CN108489692A - 一种起重机静刚度的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种起重机静刚度的测量方法，属于数字近景测量技术领域，通过分别采集起重机加载前后吊车大梁的数字图像，基于数字散斑相关测量技术，计算出变形前后钢梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数，测量像距与图像采集系统与水平面夹角，计算系统放大倍数，从而计算出起重机大梁加载前后实际位移，得到大梁刚度数值；具有远距离、非接触、无需粘贴标识物的优点，适用于起重机大梁下沿任一点位移载荷作用下的位移测量，测试结果精度高，使用方便，测试速度快捷。
Description
技术领域
本发明属于数字近景测量技术领域，具体涉及一种静刚度的测量方法及装置。
背景技术
刚度是起重机械安全的重要技术指标，尤其是大跨度起重机对刚度的要求更加高，静刚度既是起重机械设计控制的主要技术指标之一，也是判断起重机械能否安全运行的重要依据，同时还是日常检验检测的一个主要项目，在检测中，起重机械大梁静刚度的测量结果(对大梁跨中下挠度进行检验)是衡量起重机械大梁安全性能最重要的判断指标。
传统起重机械静刚度测量方法有激光测距系统法、经纬仪法、全站仪法等，但这些方法均存在一定的弊端，如使用激光测距系统法，是首先测量空载时大梁下盖板与地面的垂直距离h1，然后起吊额定载荷，再次读取激光测距系统上显示的地面与大梁下盖板间的垂直距离h2，那么h1-h2就认为是该大梁的最大静挠度，该方法有明显的不足，因为额定载荷位于大梁跨中的正下方，激光测距系统只能放在额定载荷的边上，其所测量大梁下挠值不是大梁最大下挠值，因此测量结果有相当大的偏差；另外激光测距系统垂直方向细小偏差也会带入较大测量误差。使用经纬仪法、全站仪法，需要在起重机大梁上设置标尺，测量过程需要调水平、目测，不仅劳动强度高、安全防护投入大并且人为操作引起的偏差也不小。
发明内容
本发明的目的是提供一种远距离、非接触、无需粘贴标识物的起重机大梁静刚度测量方法，适用于起重机大梁下沿任一点载荷作用下的位移测量，应用于起重机的健康检查。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种起重机静刚度的测量方法，使用图像采集系统分别采集吊车加载起吊物前后大梁的数字图像，计算出加载起吊物前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数，根据图像采集系统的系统放大倍数计算吊车加载起吊物后大梁竖直方向的位移。所述的像平面图像传感器是图像采集系统中用于成像的感光器件，包括CCD、CMOS或者其他感光单元。
优选的：所述的图像采集系统置于电动云台之上，调节图像采集系统角度，对大梁清晰成像；使用数字散斑相关算法进行图像处理求出吊车加载起吊物前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数，使用测距传感器测量大梁到图像采集系统的距离，使用角度传感器测量图像采集系统的仰角，计算出图像采集系统的放大倍数。所述的测距传感器为激光测距仪或者其他测距装置，所述的角度传感器为陀螺仪或者其他测角装置。
图像采集系统位于大梁正下方附近，吊车的起吊物不遮挡图像采集系统对大梁成像。
所述角度传感器与测距传感器将测试结果传输至运算电路，通过内置算法计算出图像采集系统的放大倍数。
利用数字散斑算法计算加载吊车前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数，消除图像采集系统光学传递函数引入误差。
采集时采用动态平均采集方法消除振动对测量系统的测量精度影响。
上述技术方案的具体步骤为：(1)在起重机正下方一定距离正对起大梁中心处放置三脚架，调节三角架三个直角杆长使得固定于三脚架上的电动云台水平；(2)通过电动云台调节图像采集系统仰角，使得起大梁下边缘成像于图像采集系统屏幕中央；(3)吊车行驶至大梁中央，调节图像采集系统焦距，使得水平方向大梁边缘成像清晰；(4)通过电动云台上角度传感器测量图像采集系统倾角，通过测距传感器测量图像采集系统到大梁的距离；计算出图像采集系统的放大倍数；(5)拍摄吊车加载起吊物前大梁下边缘数字图像，吊车加载起吊物后并处于稳定状态后拍摄大梁下边缘的数字图像；(6)利用数字散斑算法计算变形前后的下边缘数字图像移动的像素数，换算出大梁竖直向下的位移，完成静刚度测量。
基于上述方法，本发明还提供一种起重机静刚度的测量装置，包括图像采集系统，测距传感器、角度传感器以及中央处理器，图像采集系统用于采集吊车加载起吊物前后大梁的数字图像，测距传感器用来测量图像采集系统至被测大梁的距离，角度传感器用于测量图像采集系统对大梁进行图像采集时的仰角，图像采集系统、测距传感器以及角度传感器将测量结果传输至所述的中央处理器。所述的测距传感器包括激光测距传感器或者超声测距传感器。
优选的：上述一种起重机静刚度的测量装置中还包括显示屏，所述的中央处理器计算出加载起吊物前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数、图像采集系统的放大倍数以及大梁竖直向下的位移，并将计算结果传输至显示屏。
所述的图像采集系统包括长焦距成像镜头和图像传感器。所述的图像传感器是图像采集系统中用于成像的感光器件，包括CCD、CMOS或者其他感光单元。
上述技术方案的使用，利用角度传感器测距仪结合数字散斑方法测量静刚度，测量设备远离起重机大梁，无需在大梁上粘贴标识物体，不会给起重机起吊物产生影响。测量位置可选，不会因为起重机中部起吊物而无法测量大梁中点位移。数字图像采集速度快，成像系统焦距可调，适用于不同规格起重设备与不同测量距离。
由于上述技术方案的应用，本发明与现在技术相比具有下列优点：
1、本发明用一种全新的思路实现了起重机大梁静刚度测量，可以消除测量点不在大梁中点和需要粘贴标识物等缺点。与传统的静刚度测量方法对比，相比水平仪或者经纬仪测量方法，该方法利用大梁图像自然标识无需粘贴标识钢尺，操作人员只需对大梁下缘数字图像进行采集，大大简化测量过程。与激光测距方法比较，测量时无需担心物体遮挡，不会由于测量激光角度的误差带来测量误差。架设设备不受地面场地的限制。
2、本发明所述的测量方法，可以广泛应用于起重机大梁静刚度测量，尤其对于不便于粘贴标识物体，大梁垂直下方不方便设置测距设备的情况下，利用本发明，测试结果精度高，使用方便，测试速度快捷。
附图说明
图1是本发明实施例一的测量装置的原理示意图；
其中：1、起重机；2、大梁；3、起吊物；4、图像采集系统；5、电动云台；6、角度传感器；7、三角支架；8、测距传感器；9、控制及显示系统；10、水准气泡；11、吊车。
具体实施方式
为了更清楚地说明发明，下面结合附图及实施例作进一步描述
实施例一：
一种起重机静刚度的测量方法，附图1所示，测量装置主要由图像采集系统4、电动云台5、角度传感器6、三角支架7、测距传感器8、控制及显示系统9、水准气泡10组成，测量方法是采集大梁加载前后两次的数字图像，通过相关算法计算变形前后的靶面位移(像位移)，然后通过测量距离和角度信息计算钢梁实际位移；具体步骤是：
将图像采集系统4和电控平台5稳固安装在三角支架7之上，三脚架放置在起重机1的大梁2正下方侧面，摄像系统可以对大梁下边沿清晰成像；
调节三角支架水平，直至水准气泡10置于顶端中心，通过控制器9调节二维云台6，使得大梁下边缘成像在摄像系统拍摄图像中心；
吊车11行驶至起重机大梁中心，保持稳定状态；通过控制系统拍摄当前图像，此图像为未加载荷图像；
吊车11加载起吊物3，起重机大梁2产生向下位移，机构平稳后利用控制系统采集数字图像，这时由于摄像系统位置为发生变化而所拍设大梁有向下位移，大梁在两幅数字图像中位置发生变化；为精确计算该变化量，可以采用数字散斑相关技术：
设f(xi，yi)为变形前控制系统根据所选位移测量点选取m*n的图像区域像的灰度函数，
g(xi+u，yi+v)为变形后像的灰度函数，
为f(xi，yi)的平均值，为g(xi+u，yi+v)的平均值，通过相关运算
收缩竖直方向相关系数最大值，计算出被测点在像平面上移动像素数，对采集的上述灰度图像进行相关运算时，采用双线性差值进行亚像素提取，可以实现0.01亚像素的测量精度；
当u＝0，v＝0，通过相关运算
计算相关系数，改变u、v数值，在变形后图像中选取不同区域图像g(xi+u，yi+v)，当相关系数最大时认为两幅图像一致；通过相关系数最大值是的u、v数值求得所选区域在两幅图像中位移，即像的位移；
通过测距传感器8测量摄像系统到被测点距离L，通过角度传感器6测量系统倾角α，通过距离L和当前成像系统焦距f计算系统的放大倍数该放大倍数为系统当前物像比值；由于大梁下沿位移与像平面不在同一平面内，因此测量结果还需通过成像系统与大梁扰度曲线所在平面夹角进行修正，大梁挠度w与该点在物平面中位移u之间关系为：从而计算出选取点实际位移。
实施例二：
实施例一技术方案基础上，一种起重机静刚度的测量装置，包括图像采集系统4，测距传感器、角度传感器6以及中央处理器，成像系统用于采集吊车加载起吊物前后大梁的数字图像，测距传感器用来测量图像采集系统至被测大梁的距离，角度传感器用于测量图像采集系统对大梁进行图像采集时的仰角，图像采集系统、测距传感器以及角度传感器将测量结果传输至所述的中央处理器。
优选的：所述的图像采集系统由长焦距成像镜头、图像采集传感器、图像采集卡组成；通过长焦距成像镜头和图像采集传感器采集起重机大梁上具有边界特征区域，采集起重机吊重前后大梁的数字图像；所述图像采集传感器采集的数字图像经过图像采集卡转换为数字信号送入中央处理器，通过图像相关算法计算大梁加载前后在像平面图像传感器靶面上移动位移像素数，通过所述测距传感器测量距离、角度传感器测量角度以及移动像素数计算起重机吊重前后大梁位移。
本技术方案的使用，基于近景摄影测量技术，结合数字散斑算法，利用物体表面颗粒形成自然散斑灰度信息，成像系统记录变形前后散斑颗粒移动信息，提取物体表面颗粒移动信息，其精度可达到0.01像素，且自然散斑信息的提取，不受工程背景环境影响，适用于工程现场测量；因此该方法具有非接触、无需设置标识物体、精度高、动态范围大等优点。
本技术方案未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种起重机静刚度的测量方法，使用图像采集系统分别采集吊车加载起吊物前后大梁的数字图像，计算出加载起吊物前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数，根据图像采集系统的系统放大倍数计算吊车加载起吊物后大梁竖直方向的位移。
2.根据权利要求1所述的起重机静刚度的测量方法，其特征在于：所述的图像采集系统置于电动云台之上，调节图像采集系统角度，对大梁清晰成像；使用数字散斑相关算法进行图像处理求出吊车加载起吊物前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上上移动像素数，使用测距传感器测量大梁到图像采集系统的距离，使用角度传感器测量图像采集系统的仰角，计算出图像采集系统的放大倍数。
3.根据权利要求2所述的起重机静刚度的测量方法，其特征在于：图像采集系统置于大梁正下方附近，吊车的起吊物不遮挡图像采集系统对大梁成像。
4.根据权利要求2所述的起重机静刚度的测量方法，其特征在于：所述角度传感器与测距传感器将测试结果传输至运算电路，通过内置算法计算出图像采集系统的放大倍数。
5.根据权利要求1～5之一所述的起重机静刚度的测量方法，其特征在于：利用数字散斑相关算法计算加载吊车前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数，消除图像采集系统光学传递函数引入误差。
6.根据权利要求1～5之一所述的起重机静刚度的测量方法，其特征在于：步骤为：
(1)在起重机正下方一定距离正对起大梁中心处放置三脚架，调节三角架三个直角杆长使固定于三脚架上的电动云台水平；
(2)通过电动云台调节图像采集系统仰角，使大梁下边缘成像于图像采集系统屏幕中央；
(3)吊车行驶至大梁中央，调节图像采集系统焦距，使得水平方向大梁边缘成像清晰；
(4)通过电动云台上角度传感器测量图像采集系统仰角，通过测距传感器测量图像采集系统到大梁的距离；计算出图像采集系统的放大倍数；
(5)拍摄吊车加载起吊物前大梁下边缘数字图像，吊车加载起吊物后并处于稳定状态后拍摄大梁下边缘的数字图像；
(6)利用数字散斑算法计算变形前后的下边缘数字图像移动的像素数，换算出大梁竖直向下的位移，完成静刚度测量。
7.一种起重机静刚度的测量装置，包括图像采集系统，测距传感器、角度传感器以及中央处理器，其特征在于：图像采集系统用于采集吊车加载起吊物前后大梁的数字图像，测距传感器用来测量图像采集系统至被测大梁的距离，角度传感器用于测量图像采集系统对大梁进行图像采集时的仰角，图像采集系统、测距传感器以及角度传感器将测量结果传输至所述的中央处理器。
8.根据权利要求7所述的起重机静刚度的测量装置，其特征在于：还包括显示屏，所述的中央处理器计算出加载起吊物前后大梁数字图像在像平面图像传感器靶面上移动像素数、图像采集系统的放大倍数以及大梁竖直向下的位移，并将计算结果传输至显示屏。
9.根据权利要求8所述的起重机静刚度的测量装置，其特征在于：所述的图像采集系统包括长焦距成像镜头和图像传感器。
10.根据权利要求7～9之一所述的起重机静刚度的测量装置，其特征在于：所述的测距传感器包括激光测距传感器、超声测距传感器。
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