用于紧固件松紧度检测的装置的制作方法

本实用新型属于机械装备与检测技术领域，特别是涉及一种用于高铁、轨道交通及桥梁等设施中螺旋道钉、锚固螺栓等紧固件的松紧度检测的装置；以及，特别是应用了北斗定位或在隧道中用移动网络gprs基站多方式联合定位，并采用颜色标记的方式快速、精确的巡检方法。

背景技术：

由于高铁、轨道交通以及桥梁等公共交通设施的运营必须具有高效率、高安全的特点，因此检修、维护的工作量巨大，既要求简单、高效，又要高可靠性。目前虽有部分工作有机械化和自动化的设备，但是仍然有大量的轨道、桥梁的紧固件的巡检工作由人工完成。

对于轨道、桥梁等的螺旋道钉、锚固螺栓等紧固件的松紧度检测，不仅要求时效性，既要求准确性。避免该紧固件存在松动造成安全事故的风险。同时还要求对一些紧固件在使用过程中的快速检测的要求，比如，高铁轨道上的螺旋道钉的检测，由于要求高铁在2-3小时内进行该条线路的检测过程，因此就要求在短时间内进行快速的检测。

螺纹道钉结构特点和种类螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。

螺栓(锚固)是由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合使用，用于紧固连接两个带有通孔的零件，是将被连接件锚固到已硬化的混凝土基材上的锚固组件。

现有公开的几种螺栓等紧固件的检测方法：

螺栓连接是工程中大量使用的装配形式。在振动等环境因素的作用下,螺栓很可能会发生松动,这样不但会影响结构的正常功能,严重时还会导致安全事故。

1、公开的期刊实验力学journalofexperimentalmechanics2012年05期issn：1001-4888，公开了一种螺栓松紧程度的受控敲击检测方法，直接根据螺栓敲击装置加速度功率密度谱中的敏感频段来检测螺栓的松动情况。另外,本方法要求对敲击力进行严格控制,以保证激励的可重复性,这样就可以结合支持向量机方法来定量地检测螺栓的松紧程度。该方式偏向于机械式的检测，费时费力，局限性较强。

2、公开的期刊，基于界面接触状态的压电主动式螺栓联接检测技术研究，公开了：第一、采用正弦波表面模型与经典赫兹接触理论，构建了超声波在螺栓联接构件接触界面的传播模型。研究了接触面表面粗糙度、实际接触面积、接触界面应力等对超声波在接触界面传播的影响规律。建立了基于超声波能量耗散法的螺栓联接构件松紧程度检测方法，及实验的硬、软件系统。实验结果显示压电材料所接收到的超声波能量与螺栓紧固力具有较好相关性。第二、将概率密度函数与经典赫兹接触理论相结合，构建了螺栓联接构件的微观接触模型，采用等效刚度来表示界面的接触状态。研究了螺栓预紧载荷、等效刚度以及联接构件模态频率之间的关系。采用超声波测量跟踪模态频率在不同扭矩载荷下的变化情况。建立了基于螺栓构件模态频率跟踪法的螺栓联接构件松紧程度检测方法。通过超声波进行探测的方式也是一种较为快捷的技术方案，但是该方式成本高，需要在紧固件上安装反馈原件，并且对于螺栓无法定位；

3、现有专利号zl201710047274x公开了一种快速检测紧固件松紧度的方法，在紧固件与被连接件之间加入光学信号层，其中光学信号层由带缝隙支撑层和光学材料组成；在紧固件松弛状态下，带缝隙支撑层的缝隙较大，光学材料发出的光信号能够被观察到，光学信号层有光信号；在紧固件拧紧的状态下，带缝隙支撑层的缝隙变小，光学材料发出的光信号不易观察到或不能够观察到，光学信号层光信号弱或无光信号。该方法采用被动接收的方式，在快速检测过程中不易检测到反馈信号，并且由于工程用紧固件都是设置有弹性垫圈，松动时的检测反馈不明显。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于紧固件松紧度检测的装置，本装置要解决的技术问题，是在检修车辆或设备在运动状态下对检测对象进行清洁、检测、标记以及发送定位信息的一体化装置。

本装置的主要技术步骤为：

本装置由高压气体清洁装置、激光检测装置，印记标记装置、北斗+gprs联合定位装置及中控系统组成，可以安装于轨道多功能作业车，或其他种类的检测车辆外侧。

(1)高压气体清洁装置：采用但不限于高压气体对检测对象进行清洁预处理，减少雨雪、霜冻、灰尘等对检测结果的干扰。

(2)激光检测装置：采用高速激光多点式激光传感器，对检测对象的高度、高度差进行检测，并将检测结果发送至中控系统。

(3)印记标记装置：采用但不限于有色液体，对故障点进行喷涂标记。

(4)北斗+gprs联合定位装置：根据检测结果，将故障点的定位信息发送至上位机系统或人工巡检终端。

(5)中控系统：各个装置的集中控制、数据运算和数据传输。

为解决上述技术问题，具体而言，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为一种用于紧固件松紧度检测的装置，包括：

用于检测紧固件松紧度的检测装置，所述检测装置包括传感单元；

用于清洗紧固件的清洗装置，所述清洗装置包括用于检测紧固件位置的第一控制单元和用于控制清洗装置开关的第一阀门；

用于标记紧固件位置的印记标记装置，所述印记标记装置包括用于检测紧固件位置的第二控制单元和用于控制印记标记装置开关的第二阀门；

其中，所述清洗装置位于检测装置的前侧；所述印记标记装置位于检测装置的后侧；

用于控制检测装置、清洗装置和印记标记装置的中控系统，所述中控系统包括单片机、通信接口和驱动电路；所述中控系统还包括北斗定位模块和gprs定位模块；

其中，所述第一控制单元与单片机电连接，并且第一控制单元位于清洗装置的前侧；

其中，所述第二控制单元与单片机电连接，并且第二控制单元位于印记标记装置的前侧。

进一步地，所述检测装置的传感单元包括激光扫描传感器。

进一步地，所述清洗装置还包括空气压缩机，所述空气压缩机连接有喷气嘴，所述空气压缩机与喷气嘴还设置有电磁阀。

进一步地，所述清洗装置还包括高压水泵，所述高压水泵连接有喷水嘴，所述高压水泵与喷水嘴还设置有电磁阀。

进一步地，所述第一控制单元和第二控制单元均采用激光式接近开关或欧姆龙光学漫反射接近开关。

一种用于紧固件松紧度的检测方法，包括如下过程：

ss01通过单片机的外部中断检测接近开关信号，检测到接近开关信号时，进入中断，控制第一阀门打开清洗装置，对紧固件所在位置进行清洗，然后，控制检测装置的传感单元对紧固件的数据采集；

ss02传感单元扫描紧固件所在位置的线装信息或面状信息；通过传感单元的高速ad转换，实现对线装信息或面状信息的数据处理，进而判断故障；

ss03故障信息输出：通过单片机的i/o输出信号，输出信号通过驱动电路，同时，单片机的第二控制单元检测到信号时，进入中断，驱动印记标记装置对故障紧固件进行色标喷射；

ss04螺栓异常时，通过单片机的的uart，读取北斗定位模块的经纬度信息，并结合gprs定位模块，实现对故障螺栓位置的实时定位，或结合北斗地基系统进行定位。

进一步地，所述ss02中的数据处理包括如下步骤：

步骤一、对已经检验合格的紧固件进行预先数据的采集，通过传感单元扫描紧固件所在位置得到标准的采样数值a0；

步骤二、待检测装置对紧固件进行检测时，通过传感单元扫描紧固件所在位置得到检测数值a1；

步骤三、判断紧固件是否异常：通过单片机的数据分析，将a1-a0＝△h，当△h超过紧固件松动量的阈值时判定为故障。

进一步地，所述ss04紧固件异常时，单片机还能够通过ethernet接口及4g模块将故障点的相关数据打包发送至远程中心站，对故障点的远程实时监测与处理。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型可以在检修车辆或设备在运动状态下对检测对象进行清洁、检测、标记以及发送定位信息的一体化装置和方法。

2、本装置是具有智能检测功能，同时具备故障定位、故障点标记的功能，便于人工快速复检以及维修。

3、本实用新型通过印记标记装置的设计在根据检测结果，发现故障并发出指令，结合欧姆龙光学漫反射接近开关(响应时间小于1ms)，由中控系统驱动喷射装置对故障点喷射有色液体，对具体的故障位置进行精准标记，以便于进行位置的查找和确认。

4、本实用新型通过北斗和gprs联合定位的设计以提高定位效率和速度，在隧道或无卫星信号时由移动网络gprs基站采集定位信息，根据中控系统的指令发出定位信息，解决了螺栓松动或缺失的初步定位问题，并反馈给信息中心处理，打标系统则实现了螺栓松动或缺失的准确定位。

5、本实用新型通过高压气体清洁装置的设计：采用空气压缩机制备压缩气体，采用高速电控阀门结合欧姆龙光学漫反射接近开关(响应时间小于1ms)进行开闭控制，并且还可以增加温装置对喷射气体加温，在冬季增强除雪、除霜功能。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的紧固件松紧度检测的装置系统图；

图2为本实用新型的紧固件松紧度检测的装置的示意图；

图3为待检测紧固件正常状态的示意图；

图4为紧固件松动状态的示意图；

图5为中控系统的电路图；

图6为驱动电路的电路图；

图7为电源模块的电路图；

图8为电源模块的电路图；

图9为电源模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-9所示，本实用新型为一种用于紧固件松紧度检测的装置，包括高压气体清洁装置、激光检测装置，印记标记装置、北斗+gprs联合定位装置及中控系统组成，可以安装于轨道多功能作业车，或其他种类的检测车辆外侧，包括：

用于检测紧固件松紧度的检测装置，检测装置包括传感单元，检测装置的传感单元包括激光扫描传感器；

用于清洗紧固件的清洗装置，清洗装置包括用于检测紧固件位置的第一控制单元和用于控制清洗装置开关的第一阀门；

用于标记紧固件位置的印记标记装置，印记标记装置包括用于检测紧固件位置的第二控制单元和用于控制印记标记装置开关的第二阀门；

其中，清洗装置位于检测装置的前侧；印记标记装置位于检测装置的后侧；

用于控制检测装置、清洗装置和印记标记装置的中控系统，中控系统包括单片机、通信接口和驱动电路；中控系统还包括北斗定位模块和gprs定位模块；

其中，第一控制单元与单片机电连接，并且第一控制单元位于清洗装置的前侧；第二控制单元与单片机电连接，并且第二控制单元位于印记标记装置的前侧；第一控制单元和第二控制单元均采用激光式接近开关或欧姆龙光学漫反射接近开关。

其中，清洗装置还包括空气压缩机，空气压缩机连接有喷气嘴，空气压缩机与喷气嘴还设置有电磁阀。清洗装置还包括高压水泵，高压水泵连接有喷水嘴，高压水泵与喷水嘴还设置有电磁阀。

一种用于紧固件松紧度的检测方法，包括如下过程：

ss01通过单片机的外部中断检测接近开关信号，检测到接近开关信号时，进入中断，控制第一阀门打开清洗装置，对紧固件所在位置进行清洗，然后，控制检测装置的传感单元对紧固件的数据采集；

ss02传感单元扫描紧固件所在位置的线装信息或面状信息；通过传感单元的高速ad转换，实现对线装信息或面状信息的数据处理，进而判断故障；

ss03故障信息输出：通过单片机的i/o输出信号，输出信号通过驱动电路，同时，单片机的第二控制单元检测到信号时，进入中断，驱动印记标记装置对故障紧固件进行色标喷射；

ss04螺栓异常时，通过单片机的的uart，读取北斗定位模块的经纬度信息，并结合gprs定位模块，实现对故障螺栓位置的实时定位，或结合北斗地基系统进行定位。

其中，ss02中的数据处理包括如下步骤：

步骤一、对已经检验合格的紧固件进行预先数据的采集，通过传感单元扫描紧固件所在位置得到标准的采样数值a0；

步骤二、待检测装置对紧固件进行检测时，通过传感单元扫描紧固件所在位置得到检测数值a1；

步骤三、判断紧固件是否异常：通过单片机的数据分析，将a1-a0＝△h，当△h超过紧固件松动量的阈值时判定为故障。

进一步地，ss04紧固件异常时，单片机还能够通过ethernet接口及4g模块将故障点的相关数据打包发送至远程中心站，对故障点的远程实时监测与处理。

用于清理紧固件表面环境的高压气体清洁装置，采用空气压缩机制备压缩气体，采用阀门结合激光式接近开关进行开闭控制，并且备有加温装置对喷射气体加温，在冬季增强除雪、除霜功能。(对螺钉或紧固件依次空气清洗)。

用于检测紧固件松紧度的激光检测装置，采keyenceix系列高速激光多点式激光传感器，发射线状激光，结合该传感器的检测软件(电脑软件ix-navigator)，在线上预设2个检测点，对检测对象的高度、高度差进行快速检测，并将检测结果发送至中控系统；高度差△h数值异常，即为故障螺栓。整个采样及运算周期为6ms，满足在小于25km/小时速度的设备上的应用。

用于故障紧固件标记的印记标记装置：中控系统根据检测结果，发现故障并发出指令，结合激光式接近开关，对故障点喷射有色液体，对具体的故障位置进行精准标记。

用于故障紧固件位置定位的北斗+gprs联合定位模块，采用北斗+gprs移动网络基站联合定位以提高定位效率和速度，在隧道或无卫星信号时由移动网络gprs基站采集定位信息，根据中控系统的指令发出定位信息。sim卡(利用移动网络)

在室外情况下；当激光检测装置检测到故障点，由中控系统指令北斗定位模块+gprs移动网络基站联合发送定位信息到上位机或移动终端；

在室内或内部环境(比如隧道，无北斗卫星信号时)情况下；当激光检测装置检测到故障点，由中控系统指令gprs移动网络sim卡(利用移动网络)发送定位信息到上位机或移动终端；然后控制印记标记装置打印位置。

用于控制检测的中控系统：主控系统采用nuc972df62y32位arm单片机,最大时钟频率300mhz，具有can、ethernet、emmc、pwm、usbotg、i2c、spi、uart接口，满足can总线通信及多种通信接口要求。中控系统以mcu为中心，控制器件采用固态继电器控制气体喷射装置以及标记装置，动作时间10ms以内，满足高速动作的要求。

1)利用nuc972df62y的外部中断，检测接近开关信号，当检测到接近开关信号时，进入中断，同时开启激光扫描传感器的检测。

2)激光扫描传感器为线状信息，通过nuc972df62y的高速ad，实现对线状行信息的采集，在对该行采集到的ad信息，进行数据处理，主要通过行信息的两个固定检测点，进行ad采样值对比，当二者数据差值超过设定阈值时，发出故障信息。

3)故障信息可通过本地报警进行输出，同时通过nuc972df62y的i/o口输出信号，输出信号通过驱动电路，驱动印记标记装置对故障螺栓进行色标喷射，在无卫星信号时，精确定位故障螺栓。

4)螺栓异常时，中控系统通过nuc972df62y的uart(通用异步收发传输器universalasynchronousreceiver/transmitter，通常称作uart)，读取北斗模块的经纬度信息，并结合手机gprs模块，实现对故障螺栓位置的实时定位，也可结合北斗地基系统，达到厘米级别的定位。

5)螺栓异常时，中控系统通过nuc972df62y还能够通过ethernet接口及4g模块实现将故障点的相关数据打包发送至远程中心站，实现对故障点的远程实时监测与处理。

6)中控系统同时具有数据存储功能，用户可通过usb接口将历史存储数据信息读取，为后续的故障分析、异常处理提供依据。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。