用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统及方法

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统及方法。

背景技术

新一代的核电厂/核电站在建设过程中，为了提高施工效率，减少核电站建造周期，大量采用模块化的设计理念和建造方式。结构模块有利于缩短施工工期、保证施工质量、提高项目经济性，是提高施工效率和建造经济性的最佳选择之一。

核电项目的结构模块通常主要为钢板混凝土结构模块，这类结构模块经工厂加工制作、现场拼装安装后，经过吊装就位，之后再在其内部或上部浇筑混凝土，使其和混凝土形成组合结构，共同承担外荷载。其中，由于核电厂内部有较多的设备和仪器固定于结构模块上，位置的偏差往往很容易影响设备和仪器测量及使用的精度，因此，在结构模块吊装就位的过程中，对结构模块进行精准定位十分重要。

现有的核电厂大型结构模块吊装就位的过程中，需要进行多次人工测量及调整，即在吊装就位过程中吊钩始终不摘，在第一次预就位后进行人工测量，并对测量数据进行分析，若不满足原要求，则需进行手动调整后再次测量，如此反复，直至满足要求后才可摘钩。现有的吊装就位过程依赖于手工测量，然而人工测量存在误差且难以保证测量精度，进而难以保证结构模块的精确定位，需要耗费大量时间进行定位调整，耗时耗力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统及方法，用于核电厂模块化施工建造，通过设置相配合的主、副定位销和主、副导向装置，将主、副导向装置固定安装在结构模块上，利用三维激光扫描技术对结构模块进行精确扫描，基于扫描得到的实体模型判断最佳吊装就位位置，进而控制主、副导向装置中的定位机器人来调整吊装的结构模块的位置，实现核电厂大型结构模块吊装的数字化精准定位和控制，提高大型结构模块吊装就位的效率和精度。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统。

一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统，包括分别相互配合的主、副定位销和主、副导向装置，以及三维激光扫描仪和控制台；

所述主、副导向装置固定安装在结构模块的对角位置的侧面，所述主、副定位销固定在地面的预设位置，主定位销配合主导向装置，副定位销配合副导向装置；

所述三维激光扫描仪用于利用三维激光扫描技术，采集吊装过程中结构模块的底部信息和基础插筋信息，构建结构模块实体模型，并将实体模块传输至控制台；

所述控制台用于接收结构模块的实体模型，根据该实体模型的尺寸及位置数据，与预设的最佳就位位置数据进行比对，输出位置调整命令，调整主、副导向装置中的定位控制机器人的长度，控制结构模块进行精确吊装定位。

进一步的技术方案，所述主定位销的主体部分为圆钢，所述圆钢的顶部固定焊接锥状体结构，所述圆钢的底部固定焊接钢底板，所述钢底板上设有螺孔，通过螺栓将主定位销固定在地面上。

进一步的技术方案，所述主定位销和所述副定位销的结构相同。

进一步的技术方案，所述主导向装置包括钢板、与钢板垂直焊接的固定钢架、安装在固定钢架上的四个定位控制机器人；

所述钢板上设有螺孔，通过螺栓将主导向装置固定在结构模块的侧面；所述固定钢架中搭建出正方形框架，所述正方形框架每一边的中点处固定安装一个定位控制机器人。

进一步的技术方案，多个定位控制机器人的结构相同，所述定位控制机器人的端部设有滚轮。

进一步的技术方案，所述主导向装置和所述副导向装置的结构相似，所述副导向装置仅包括两个定位控制机器人。

进一步的技术方案，所述系统包括一对相互配合的主定位销和主导向装置，还包括至少一对相互配合的副定位销和副导向装置，所述副定位销和副导向装置的数量根据结构模块的形状、尺寸进行调整确定。

进一步的技术方案，所述主定位销的高度高于所述副定位销的高度。

进一步的技术方案，所述主导向装置根据对应主定位销的高度确定固定安装到结构模块侧面的高度；所述副导向装置根据对应副定位销的高度确定固定安装到结构模块侧面的高度。

本发明第二方面提供了一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制方法，基于第一方面所提供的用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统实现，包括以下步骤：

将主、副定位销固定在预埋锚栓上，主定位销的高度高于副定位销的高度；

将主、副导向装置固定在结构模块对角位置的侧面上，主定位销配合主导向装置，副定位销配合副定位销装置；

固定三维激光扫描仪；

吊装结构模块，在结构模块下落过程中，当结构模块的底部距离主定位销为设定距离时，启动三维激光扫描仪，扫描结构模块的信息数据，构建结构模块实体模型，并将实体模块传输至控制台；

控制台根据接收的结构模块实体模型的尺寸及位置数据，与预设的最佳就位位置数据进行比对，输出位置调整命令，调整主、副导向装置中的定位控制机器人的长度；

主定位销进入主导向装置后，再次启动三维激光扫描仪，对结构模块定位进行测量，将实体模块传输至控制台，控制台再次分析后，调整副导向装置中定位控制机器人的长度，完成结构模块的精确吊装定位。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、本发明提出了一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统及方法，通过设置相配合的主、副定位销和主、副导向装置，将主、副导向装置固定安装在结构模块上，保证大型结构模块吊装就位后满足结构模块上各关键设备等的安装精度需求。

2、本发明利用三维激光扫描技术扫描该结构模块，获取该结构模块的实体模型，直接采用实体的方式进行模拟，保证控制台分析的可靠性。

3、本发明采用控制台进行数据分析，基于扫描得到的实体模型判断最佳吊装就位位置，进而控制主、副导向装置来调整吊装的结构模块的位置，实现核电厂大型结构模块吊装的数字化精准定位和控制，提高大型结构模块吊装就位的效率和精度。

4、本发明中，部分设备拆除后可移至其他结构模块中重复使用，有效降低使用成本。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例所述用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中定位销的结构示意图；

图3为本发明实施例中主导向装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中结构模块吊装就位过程的初始位置立面图；

图5为本发明实施例中结构模块吊装就位过程的中间位置立面图；

图6为本发明实施例中结构模块吊装就位过程的最终位置立面图。

其中，1、主定位销，2、副定位销，3、主导向装置，4、副导向装置，5、定位控制机器人，6、三维激光扫描仪，7、控制台，8、结构模块，9、圆钢，10、锥状体结构，11、钢底板，12、钢板，13、固定钢架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

本实施例提出了一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统，解决现有核电厂大型结构模块组装吊装难以精准就位的问题，实现核电厂大型结构模块吊装的数字化精准定位和控制，提高大型结构模块吊装就位的效率和精度。

本实施例所提出的用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统如图1所示，包括分别相互配合的主、副定位销和主、副导向装置，即主定位销1配合主导向装置3，副定位销2配合副导向装置4。所述主、副导向装置固定安装在结构模块的对角位置的侧面，所述主、副定位销固定在地面的预设位置，该预设位置也是对角设置的，与主、副导向装置相匹配，起到粗调结构模块吊装就位位置的作用。

其中，主定位销1和副定位销2的结构相同，均采用机械管件和圆钢制成，如图2所示，其主体部分为圆钢9，该圆钢9的顶部固定焊接锥状体结构10，便于与导向装置相配对，该圆钢9的底部固定焊接钢底板11，钢底板11上设有螺孔，通过螺栓将该定位销固定在地面上。

上述主导向装置如图3所示，主导向装置3包括钢板12、与钢板垂直焊接的固定钢架13、安装在固定钢架上的四个定位控制机器人5。上述钢板12上设有螺孔，通过螺栓将主导向装置3固定在结构模块8的侧面；上述固定钢架13中搭建出矩形框架(在本实施例中，该矩形框架为正方形框架)，该矩形框架每一边的中点处固定安装一个定位控制机器人5；多个定位控制机器人5的结构相同。定位控制机器人5包括可伸缩的直杆，如图3所示，以水平方向上相互对应的2个定位控制机器人为例，该机器人中的直杆可沿水平方向伸缩，以此实现对定位销的固定；直杆的一端设有固定件，该固定件的两侧对称设置一对滚轮，通过控制及调整机器人的直杆的伸缩，使得滚轮与定位销接触，设置滚轮能够减少机器人和定位销之间的摩擦力，便于结构模块的下落；直杆的另一端进入设定长度的外侧保护框体中，起到保护作用。

主导向装置3和副导向装置4的结构相似，与主导向装置不同的是，副导向装置4中仅包括两个定位控制机器人。

进一步的，本实施例所述系统中，包括一对相互配合的主定位销1和主导向装置3，还包括至少一对相互配合的副定位销2和副导向装置4，副定位销2和副导向装置4的数量根据结构模块的形状、尺寸进行调整确定。

进一步的，本实施例中，主定位销1的高度高于副定位销2的高度。若定位销高度均相同，则下降过程中难以保证主定位销1和副定位销2分别同时进入主导向装置和副导向装置，因此，在本实施例中，设定主定位销1的高度高于副定位销2的高度，当主定位销1进入主导向装置且定位后，随着结构模块8的下落，再进行位置调整使副定位销2进入副导向装置，主定位销1和副定位销2高度的不同便于整个过程中结构模块的调整与定位。

进一步的，主导向装置3根据对应主定位销1的高度确定固定安装到结构模块8侧面的高度；副导向装置4根据对应副定位销2的高度确定固定安装到结构模块8侧面的高度。

本实施例所述系统还包括三维激光扫描仪6和控制台7，该控制台7与三维激光扫描仪6、主导向装置3和副导向装置4中的定位控制机器人5电连接，在本实施例中，通过无线传输实现数据通讯。所述三维激光扫描仪用于利用三维激光扫描技术，采集吊装过程中结构模块的底部信息和基础插筋信息，构建结构模块实体模型，并将实体模块传输至控制台；所述控制台用于接收结构模块的实体模型，根据该实体模型的尺寸及位置数据，与预设的最佳就位位置数据进行比对，输出位置调整命令，调整主、副导向装置中的定位控制机器人的长度，控制结构模块进行精确吊装定位。

上述三维激光扫描仪需要根据结构模块的不同，固定在相应的合适位置，该位置既不影响结构模块的吊装就位，也不影响扫描仪实时获取结构模块的实体数据。如图1所示，在本实施例中，结构模块为中空结构，将三维激光扫描仪固定安装在该结构模块就位位置的中间位置。

在本实施例中，通过利用三维激光扫描技术，将制造好的结构模块实体进行三维激光扫描，可以实时获得结构模型实体的数据，并将数据传递给控制台，控制台根据接收的三维激光扫描数据，进行分析比对，智能化的综合判断最佳的就位位置，满足结构模块上各关键设备等的安装精度需求。在各个定位销和导向装置配对前，通过控制台分析最佳就位位置，自动调整导向装置中各个定位控制机器人的长度，实现大型结构模块吊装就位的数字化精准定位和控制。

作为另一种实施方式，本实施例所述系统还包括距离传感器，用于实时获取吊装的结构模块底部距离地面的距离，并将检测的实时距离信息传输至控制台。在此基础上，控制台根据接收的实时距离信息，结合主定位销的高度进行判断，根据判断结果控制三维激光扫描仪的启动与运行。

实施例二

本实施例提出了一种用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制方法，基于实施例一所提供的用于核电厂大型结构模块吊装就位的定位控制系统实现，包括以下步骤：

步骤一、将主、副定位销固定在预埋锚栓上，主定位销的高度高于副定位销的高度；具体的，定位销底部钢底板上设有螺孔，通过螺栓将定位销固定在预设位置。

步骤二、将主、副导向装置固定在结构模块对角位置的侧面上，主定位销配合主导向装置，副定位销配合副定位销装置；具体的，导向装置的钢板上设有螺孔，通过螺栓将导向装置固定在结构模块的侧面；

步骤三、固定三维激光扫描仪；将三维激光扫描仪固定在合适位置，既不影响结构模块的吊装就位，也不影响整体拍摄结构模块的底部信息和基础插筋信息；

步骤四、吊装结构模块，在结构模块下落过程中，当结构模块的底部距离主定位销为设定距离时(本实施例中，设定距离设为1米)，启动三维激光扫描仪，扫描结构模块的信息数据(包括结构模块的底部信息和基础插筋信息)，构建结构模块实体模型，并将实体模块传输至控制台；

作为另一种实施方式，上述步骤四中，通过距离传感器实时获取吊装的结构模块底部距离地面的距离，并将检测的实时距离信息传输至控制台。随着结构模块的下落，控制台根据接收的实时距离信息，结合主定位销的高度进行判断，当实时距离与主定位销高度的差值为设定距离时，控制三维激光扫描仪的启动与运行。

步骤五、控制台根据接收的结构模块实体模型的尺寸及位置数据，与预设的最佳就位位置数据进行比对，输出位置调整命令，调整主、副导向装置中的定位控制机器人的长度，控制结构模块进行精确吊装定位，如图4所示；具体的，由于主定位销上部为上窄下宽的锥状体结构，随着结构模块的下降，主定位销的锥状体结构逐步伸入主导向装置中四个定位机器人所形成的空隙中，此时，四个定位机器人的位置以根据命令调整好，随着下落四个定位机器人中直杆端部的滑轮与主定位销接触，由于主定位销固定，进而带动下落过程中的结构模块位置移动，以此实现结构模型的位置精确调整；

步骤六、随着吊装的下落，主定位销进入主导向装置，如图5所示，之后，再次启动三维激光扫描仪，对结构模块定位进行测量，将实体模块传输至控制台，控制台再次分析后，调整副导向装置中定位控制机器人的长度，通过两个定位点的控制，实现结构模块的精确吊装定位，如图6所示。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。