CN109283542A - 隧道管片钢模端板合模到位检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道管片钢模端板合模到位检测装置及其检测方法，所述钢模包括相对设置的二端板及相对设置的二侧板，所述二端板及所述二侧板连接形成矩形空间，所述检测装置包括标识图案、校准组件及测量机，所述标识图案用于所述测量机的标定，所述校准组件用于所述测量机的校准，所述测量机用于获取所述标识图案的空间位置及其与端板之间的距离。本发明根据钢模合模的要求，将图像识别技术、图像比对技术、激光测量技术集成，设计出一种针对隧道管片钢模两端板合模到位的检测装置，实现了高精度的距离测量，以此来判定钢模合模状态的正确性，同时该技术也提高了现场实际可操作性，达到便捷、高效、低成本的目的。

Description

隧道管片钢模端板合模到位检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及传感器检测技术领域，具体来说涉及一种隧道管片钢模端板合模到位检测装置及其检测方法。

背景技术

管片是隧道质量的一个重要要素，管片精度直接影响了管片拼装质量以及成型后隧道的结构性能，同时也涉及到其防水性能和耐久性，影响管片生产质量的最主要因素是管片钢模。

根据管片生产工艺，钢模四侧模板首先必须合拢到位，然后才能注入水泥形成管片，因此钢模是否合模到位必须得到严格的控制。然而管片制造现场环境复杂、同时还存在钢模清洗不到位等问题，极易造成合模误差。目前多通过人工观察、简单的量器具来检测合模的情况，如采用对钢模端角对角距离测量来判断是否合模到位等，费时费力且精度低。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供一种隧道管片钢模端板合模到位检测装置及其检测方法，可大大降低对测量人员的操作要求，解决现有的钢模端板合模到位检测费时费力精度低的技术问题，提高了检测效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种隧道管片钢模端板合模到位检测装置，所述钢模包括相对设置的二端板及相对设置的二侧板，所述二端板及所述二侧板连接形成矩形空间，其特征在于，所述检测装置包括：

校准组件，所述校准组件为L形板并包括相互垂直连接的第一竖向板与第二竖向板，所述第一竖向板的内壁上成形有校准图案，所述校准图案包括呈十字垂直交叉的二直线段及二同心圆，所述二直线段的交点位于所述二同心圆的内部，所述二直线段与所述二同心圆的相交点处及所述二直线段的相交点处形成所述校准图案的标识点；

标识图案，成形于其中一所述侧板的内壁上，所述标识图案与所述校准图案相同，所述标识图案在所述侧板的位置及方向与所述校准图案在所述第一竖向板的位置及方向相同；

测量机，所述测量机包括测量支架、工业相机及激光测距传感器，所述测量支架上成形有手持部，所述工业相机与所述激光测距传感器分别设于所述测量支架内，所述工业相机用以获取所述测量机与钢模的侧板之间的空间方位关系，所述标识图案位于所述工业相机的拍照范围内，所述激光测距传感器用于获取所述测量机与所述钢模的端板之间的距离。

本发明的装置实施例中，所述测量机还包括总开关按钮、电源、电源指示灯、测量启动按钮、测量控制板、通讯板、USB接口及报警装置，所述电源为所述工业相机及所述激光测距传感器供电，所述总开关按钮控制所述电源通电与断开，所述电源指示灯用以显示所述电源的通电状态，所述测量启动按钮与所述工业相机、所述激光测距传感器及所述测量控制板连接，所述测量控制按钮用于所述工业相机、所述激光测距传感器的启动，所述测量控制板用于所述工业相机、所述激光测距传感器测量数据的获取，所述通讯板与所述工业相机、所述激光测距传感器及所述USB接口连接，控制信号间的内外部传输。

本发明的装置实施例中，定义所述激光测距传感器的位置为所述测量支架的前端，所述测量控制板、通讯板、电源、报警装置安装于所述测量支架内部，所述总开关按钮及所述USB接口位于所述测量支架后端，所述电源指示灯安装于所述测量支架的前端，所述测量启动按钮设于所述测量支架的顶部前端的位置。

本发明的装置实施例中，所述二直线段的交点与所述二同心圆的圆心重合。

本发明另提供一种利用所述的隧道管片钢模端板合模到位检测装置的检测方法，包括以下步骤:

步骤一：令所述校准图案与所述标识图案的二直线段的交点与所述二同心圆的圆心重合形成重合点，所述重合点与一标识点连接形成连线，所述连线的延伸方向为测量方向，所述连线与所述校准图案中与所述第一竖向板、所述第二竖向板的交线垂直，所述标识图案中的测量方向与所述校准图案的测量方向相同；定义所述连线朝向所述端板或所述第二竖向板的延伸方向为X方向，经过所述重合点垂直于所述X方向并向上延伸的为Y方向；

令所述工业相机的镜头对准所述第一竖向板上的校准图案进行拍照并使用所述激光测距传感器对所述第二竖向板进行测量，在所述测量方向上所述校准图案上的重合点与所述第二竖向板之间的距离为L_理论，通过所述测量机对校准组件的测量，调整所述激光测距传感器的起始点及测量方向，使得校准之后所述激光测距传感器在测量方向上与所述端板之间的距离值L_测量1＝L_理论，即实现所述测量机的校准；

步骤二：手持所述测量机，启动所述测量机进入准备测量状态；

步骤三：手持所述测量机，将其放入需检测的钢模端板与侧板的相交处的角部，调整所述工业相机的镜头与所述侧板平行，所述侧板上的标识图案位于所述工业相机的拍照范围内，将所述工业相机的镜头对准所述标识图案进行拍照，并使所述激光测距传感器朝向所述端板发射测距激光，通过所述工业相机拍照获得当前状态下的标识图案照片，通过所述激光测距传感器测量获得当前状态下激光测距传感器至所述端板的距离值L_实际；

步骤四：通过对拍照得到的标识图案照片与正确测量方位的理论标识图案进行单幅匹配计算，获得L_实际与X方向之间的角度偏差值A₁，标识图案照片上的重合点与所述理论标识图案上的重合点之间的距离在X方向的偏差值为△X，通过将图像偏差值和L_实际进行如下换算，获得测量过程中所述激光测距传感器在所述测量方向上的测量值L_测量2；

△X为负：L_实际×cosA₁—△X＝L_测量2；

△X为正：L_实际×cosA₁+△X＝L_测量2；

步骤五：将L_测量2与L_理论进行差值对比，若差值在要求范围内判定为合模到位，其它结果则判定合模不到位，所述测量机的报警装置发出合格或不合格信号。

本发明的方法实施例中，步骤3中所述激光测距传感器测得的L_实际值通过USB接口传输至外部设备。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：本发明根据钢模合模的要求，将图像识别技术、图像比对技术、激光测量技术集成，设计出一种针对隧道管片钢模两端板合模到位的检测装置，实现了高精度的距离测量，以此来判定钢模合模状态的正确性，同时该技术也提高了现场实际可操作性，达到便捷、高效、低成本的目的。

附图说明

图1是本发明隧道管片钢模端板合模到位检测装置使用状态示意图。

图2是本发明校准组件的结构示意图。

图3是本发明测量机的端部外观结构示意图。

图4是本发明测量机的正视外观结构示意图。

图5是本发明校准图案或标识图案示意图。

图6是本发明L_测量2与L_实际的换算关系示意图。

附图标记与部件的对应关系如下：

钢模1；端板11；侧板12；标识图案13；校准组件2；第一竖向板21；第二竖向板22；校准图案23；测量机3；测量支架31；工业相机32；激光测距传感器33；激光331；手持部34；内部空腔35；总开关按钮36；电源指示灯37；测量启动按钮38；USB接口39；理论标识图案A；标识图案照片B。

具体实施方式

为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。

请参阅图1至图5所示，本发明提供一种隧道管片钢模1端板合模到位检测装置，所述钢模1包括相对设置的二端板11及相对设置的二侧板12，所述二端板11及所述二侧板12连接形成矩形空间，所述检测装置包括预设于所述钢模1侧板12上的标识图案13、校准组件2及测量机3，所述标识图案13用于标定所述测量机3的测量方位，所述校准组件2用于所述测量机3的校准，所述测量机3对所述钢模1进行测量以获得所述钢模1的实际空间位置。其中：

如图2所示，所述校准组件2为L形板并包括相互垂直连接的第一竖向板21与第二竖向板22，所述第一竖向板21的内壁上成形有校准图案23，所述校准图案23包括呈十字垂直交叉的二直线段及二同心圆，所述二直线段的交点位于所述二同心圆的内部，所述二直线段与所述二同心圆的相交点处及所述二直线段的相交点处形成所述校准图案的标识点；较佳地，所述二直线段的交点与所述二同心圆的圆心重合。

所述标识图案13成形于其中一所述侧板12的内壁上，所述标识图案13与所述校准图案23相同，所述标识图案13在所述侧板12的位置及方向与所述校准图案23在所述第一竖向板21的位置和方向相同；所述标识图案13包括呈十字垂直交叉的二直线段及二同心圆，所述二直线段的交点位于所述二同心圆的内部，所述二直线段的交点与所述二同心圆的圆心重合，所述二直线段与所述二同心圆的相交点处及所述二直线段的相交点处形成所述标识图案的标识点。如图5所示为本发明所述校准图案23或所述标识图案13的示意图，所述标识图案13或所述校准图案23上成形有9个标识点。

如图1、图3、图4所示，所述测量机3设于所述钢模内部，所述测量机3包括测量支架31、工业相机32及激光测距传感器33，所述测量支架31上成形有手持部34以便于握持所述测量机3进行测量，所述工业相机32与所述激光测距传感器33分别设于所述测量支架31内，所述工业相机32对所述侧板上的标识图案进行拍照以获取所述测量机3与钢模1的侧板12之间的空间方位关系，所述标识图案13位于所述工业相机32的拍照范围内，所述激光测距传感器33向所述端板11发射激光331以获取所述测量机3与所述钢模1的端板11之间的距离，所述工业相机32与所述激光测距传感器33之间的空间方位经所述校准组件2校准后保持不变。

本发明实施例中，所述测量机3还包括总开关按钮36、电源、电源指示灯37、测量启动按钮38、测量控制板、通讯板、USB接口39及报警装置等主要结构。

如图3、图4所示，定义所述激光传感器33所在的位置为所述测量支架31的前端，所述工业相机32安装于所述测量支架31的左侧，所述手持部39位于所述测量支架31的顶部；所述测量控制板、通讯板、电源及报警装置安装于所述测量支架31的内部空腔35内，所述总开关按钮36及所述USB接口38安装于所述测量支架31的后端，所述电源指示灯37安装于所述测量支架31的前端，所述测量启动按钮38安装于所述测量支架31的顶部靠近前端的位置。其中：

所述电源为电池，所述总开关按钮36控制所述电源通电与断开，所述电源指示灯37用以显示所述电源的通电状态，所述电源为所述工业相机32及所述激光测距传感器33供电，所述测量启动按钮38与所述工业相机32、所述激光测距传感器33及所述测量控制板连接，所述测量控制按钮38用于所述工业相机32、所述激光测距传感器33的启动，所述测量控制板用于所述工业相机32、所述激光测距传感器33测量数据的获取，所述通讯板与所述工业相机32、所述激光测距传感器33及所述USB接口39连接，控制信号(数据)间的内外部传输。

借此，按下所述总开关按钮36，所述电源指示灯37亮起，所述工业相机32及所述激光测距传感器33接通电源，按下测量启动按钮38，所述工业相机32及所述激光测距传感器33进入测量状态，所述工业相机32与所述激光测距传感器33测得的数据经通讯板、所述USB接口39进行传输至外部设备(图未示)，如PAD端或外部计算机。

以上具体说明了本发明隧道管片钢模端板合模到位检测装置的结构，以下说明其检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

步骤一：如图5所示，令所述校准图案23与所述标识图案13的二直线段的交点与所述二同心圆的圆心重合形成重合点，所述重合点与一标识点连接形成一连线，所述连线的延伸方向为测量方向，所述连线与所述校准图案23中所述第一竖向板21、所述第二竖向板22的交线垂直＝，所述标识图案13中的测量方向与所述校准图案23的测量方向相同；定义所述连线朝向所述端板11或所述第二竖向板22的延伸方向为X方向，经过所述重合点垂直于所述X方向并向上延伸的为Y方向；

如图1所示，令所述工业相机32的镜头对准所述第一竖向板21上的校准图案23进行拍照并使用所述激光测距传感器33对所述第二竖向板22进行测量，在所述测量方向上所述校准图案23上的重合点与所述第二竖向板22之间的距离为L_理论，通过所述测量机3对校准组件2的测量，调整所述激光测距传感器33的起始点及测量方向，使得校准之后所述激光测距传感器33在测量方向上与所述第二竖向板22之间距离值L_测量1＝L_理论，即实现所述测量机3的校准；

步骤二：手持所述测量机3，按下所述测量机3的总开关按钮36，所述测量机3的电源指示灯37亮起，所述测量机3进入准备测量状态；

步骤三：手持所述测量机3，将其放入需检测的钢模端板11与侧板12的相交处的角部，调整所述工业相机32的镜头与所述侧板12平行，所述侧板12上的标识图案13位于所述工业相机32的拍照范围内，将所述工业相机32的镜头对准所述标识图案13进行拍照，并使所述激光测距传感器33朝向所述端板11发射测距激光331，并使激光测距传感器33测距的方向尽可能与所述侧板12平行以减小测量误差，通过所述工业相机32拍照获得当前状态下的标识图案照片B，通过所述激光测距传感器33测量获得当前状态下激光测距传感器33至所述端板11的距离值L_实际，所述L_实际值通过USB接口39传输至外部设备；

步骤四：由于人工测量存在位置及方向上的偏移，所以需要对L_实际值进行换算；

如图6所示，通过对拍照得到的标识图案照片B与正确测量方向及位置的理论标识图案A进行单幅匹配计算，获得L_实际与X方向之间的角度偏差值A₁，标识图案照片B上的重合点与所述理论标识图案A上的重合点之间的距离在X方向的偏差值为△X，通过将图像偏差值和L_实际进行如下换算，获得测量过程中所述激光测距传感器33在所述测量方向上的测量值L_测量2；

△X为负：L_实际×cosA₁—△X＝L_测量2；

△X为正：L_实际×cosA₁+△X＝L_测量2；

步骤五：将L_测量2与L_理论进行差值对比，若差值在要求范围内判定为合模到位，其它结果则判定合模不到位，所述测量机3的报警装置发出合格或不合格信号。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种隧道管片钢模端板合模到位检测装置，所述钢模包括相对设置的二端板及相对设置的二侧板，所述二端板及所述二侧板连接形成矩形空间，其特征在于，所述检测装置包括：

校准组件，所述校准组件为L形板并包括相互垂直连接的第一竖向板与第二竖向板，所述第一竖向板的内壁上成形有校准图案，所述校准图案包括呈十字垂直交叉的二直线段及二同心圆，所述二直线段的交点位于所述二同心圆的内部，所述二直线段与所述二同心圆的相交点处及所述二直线段的相交点处形成所述校准图案的标识点；

标识图案，成形于其中一所述侧板的内壁上，所述标识图案与所述校准图案相同，所述标识图案在所述侧板的位置及方向与所述校准图案在所述第一竖向板的位置及方向相同；

测量机，所述测量机包括测量支架、工业相机及激光测距传感器，所述测量支架上成形有手持部，所述工业相机与所述激光测距传感器分别设于所述测量支架内，所述工业相机用以获取所述测量机与钢模的侧板之间的空间方位关系，所述标识图案位于所述工业相机的拍照范围内，所述激光测距传感器用于获取所述测量机与所述钢模的端板之间的距离。

2.根据权利要求1所述的隧道管片钢模端板合模到位检测装置，其特征在于，所述测量机还包括总开关按钮、电源、电源指示灯、测量启动按钮、测量控制板、通讯板、USB接口及报警装置，所述电源为所述工业相机及所述激光测距传感器供电，所述总开关按钮控制所述电源通电与断开，所述电源指示灯用以显示所述电源的通电状态，所述测量启动按钮与所述工业相机、所述激光测距传感器及所述测量控制板连接，所述测量控制按钮用于所述工业相机、所述激光测距传感器的启动，所述测量控制板用于所述工业相机、所述激光测距传感器测量数据的获取，所述通讯板与所述工业相机、所述激光测距传感器及所述USB接口连接，控制信号间的内外部传输。

3.根据权利要求2所述的隧道管片钢模端板合模到位检测装置，其特征在于，定义所述激光测距传感器的位置为所述测量支架的前端，所述测量控制板、通讯板、电源、报警装置安装于所述测量支架内部，所述总开关按钮及所述USB接口位于所述测量支架后端，所述电源指示灯安装于所述测量支架的前端，所述测量启动按钮设于所述测量支架的顶部前端的位置。

4.根据权利要求1所述的隧道管片钢模端板合模到位检测装置，其特征在于，所述二直线段的交点与所述二同心圆的圆心重合。

5.一种利用权利要求1至4中任一权利要求所述的隧道管片钢模端板合模到位检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一：令所述校准图案与所述标识图案的二直线段的交点与所述二同心圆的圆心重合形成重合点，所述重合点与一标识点连接形成连线，所述连线的延伸方向为测量方向，所述连线与所述校准图案中与所述第一竖向板、所述第二竖向板的交线垂直，所述标识图案中的测量方向与所述校准图案的测量方向相同；定义所述连线朝向所述端板或所述第二竖向板的延伸方向为X方向，经过所述重合点垂直于所述X方向并向上延伸的为Y方向；

令所述工业相机的镜头对准所述第一竖向板上的校准图案进行拍照并使用所述激光测距传感器对所述第二竖向板进行测量，在所述测量方向上所述校准图案上的重合点与所述第二竖向板之间的距离为L_理论，通过所述测量机对校准组件的测量，调整所述激光测距传感器的起始点及测量方向，使得校准之后所述激光测距传感器在测量方向上与所述端板之间的距离值L_测量1＝L_理论，即实现所述测量机的校准；

步骤二：手持所述测量机，启动所述测量机进入准备测量状态；

步骤三：手持所述测量机，将其放入需检测的钢模端板与侧板的相交处的角部，调整所述工业相机的镜头与所述侧板平行，所述侧板上的标识图案位于所述工业相机的拍照范围内，将所述工业相机的镜头对准所述标识图案进行拍照，并使所述激光测距传感器朝向所述端板发射测距激光，通过所述工业相机拍照获得当前状态下的标识图案照片，通过所述激光测距传感器测量获得当前状态下激光测距传感器至所述端板的距离值L_实际；

步骤四：

通过对拍照得到的标识图案照片与正确测量方位的理论标识图案进行单幅匹配计算，获得L_实际与X方向之间的角度偏差值A₁，标识图案照片上的重合点与所述理论标识图案上的重合点之间的距离在X方向的偏差值为△X，通过将图像偏差值和L_实际进行如下换算，获得测量过程中所述激光测距传感器在所述测量方向上的测量值L_测量2；

△X为负：L_实际×cosA₁—△X＝L_测量2；

△X为正：L_实际×cosA₁+△X＝L_测量2；

步骤五：将L_测量2与L_理论进行差值对比，若差值在要求范围内判定为合模到位，其它结果则判定合模不到位，所述测量机的报警装置发出合格或不合格信号。

6.根据权利要求5所述的隧道管片钢模端板合模到位检测装置的检测方法，其特征在于，步骤3中所述激光测距传感器测得的L_实际值通过USB接口传输至外部设备。