CN106323986B - 一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置及方法。所述图像采集装置包括视觉检测装置和车载固定装置；所述视觉检测装置包括支撑框架、三组相机组件、三维扫描仪、扫描仪固定装置、扫描仪支撑梁等；所述车载固定装置包括调心平台、回转装置、定位机构、支撑板、支撑座、支撑梁等。所述用于公路隧道病害检测的图像采集方法应用上述用于公路隧道病害检测的图像采集装置。本发明仅使用三组相机组件即可完成整条隧道表面病害图像信息的采集，大大降低了设备成本，另外该装置整体采用航空材料，最大程度上减轻了设备主体的质量，可方便的搭载在普通越野车上，使隧道病害检测更为简便，具有良好的经济效益与社会效益。
Description
技术领域
本发明属于隧道图像采集技术领域，具体而言，涉及一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置及方法。
背景技术
公路隧道的主体是人工地下结构，处于天然介质的环境中；由于地质条件、气候条件和运营过程中各种因素的影响，隧道表面极易出现渗漏水、衬砌裂损、隧道冻害、衬砌腐蚀等病害，这些病害影响了隧道的安全性与舒适性，更在一定程度上威胁着隧道的正常运营。
当前隧道病害检测主要有两种方式：第一种是人工检测，此种检测方式存在诸多弊端，首先是隧道内空间本来就狭小，检测时需进行一定程度上的交通管制，容易造成交通拥堵且存在安全隐患；另外，人工检测不仅检测效率低、主观程度大，而且无法对隧道表面进行完全检测，容易漏检；第二种是隧道病害检测车，目前国外已经采用隧道病害检测车，但是进口的检测车价格昂贵，且实用性不强，不适合我国国情；隧道病害检测车核心部件是图像采集装置，图像采集装置中相机组件的数量是限制病害检测车价格居高不下的一个重要原因。因此急需成本低、图像质量高、操作简便的公路隧道病害图像采集装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明将机器视觉技术引入检测领域，提出一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置及其实施方法。本发明采用的技术方案如下：
一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置，包括视觉检测装置和车载固定装置，其特征在于：
所述视觉检测装置包括支撑框架7、一号相机组件8、二号相机组件9、三号相机组件10、三维扫描仪11、扫描仪支架12、扫描仪安装板14、扫描仪支撑梁13；所述支承框架7是由水平支撑杆701、横向连接杆702、相机组件限位板703、法向组件支撑杆704、连接件705、斜向组件支撑杆706、水平组件支撑杆707、法向支撑杆708、支座709组成，各个支撑杆通过连接件705和支座709组成支承框架7，用于承载相机组件和三维扫描仪11；所述图像采集组件802通过螺栓联接与相对应的锐角安装板801、钝角安装板803紧固，组成三组相机组件，三组相机组件通过T型螺栓与所述支撑框架7紧固；扫描仪安装板14通过T型螺栓固定于扫描仪支撑梁13上，三维扫描仪11通过螺栓联接与扫描仪支架12和扫描仪安装板14紧固；
所述车载固定装置包括调心平台5、回转装置4、定位机构6、支撑板3、支撑座2、支撑梁1；所述调心平台5上表面与所述支撑框架7底面连接、下表面与回转装置4转动环连接，所述回转装置4固定环与支撑板3上表面连接，支撑板3边缘布置有安装孔，支撑梁1通过支撑座2与所述支撑板3连接；调心平台5与支撑板3通过定位机构6连接紧固，实现回转装置4的止动，所述支撑梁1固定铰接于车辆行李架上。
所述相邻两组相机组件的安装角度为30～60°，所述锐角安装板801、钝角安装板803由两块板材焊接而成，其中α+β＝180°，α的角度范围95～100°，γ的角度范围为80～90°，且面S1与面S2在同一平面上。
所述调心平台为偏心结构，其中心与重心之间的偏移量为0～30mm。
所述回转装置4可以是回转支承或者回转驱动或者液压回转装置或者轴承与轴组合结构；所述定位机构6可以是定位螺栓或者定位销轴或者定位卡子或者回转装置4自带的自锁装置。
所述支撑框架7为铝合金型材，锐角安装板801、钝角安装板803为镁合金或者铝合金板材，调心平台5、支撑板3为铝合金或者镁合金板材；所述支撑梁1为铝合金矩形管或者铝合金方管。
一种用于公路隧道病害检测的图像采集方法，应用上述用于公路隧道病害检测的图像采集装置，具体步骤包括：
a)将图像采集装置安装在车顶行李架上，检测车往前行驶时一号相机位于检测车的右侧；
b)检测车从公路右线(左线)的行车道进入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集，检测车驶出隧道时在连接通道处掉头，进入公路左线(右线)的行车道驶入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集；
c)检测车载驶出隧道时进入连接通道，用专用工具拧开四个定位螺栓，使视觉检测装置绕回转装置中心旋转180°后，再次拧紧定位螺栓固定，此时检测车往前行驶时一号相机位于检测车的左侧；
d)驶入公路右线(左线)超车道进入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集，检测车驶出隧道时在连接通道处掉头，驶入公路左线(右线)的超车道，开始对该线隧道表面进行图像采集；
e)当检测车驶出隧道时，即获得该隧道双线表面的图像信息。
与现有技术相比，本发明提供了一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置及其实施方法，在不影响隧道病害图像采集质量的前提下，创新性的使用三组相机组件便可完成整条隧道表面病害的图像采集，大大降低了生产成本；另外该图像采集装置整体采用航空材料，最大程度上减轻了设备主体的质量，可方便的搭载在普通越野车上，使隧道病害检测更为简便。
附图说明
附图1是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置三维结构示意图。
附图2是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的支撑板结构示意图。
附图3是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的调心平台结构示意图。
附图4是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的支承框架结构示意图。
附图5是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的一号相机组件装配图。
附图6是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的扫描仪支架结构示意图。
附图7是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的扫描仪安装板结构示意图。
附图8是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的定位螺栓结构示意图。
附图9是本发明实施例中用于公路隧道病害检测的图像采集装置中的支撑座结构示意图。
附图标记说明如下：
1-支撑梁、2-支撑座、3-支撑板、4-回转装置、5-调心平台、6-定位机构、7-支撑框架、8-一号相机组件、9-二号相机组件、10-三号相机组件、11-三维扫描仪、12-扫描仪支架、13-扫描仪支撑梁、14-扫描仪安装板；
701-水平支撑杆、702-横向连接杆、703-相机组件限位板、704-法向组件支撑杆、705-连接件、706-斜向组件支撑杆、707-水平组件支撑杆、708-法向支撑杆、709-支座；
801-锐角安装板、802-图像采集组件、803-钝角安装板。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明所述的用于公路隧道病害检测的图像采集装置及方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置，包括视觉检测装置和车载固定装置。
所述视觉检测装置包括支撑框架7、一号相机组件8、二号相机组件9、三号相机组件10、扫描仪11、扫描仪支架12、扫描仪安装板14、扫描仪支撑梁13。
所述支承框架7是由水平支撑杆701、横向连接杆702、相机组件限位板703、法向组件支撑杆704、连接件705、斜向组件支撑杆706、水平组件支撑杆707、法向支撑杆708、支座709等组成。
水平支撑杆701、横向连接杆702、法向组件支撑杆704、斜向组件支撑杆706、水平组件支撑杆707、法向支撑杆708、均为OB.10-4545W2型欧标工业铝型材，具有刚强度高、质量轻等特点，长度分别为1000mm、150mm、565mm、615mm、600mm、920mm；连接件705有T型连接板、L型连接板、135角度连接板、135角度连接筋板等，支座709为工业铝型材专用配件：45角码，连接板、角码通过M8内六角圆头螺栓、T型螺母与工业铝型材杆件联接紧固，各个支撑杆通过连接件705和支座709组成支承框架7，用于承载相机、扫描仪等设备。
所述相机组件由锐角安装板801、钝角安装板803和图像采集组件802构成，其中锐角安装板801与钝角安装板803成对使用，材料为AZ31b镁合金，合金密度为1.8g/cm3，抗拉强度为227-245N/mm2，伸长率为17-19，具有良好的减震特性。三组相机组件中α均为100°，β均为80°，且面S1与面S2在同一平面上；唯一不同的是一号相机组件8与二号相机组件9的γ为90°，而三号相机组件10的γ为83°。应当理解，α+β＝180°，α的角度范围为95～100°，γ的角度范围为80～90°，且面S1与面S2在同一平面上。图像采集组件802与相对应的锐角安装板801、钝角安装板803通过螺栓紧固后再与支撑框架7通过T型螺栓、螺母联接紧固。
所述扫描仪支撑梁13为OB.10-4545W2型欧标工业铝型材，长度为910mm，通过4个角码与支撑框架7联接紧固；所述扫描仪安装板14结构示意图如图7所示，所用材料为6065T651铝合金板材，尺寸为100mm×150mm，板材厚度为10mm；所述扫描仪支架12结构示意图如图6所示，所用材料为Q235，尺寸为44mm×75mm，板材厚度为3mm；扫描仪安装板14一端通过T型螺栓、螺母与扫描仪支撑梁13联接紧固，另一端通过螺栓联接与扫描仪支架12联接紧固，三维扫描仪11通过螺栓联接与扫描仪安装板14、扫描仪支架12紧固。
图2示出了支撑板结构示意图，图3示出了调心平台结构示意图，支撑板3与调心平台5均采用7075T651铝合金板材，该材料抗拉强度为572MPa，屈服强度为503MPa，硬度为160，延伸率为11，具有良好的机械性能。支撑板3下端面通过通孔S1与对应支撑座2用螺栓紧固，上端面通过通孔S2与回转装置4固定环用螺栓紧固，支撑板3通过螺纹孔S3与调心平台5用定位机构6紧固，定位机构6采用定位螺栓定位，定位螺栓材料为7075T651铝合金，其结构示意图如图8所示，尺寸为Ф18mm×75mm。一方面限制在检测过程中，回转装置4固定环与转动环之间的相对回转，另一方面保障视觉采集装置的刚度，最大程度上消除底盘震动对图像采集质量的影响。支撑板3的尺寸为500mm×600mm，板材厚度为12mm，通孔S1、S2的尺寸分别为Ф8.5mm、Ф13.5mm，螺纹孔S3的尺寸为M12。调心平台5上端面通过K1与视觉检测装置用M8的T型螺栓连接紧固，下端面通过K2与回转装置4转动环用M12的内六角螺栓连接紧固。其中调心平台5的尺寸为510mm×330mm，板材厚度为12mm，通孔K1、K2、K3的尺寸分别为Ф8.5mm、Ф13.5mm、Ф20mm，K1与K2圆心距离S为12mm。回转装置4为010.12.355F型回转支承，其倾覆力矩为2kN.m，径向载荷为3kN。回转支承外圈的尺寸为Ф414mm×28mm，厚度为30mm，内圈尺寸为Ф353mm×28mm，厚度为30mm，回转支承高度为35mm，质量为15kg。
图9为支撑座的结构示意图，支撑座2的材料为7075T651。支承座2通过螺栓与支撑梁1连接紧固，支撑梁1采用6063铝合金矩形管，横截面尺寸为30mm×20mm，壁厚为3mm，长度为1260mm。
一种用于公路隧道病害检测的图像采集方法，对于双向四车道的公路隧道来说，具体步骤包括：
a)将图像采集装置安装在车顶行李架上，检测车往前行驶时一号相机位于检测车的右侧；
b)检测车从公路右线(左线)的行车道进入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集，检测车驶出隧道时在连接通道处掉头，进入公路左线(右线)的行车道驶入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集；
c)检测车载驶出隧道时进入连接通道，用专用工具拧开四个定位螺栓，使视觉检测装置绕回转装置中心旋转180°后，再次拧紧定位螺栓，固定可靠，此时检测车往前行驶时一号相机位于检测车的左侧；
d)驶入公路右线(左线)超车道进入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集，检测车驶出隧道时在连接通道处掉头，驶入公路左线(右线)的超车道，开始对该线隧道表面进行图像采集；
e)当检测车驶出隧道时，即获得该隧道双线表面的图像信息。
本发明所披露的用于公路隧道病害检测的图像采集装置及方法，在不影响隧道病害图像采集质量的前提下，创新性的使用三组相机组件便可完成整条隧道表面病害的图像采集，大大降低了生产成本；另外该图像采集装置整体采用航空材料，最大程度上减轻了设备主体的质量，可方便的搭载在普通越野车上，使隧道病害检测更为简便。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于公路隧道病害检测的图像采集装置，包括视觉检测装置和车载固定装置，其特征在于：
所述视觉检测装置包括支撑框架(7)、一号相机组件(8)、二号相机组件(9)、三号相机组件(10)、三维扫描仪(11)、扫描仪支架(12)、扫描仪安装板(14)、扫描仪支撑梁(13)，其中：
支承框架(7)是由水平支撑杆(701)、横向连接杆(702)、相机组件限位板(703)、法向组件支撑杆(704)、连接件(705)、斜向组件支撑杆(706)、水平组件支撑杆(707)、法向支撑杆(708)、支座(709)组成，各个支撑杆通过连接件(705)和支座(709)组成支承框架(7)，用于承载相机组件和三维扫描仪(11)；图像采集组件(802)通过螺栓联接与相对应的锐角安装板(801)、钝角安装板(803)紧固，组成三组相机组件，三组相机组件通过T型螺栓与所述支撑框架(7)紧固；扫描仪安装板(14)通过T型螺栓固定于扫描仪支撑梁(13)上，三维扫描仪(11)通过螺栓联接与扫描仪支架(12)和扫描仪安装板(14)紧固；
所述车载固定装置包括调心平台(5)、回转装置(4)、定位机构(6)、支撑板(3)、支撑座(2)、支撑梁(1)，其中：
调心平台(5)上表面与所述支撑框架(7)底面连接、下表面与回转装置(4)转动环连接，所述回转装置(4)固定环与支撑板(3)上表面连接，支撑板(3)边缘布置有安装孔，支撑梁(1)通过支撑座(2)与所述支撑板(3)连接，调心平台(5)与支撑板(3)通过定位机构(6)连接紧固，实现回转装置(4)的止动，所述支撑梁(1)固定铰接于车辆行李架上；
相邻两组相机组件的安装角度为30～60°，所述锐角安装板(801)、钝角安装板(803)均由两块板材焊接而成。
2.根据权利要求1所述的用于公路隧道病害检测的图像采集装置，其特征在于，所述调心平台为偏心结构，其中心与重心之间的偏移量为0～30mm。
3.根据权利要求1所述的用于公路隧道病害检测的图像采集装置，其特征在于，所述回转装置(4)是回转支承、回转驱动、液压回转装置或轴承任意一种与轴组合而成的结构。
4.根据权利要求1所述的用于公路隧道病害检测的图像采集装置，其特征在于，所述定位机构(6)是定位螺栓、定位销轴、定位卡子、或回转装置(4)自带的自锁装置中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的用于公路隧道病害检测的图像采集装置，其特征在于，所述支撑框架(7)为铝合金型材；锐角安装板(801)和钝角安装板(803)为镁合金板材或者铝合金板材；调心平台(5)和支撑板(3)为铝合金板材或者镁合金板材；所述支撑梁(1)为铝合金矩形管或者铝合金方管。
6.一种用于公路隧道病害检测的图像采集方法，其特征在于，应用权利要求1所述的用于公路隧道病害检测的图像采集装置，具体步骤包括：
a)将图像采集装置安装在车顶行李架上，检测车往前行驶时一号相机组件位于检测车的右侧；
b)检测车从公路右线的行车道进入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集，检测车驶出隧道时在连接通道处掉头，进入公路左线的行车道驶入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集；
c)检测车载驶出隧道时进入连接通道，用专用工具拧开四个定位机构，使视觉检测装置绕回转装置中心旋转180°后，再次拧紧定位机构固定，此时检测车往前行驶时一号相机组件位于检测车的左侧；
d)驶入公路右线超车道进入隧道，开始对该线隧道表面进行图像采集，检测车驶出隧道时在连接通道处掉头，驶入公路左线的超车道，开始对该线隧道表面进行图像采集；
e)当检测车驶出隧道时，即获得该隧道双线表面的图像信息。
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Inventor after: Duan Yingjie Inventor after: Liu Xiao Inventor after: Xue Chunming Inventor after: Liu Bo Inventor after: Li Yang Inventor after: Sun Bei Inventor after: Liu Peng Inventor before: Duan Yingjie Inventor before: Liu Xiao Inventor before: Li Yang Inventor before: Sun Bei Inventor before: Xue Chunming Inventor before: Liu Bo Inventor before: Liu Peng |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220120 Address after: 030032 No.27, Wuluo street, Taiyuan City, Shanxi Province Patentee after: Shanxi Transportation Research Institute Group Co.,Ltd. Address before: No. 79, Xuefu street, Xiaodian District, Taiyuan, Shanxi Province Patentee before: Shanxi Transportation Research Institute |