CN102243063A - 一种混凝土桥梁底面裂缝检测装置 - Google Patents

一种混凝土桥梁底面裂缝检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土桥梁底面裂缝检测装置，用于桥梁底面的裂缝检测，该装置以桥梁检测车作为工作平台，包括行进底盘，相机方位及姿态调整模块和裂缝检测模块，其中，所述行进底盘设置在桥梁检测车的桁架臂上，可在桁架臂上直线往复移动；所述相机方位及姿态调整模块设置在所述行进底盘上，用于对裂缝检测模块的方位及姿态进行调整；所述裂缝检测模块设置在所述相机方位及姿态调整模块上，用于实施对桥梁底面裂缝的检测。该检测装置可以实现桥底裂缝图像的快速检测，系统记录的相关数据可供工程人员评估桥梁的裂缝损伤情况以及后期分析研究。

Description

一种混凝土桥梁底面裂缝检测装置
技术领域
本发明涉及桥梁检测领域，具体涉及一种桥梁裂缝损害检测装置。
背景技术
混凝土桥梁的损坏有90％以上是由裂缝引起的。工程实践和理论分析表明几乎所有的混凝土构件均是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见(＜0.05mm)，一般对结构的正常使用无大的危害，可允许其存在；但有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展新的裂缝，形成贯穿缝、深缝，0.20～0.30mm以上的裂缝会直接破坏结构整体性，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，在桥梁内部形成力学间断面，使桥梁承载能力大大降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害桥梁结构的正常使用。
对于混凝土桥梁底面的裂缝，目前国内外主要检测方法是人工检测。人工检测方法的实现方式主要是通过望远镜远距离观察桥底的裂缝，或者通过搭建桥底平台，近距离用肉眼观察桥梁底面的裂缝，记录裂缝的长度、宽度等数值，并通过多次检测来判断裂缝的生长情况。常见的桥底平台有脚手架和桥梁检测车。在难以搭建脚手架的情况下，主要采用的是桥梁检测车。检测人员在桥梁检测车的桁架臂上行走，对桥梁底面裂缝进行检测。
对于裂缝数据的检测，目前市场上存在的主要是手持式裂缝测宽仪。该表面裂缝测宽仪，主要由手持式液晶屏主机、显微放大探头构成。测量时将探头紧靠被测裂缝，即可在液晶显示屏上看到被放大的裂缝图像，微调探头使裂缝与电子刻度标尺基本垂直，根据裂缝所占刻度线的多少判读出裂缝宽度。这种仪器的局限性在于：只有在人眼锁定裂缝目标后，才能利用仪器进行后续的测量。不具备自动识别裂缝的能力。
采用人工检测方法对桥底裂缝进行检测存在以下缺陷：(1)人员耗费大。需要有经验的检测人员全程参与工作现场，借助一定的交通工具平台，在桥梁底部移动，用肉眼观察分辨，完成对整段桥梁的检测。而许多高架桥梁长达数百米，甚至上千米长，需要耗费相当数量的人力，但一个工作平台上搭载的人员数量非常有限，因此工作强度相当大。(2)效率、精确度低。检测的效率，取决于桥梁底部缺陷的复杂程度及检测人员的经验和体力。对裂缝的判断主要依靠人的经验，因此主观因素影响较大。不同的人，经验不同，判断结果也不一样。长时间的桥底工作容易造成检测人员的疲惫，进而影响工作效率。(3)不安全因素存在。高架桥梁可能经过公路、河流、山涧、沟壑等复杂地形，检测人员要通过特制的输送平台近距离到达桥梁底部进行空中作业，存在潜在的不安全因素。
针对人工检测方法的缺陷，国内外提出了几种解决办法。例如采用爬行式机器人附着在钢铁桥梁的底面对裂缝进行检测，以及采用液压伸臂机构装载工业相机对桥梁底面裂缝进行检测的。专利CN201126427提出使用航模飞机搭载相机对桥底裂缝进行检测。这种方法难以保证采集到图像的质量，所能检测出的裂缝精度也不高。以上方法存在着适用范围不广，造价成本高等缺点，没有充分利用现存的桥梁检测车。
发明内容
本发明目的在于提供一种混凝土桥梁底面裂缝检测的装置，以桥梁检测车作为工作平台，适用于较复杂的桥梁底面，可以实现桥底的裂缝图像的获取，并记录相关数据，如裂缝的宽度、长度等，以供工程人员评估桥梁的裂缝损伤情况。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种混凝土桥梁底面裂缝检测装置，包括行进底盘，相机方位及姿态调整模块和裂缝检测模块，其中，所述行进底盘设置在桥梁检测车的桁架臂上，可在桁架臂上直线往复移动；所述相机方位及姿态调整模块设置在所述行进底盘上，用于对裂缝检测模块的方位及姿态进行调整；所述裂缝检测模块设置在所述相机方位及姿态调整模块上，用于实施对桥梁底面裂缝的检测。
作为本发明的进一步改进，所述的行进底盘包括底盘和底盘稳定装置，该底盘稳定装置包括弹性导轮和固设在桁架臂上的轻质导轨，所述弹性导轮为多个，安装在四轮底盘上并对称设置于轻质导轨两侧，在弹性导轮导向下，所述四轮底盘沿轻质导轨运动，实现行进底盘在桁架臂上的直线往复移动。
作为本发明的进一步改进，所述相机方位及姿态模块安装在所述四轮底盘上，包括用于安装裂缝检测模块的安装平台，以及三自由度姿态调整平台，该三自由度调整平台包括竖直升降平台和设置在该竖直升降平台上的二自由度旋转平台，该竖直升降平台可实现在竖直方向的升降，所述二自由度旋转平台可在水平面和竖直面内旋转。
作为本发明的进一步改进，所述竖直升降平台包括电动推杆，辅助升降轴，上平板和下平板，该下平板设置在所述底盘上，电动推杆通过下安装座固定在下平板上，所述辅助升降轴包括实心细杆和空心套杆，该实心细杆通过空心套杆头部的直线轴承插在所述直线轴承中，形成滑动副，所述上平板固定设置于电动推杆和辅助升降轴顶端之上，实心细杆头部通过螺纹与上平板连接。
作为本发明的进一步改进，所述的裂缝检测模块包括工业相机和裂缝检测处理模块，该工业相机连续采集桥梁表面图像，传递给裂缝检测处理模块进行处理，识别出桥梁是否有裂缝。
该混凝土桥梁底面裂缝检测装置，轻质导轨安装在桥梁检测车桁架臂上，弹性导轮安装在四轮底盘的下方，底盘由两个电机驱动。相机安装部分位于三自由度姿态调整平台上。三自由度姿态调整平台上装有距离传感器。根据距离传感器传回的数据，姿态调整平台可以实现相机方位和姿态的自动调整，从而适应较为复杂的桥梁底面，保证图像采集的连续性。
工业相机连续采集桥底混凝土图像，并通过有线传输的方式将图像传回位于桥梁上方的计算机。计算机将采集到的图像以视频流的形式显示在计算机显示屏上，同时对图像进行处理，识别是否含有裂缝，如果有裂缝则记录裂缝的长度、宽度等数据，并将含有裂缝的图像保存，以供工程人员对桥梁的损伤情况进一步评估。
使用本发明检测桥梁底面裂缝的效果体现在：
(1)以桥梁检测车的桁架臂为运动平台，稳定而连续地采集桥底图像，检测出桥底的裂缝，充分利用了现有的检测平台。
(2)代替人工检测，保证了工程人员的安全。改善了桥梁检测人员的工程环境，检测人员不用下到桥梁检测车的桁架臂上。
(3)检测结果直观、可靠，避免了人工检测时产生的失误。检测结果以图片的形式显示在计算机屏幕上，可以即时查看，也可以保存，方便以后研究分析。
(4)检测效率高，减少了桥梁检测车的租用费用。
附图说明
图1是本发明桥梁底面裂缝检测装置较佳实施方式的立体组合图；
图2是本发明桥梁底面裂缝检测装置中底盘稳定装置的立体组合图；
图3是本发明桥梁底面裂缝检测装置中相机方位及姿态调整模块的立体组合图；
图4是本发明桥梁底面裂缝检测装置中裂缝检测模块的立体组合图。
具体实施方式
本发明的桥梁底面裂缝检测装置主要包括行进底盘、相机方位及姿态调整模块和裂缝检测模块三个模块。图1为本发明的一种具体实施方式的总体结构示意图，下面结合图1～5对其进行详细介绍。
如图1、2，桥梁检测车的桁架臂11伸到桥梁的下方，是整个裂缝检测装置的运动平台。12是安装在桁架臂11上面的轻质导轨，连接方式是螺钉连接。轻质导轨材质可以是木头或者工程塑料，长度与桁架臂11相同。13为安装在四轮底盘14上的弹性导轮。弹性导轮13有两个，对称安装在轻质导轨12两侧。弹性导轮13通过螺钉133安装在底盘下方的角铝132上，中间垫一定厚度的橡胶131，起到减震的作用。通过轻质导轨12与弹性导轮13配合，裂缝图像采集装置的中轴线与桁架臂的纵向中轴线重合。当图像采集装置受到外界干扰时(如桁架臂震动或桥底大风)，弹性导轮13可以进行自适应调整，防止图像采集装置与桁架臂11护栏发生碰撞，同时保证四轮底盘14的稳定性。整个行进底盘由两个电机驱动。
如图1、3，相机方位及姿态调整模块安装在四轮底盘上。整个姿态调整模块有三个自由度，由竖直升降部分和二自由度旋转平台构成。竖直升降平台由电动推杆21、三根辅助升降轴22、上平板213和下平板214组成。下平板213与行进底盘14通过螺钉连接，电动推杆21通过下安装座212固定在下平板213上。辅助升降轴22由实心细杆221和空心套杆222组成，其中空心套杆222头部压入直线轴承223。实心细杆221插入直线轴承中223，组成滑动副。上平板213覆盖于电动推杆21和辅助升降轴22之上，通过上安装座212固定。另外，实心细杆221头部有一段螺纹，通过螺纹与上平板213连接。上平板上方安装有旋转平台23，旋转平台23有两个自由度，可以实现水平面内的旋转和竖直面内的旋转。水平面内的旋转是为了调整相机的方位，竖直面内的旋转可以调整相机的姿态。装置中工业相机采用固定焦距的镜头，所以要保持相机与桥梁底面之间的距离恒定。配合距离传感器和单片机使用是相机方位及姿态调整的可行实施方案。根据距离传感器传回的数据，单片机相应地控制旋转平台在水平面内或者竖直面内旋转，使相机始终对准桥梁下表面，并保持物距恒定。
如图4，裂缝检测模块由工业相机31、裂缝检测软件组成。工业相机采用千兆以太网接口的相机，本发明实施方案中采用basler的scA1300-32gm千兆以太网工业相机，其帧率最大可以达到30帧/秒，传输距离可达100米以上。相机31通过螺钉312固定在L型板311上，L型板通过螺钉313固定在竖直平面旋转平台232上，从而将相机固定在旋转平台23上。
检测过程中，通过单片机控制行进底盘，使其在桥梁检测车的桁架臂上来回运动。同时单片机配合距离传感器控制相机方位与姿态调整模块，使相机适应较复杂的、存在凹凸面的桥梁底面。工业相机连续采集桥梁底面图像，通过有线传输方式将图像传回桥梁上方的计算机。检测完一片区域后，桥梁检测车的桁架臂转动适当角度，以便相机采集其他区域的桥底图像。计算机将采集到的图像以视频流的形式显示在计算机显示屏上，同时对图像进行处理，识别是否含有裂缝，如果有裂缝则记录裂缝的长度、宽度等数据，并将含有裂缝的图像保存，以供工程人员对桥梁的损伤情况进一步评估。由此实现了桥底裂缝检测的功能。

Claims (5)

1.一种混凝土桥梁底面裂缝检测装置，包括行进底盘、相机方位及姿态调整模块和裂缝检测模块，其中，所述行进底盘设置在桥梁检测车的桁架臂上，可在桁架臂上直线往复移动；所述相机方位及姿态调整模块设置在所述行进底盘上，用于对裂缝检测模块的方位及姿态进行调整；所述裂缝检测模块设置在所述相机方位及姿态调整模块上，用于实施对桥梁底面裂缝的检测。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的行进底盘包括底盘(14)和底盘稳定装置，该底盘稳定装置包括弹性导轮(13)和固设在桁架臂上的轻质导轨(12)，所述弹性导轮(13)为多个，安装在四轮底盘(14)上并对称设置于轻质导轨(12)两侧，在弹性导轮(13)导向下，所述四轮底盘(14)沿轻质导轨(12)运动，实现行进底盘在桁架臂(11)上的直线往复移动。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述相机方位及姿态模块安装在所述四轮底盘(14)上，包括用于安装裂缝检测模块的安装平台，以及三自由度姿态调整平台，该三自由度姿态调整平台包括竖直升降平台和设置在该竖直升降平台上的二自由度旋转平台，该竖直升降平台可实现在竖直方向的升降，所述二自由度旋转平台可在水平面和竖直面内旋转。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述竖直升降平台包括电动推杆(21)，辅助升降轴(22)，上平板(213)和下平板(214)，该下平板(214)设置在所述底盘(14)上，电动推杆(21)通过下安装座(212)固定在下平板(214)上，所述辅助升降轴(22)包括实心细杆(221)和空心套杆(222)，该实心细杆(221)通过空心套杆(222)头部的直线轴承插在所述直线轴承中(223)，形成滑动副，所述上平板(213)固定设置于电动推杆(21)和辅助升降轴(22)顶端之上，实心细杆(221)头部通过螺纹与上平板(213)连接。
5.根据权利要求1-4之一所述的检测装置，其特征在于，所述的裂缝检测模块包括工业相机(31)和裂缝检测处理模块，该工业相机(31)连续采集桥梁表面图像，传递给裂缝检测处理模块进行处理，识别出桥梁是否有裂缝。
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