12，安装监测装置2与导向销11到大型构件上时，监测装置2与导向销11的垂直距离应在2～5米之间。

在一些实施例中，请一并参阅图1至图4，导向槽平台标记有以导向槽12为圆心的大小不同的同心圆，多个大小不同的同心圆分别比导向槽12的直径大0.5mm、1.5mm、2.5mm等，当定位销11到达与定位槽12垂直或水平20～30mm的距离，停止大型构件移动时，监测装置主体22对定位槽12的边界进行定位拍照判断，标记的同心圆可以辅助识别定位且便于操作人员的观测，可实现2～5m的识别距离，识别精度控制在0.5mm。需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本实发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。