■賴(lài) 雄

(福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，福州 350001)

1 引言

斜拉橋作為現(xiàn)代橋梁的新形式，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。拉索作為斜拉橋的主要構(gòu)件之一，造價(jià)占整座橋梁的2%～3%，其使用壽命是最值得關(guān)注的內(nèi)容之一。由于斜拉橋拉索長(zhǎng)期處于露天服役狀態(tài)，經(jīng)風(fēng)吹雨淋日曬，其聚乙烯護(hù)套會(huì)產(chǎn)生不同程度的硬化和開(kāi)裂現(xiàn)象，從而使護(hù)套內(nèi)的鋼絲束發(fā)生腐蝕。另外，隨機(jī)振動(dòng)也會(huì)引起鋼絲的磨損，這些都會(huì)影響拉索的使用壽命，給斜拉橋的正常使用埋下嚴(yán)重的隱患。

大跨徑斜拉橋己經(jīng)成為中國(guó)大型橋梁的最主要的型式，在跨越大江大河和海洋島嶼的眾多橋梁中，斜拉橋的數(shù)量最多。在組成斜拉橋的橋塔、斜拉索和主梁三部分中都存在一個(gè)難以檢查的現(xiàn)實(shí)：橋梁檢測(cè)工程師很難近距離觀察橋梁的每處角落，甚至無(wú)法接近所需檢查的部位，尤其是斜拉索，一旦安裝調(diào)試完畢，我們很難再對(duì)其繼續(xù)觀察和檢測(cè)。

2 檢索機(jī)器人簡(jiǎn)介

2.1 工作原理

2.1.1 組成結(jié)構(gòu)

檢索機(jī)器人由一臺(tái)主動(dòng)小車(chē)和一臺(tái)從動(dòng)小車(chē)組成，從動(dòng)小車(chē)的上、下從動(dòng)輪用彈簧連接，提供機(jī)構(gòu)對(duì)拉索的夾緊力，通過(guò)上下兩套連接件將兩臺(tái)小車(chē)連成長(zhǎng)桶形并相對(duì)布于拉索兩側(cè)，通過(guò)連接設(shè)置在連接板上的不同距離螺孔，可方便調(diào)整連接位置以安裝于不同直徑的拉索。在此兩套連接件上分別設(shè)置一套防偏裝置，每套防偏裝置由4個(gè)防偏萬(wàn)向輪及相應(yīng)的4個(gè)連接桿桿件組成，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生偏離拉索時(shí)，至少有一對(duì)萬(wàn)向輪抵住拉索，防止機(jī)構(gòu)偏離索道。為增大接觸面積、減少磨損、防止機(jī)構(gòu)偏離拉索造成鎖死現(xiàn)象，主、從動(dòng)輪加工成“V”字形，可防止車(chē)體偏離拉索。整個(gè)機(jī)構(gòu)自重5.5 kg，電池和CCD攝像機(jī)及附加裝置共重35kg。機(jī)器人爬升力由主動(dòng)輪與拉索表面摩擦力提供。整個(gè)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)動(dòng)力輪，采用鑄鋁澆鑄硬橡膠制成，可增加與拉索表面摩擦系數(shù)。機(jī)器人照片如圖1所示。

圖1 斜拉索檢測(cè)機(jī)器人圖片

2.1.2 工作原理

檢索機(jī)器人的工作原理如圖2所示。為了檢測(cè)拉索表面保護(hù)層的破損情況，設(shè)計(jì)的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，其硬件檢測(cè)系統(tǒng)由4臺(tái)攝像機(jī)、主控制器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成。其工作方式是當(dāng)機(jī)器人在拉索上爬升時(shí)，控制器以循環(huán)的方式將4臺(tái)攝像機(jī)圖像分時(shí)傳輸給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)拉索表面保護(hù)層全方位圖像的存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)視頻合成器將4路視頻合成為一路監(jiān)控視頻，并通過(guò)無(wú)線傳輸子系統(tǒng)傳輸?shù)降?面監(jiān)控系統(tǒng)的PC機(jī)上。

圖2 檢索機(jī)器人的工作原理

2.1.3 主要參數(shù)

檢索機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 斜拉索檢測(cè)機(jī)器人的主要參數(shù)

2.2 檢測(cè)范圍

(1)可以檢測(cè)光面PE保護(hù)層的斜拉索，如圖3所示。

圖3 檢測(cè)光面PE保護(hù)層

(2)可以檢測(cè)非光面PE保護(hù)層的斜拉索如圖4所示。

圖4 檢測(cè)非光面PE保護(hù)層

目前斜拉索檢測(cè)機(jī)器人僅限于對(duì)斜拉索表面保護(hù)層進(jìn)行檢測(cè)(如圖5)。

圖5 檢測(cè)表面保護(hù)層

3 工程應(yīng)用實(shí)例

利用斜拉索檢測(cè)機(jī)器人檢測(cè)的工程項(xiàng)目有：福州瑯岐閩江大橋斜拉索檢測(cè)、福州繞城長(zhǎng)門(mén)特大橋斜拉索檢測(cè)、福州淮安大橋斜拉索檢測(cè)、福建廈漳跨海大橋斜拉索檢測(cè)、龍?？绾４髽蛐崩鳈z測(cè)。工程實(shí)例照片如圖6～8所示。

圖6 福州瑯岐閩江大橋斜拉索檢測(cè)

圖7 福州淮安大橋斜拉索檢測(cè)

圖8 龍海跨海大橋斜拉索檢測(cè)

4 使用主要步驟及注意事項(xiàng)

4.1 檢測(cè)前的準(zhǔn)備

4.1.1 工程概況

(1)斜拉索PE類(lèi)型

斜拉索的PE類(lèi)型按外觀分為光面索和非光面索，非光面索又分為凸凹面索和螺旋線形索。了解斜拉索PE的類(lèi)型，可以掌握在檢測(cè)過(guò)程中主動(dòng)輪的磨損頻率、檢索機(jī)器人爬索的難易程度以及檢測(cè)的進(jìn)度等。

(2)斜拉索參數(shù)

查閱斜拉索的相關(guān)資料，詳細(xì)掌握被檢測(cè)斜拉索的拉索直徑、斜拉索傾角、斜拉索錨固長(zhǎng)度等。掌握斜拉索直徑為安裝機(jī)器人時(shí)瞄準(zhǔn)哪個(gè)螺孔做好準(zhǔn)備工作；斜拉索傾角結(jié)合斜拉索PE類(lèi)型可以了解哪些斜拉索由于傾角過(guò)大不能檢測(cè)、能檢測(cè)的斜拉索哪些靠自重能自動(dòng)下滑、哪些靠自重不能下滑等。

(3)檢測(cè)環(huán)境

由于檢測(cè)時(shí)接收視頻信號(hào)的天線及筆記本電腦需要220V的交流電，故在進(jìn)行正式檢測(cè)之前需要了解斜拉橋橋面220V交流電的供應(yīng)情況，確保檢測(cè)所需的電源。

由于很多斜拉橋的斜拉索靠近梁端都安裝有減震裝置，有的斜拉索靠近梁端還安裝有索力傳感器，這些障礙都會(huì)影響檢索機(jī)器人對(duì)斜拉索外觀的檢測(cè)。故在正式檢測(cè)之前了解清楚越過(guò)這些障礙至少離橋面多高，根據(jù)這個(gè)高度準(zhǔn)備好檢測(cè)輔助工具，如鋁合金人字梯、路燈車(chē)等。

4.1.2 檢索機(jī)器人的調(diào)試

首先檢測(cè)檢索機(jī)器人是否能夠正常工作。為了保證檢測(cè)工作的順利進(jìn)行，至少準(zhǔn)備3臺(tái)檢索機(jī)器人，1臺(tái)是救援機(jī)器人，另兩臺(tái)是檢測(cè)機(jī)器人。其次檢查檢索機(jī)器人配件，如電機(jī)電池、攝像頭電池、遙控器等是否完好。最后檢查安裝、拆卸、維修機(jī)器人的工具及 易損構(gòu)件(如主動(dòng)輪等)是否齊全，充足。

4.2 檢索機(jī)器人檢測(cè)過(guò)程

4.2.1 檢索機(jī)器人的安裝

(1)檢索機(jī)器人安裝前須檢查電機(jī)電池、攝像頭電池的電量是否充足，主動(dòng)輪是否磨損等。

(2)根據(jù)拉索直徑、PE類(lèi)型選擇合適的螺栓孔對(duì)齊安裝，安裝完畢檢查機(jī)器人能否輕松沿拉索上下爬行，確保松開(kāi)彈簧撐桿后機(jī)器人上下爬行時(shí)所有主動(dòng)輪和從動(dòng)輪與拉索接觸良好。在安裝機(jī)器人的過(guò)程中，注意機(jī)器人與拉索的握裹力適中。若握裹力過(guò)小，則機(jī)器人輪子打滑無(wú)法上下；若握裹力過(guò)大，則機(jī)器人爬不動(dòng)、易損壞主動(dòng)輪、消耗電量、無(wú)法越過(guò)障礙物等。

(3)安裝完畢后，連接好電機(jī)電源線，檢查遙控器能否準(zhǔn)確及時(shí)的控制機(jī)器人的上下；然后連接好攝像頭與四合一卡的連線及攝像頭的電源線，檢查4個(gè)攝像頭位置和焦距是否合適，在視頻接收的電腦里的4個(gè)視頻頭像是否適中、清晰。

4.2.2 檢索機(jī)器人檢測(cè)過(guò)程

(1)檢索機(jī)器人安裝、檢查完畢后，視頻接收的電腦軟件開(kāi)始自動(dòng)采集視頻。在機(jī)器人爬升過(guò)程中，時(shí)刻注意采集的視頻，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人一旦卡住(以免磨損主動(dòng)輪、卡 死機(jī)器人)，及時(shí)停止機(jī)器人爬升。

(2)機(jī)器人爬升到拉索塔端附近時(shí)，及時(shí)停止作業(yè)，以免機(jī)器人撞上塔身而損壞。

(3)在機(jī)器人下降到接近梁端時(shí)及時(shí)停止下降，并及時(shí)派人護(hù)住機(jī)器人。

4.2.3 檢索機(jī)器人的拆卸

(1)在機(jī)器人下降到接近梁端時(shí)及時(shí)停止下降，并及時(shí)派人去護(hù)住機(jī)器人、停止視頻采集。

(2)斷掉攝像頭與四合一卡的連線及攝像頭的 電源線及電機(jī)電源等。

(3)上緊彈簧撐桿，松開(kāi)一側(cè)螺栓，取下機(jī)器人。

4.3 后期視頻文件處理

利用KMPlayer播放器等轉(zhuǎn)化為圖片文件。

(1)首先對(duì)采集的視頻文件利用視頻處理軟件將視頻中機(jī)器人下降、停止及重復(fù)上升部分剪掉，然 后將有效的爬升部分粘合成有效的視頻文件。

(2)利用KMPlayer播放器將有效視頻轉(zhuǎn)換成照片。由于檢索機(jī)器人正常爬升的速度為0.2～0.25m/s，故視頻轉(zhuǎn)化成圖片的頻率為5張/s。

(3)利用自動(dòng)圖片播放器對(duì)截取的圖片進(jìn)行分析處理，找出有病害的圖片，根據(jù)圖片編號(hào)找出對(duì)應(yīng)拉索的部位，并根據(jù)照片判斷病害類(lèi)型、病害程度、病害等級(jí)等，最后形成報(bào)告。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文所提及的斜拉索檢測(cè)機(jī)器人可對(duì)不同直徑、任意傾斜角的斜拉橋拉索進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，具有體積小、重量輕、安全可靠等特點(diǎn)，有良好的應(yīng)用前景。如在機(jī)器人上配備CCD攝像設(shè)備或涂料噴涂設(shè)備，機(jī)器人還可以對(duì)拉索表面狀況進(jìn)行攝像或噴涂維護(hù)工作。