CN111538353B - 一种隧道检测车稳定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道检测车稳定装置，包括二轴稳定装置、两个相机系统、倾角传感器和工控机；二轴稳定装置包括X轴直驱电机和Y轴直驱电机；X轴直驱电机的定子固定在检测车的底盘上；Y轴直驱电机的定子与X轴直驱电机的转子固定连接；检测设备与Y轴直驱电机的转子固定连接；两个相机系统分别固定安装在检测车的左右两侧，包括工业相机和光源，两个工业相机分别实时拍摄检测车两侧的隧道管片图像，并传输至工控机；倾角传感器固定安装在检测车上，实时检测检测车与重力加速度方向的夹角，并传输至工控机；工控机控制X轴直驱电机和Y轴直驱电机的转子做相应转动和补偿。本发明可以维持检测设备的稳定性，提高其检测准确率。

Description

一种隧道检测车稳定装置
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，涉及一种隧道检测车，尤其涉及一种隧道检测车稳定装置。
背景技术
随着轨道交通技术的快速发展，早期建设的地铁隧道基础设施已经进入养护维护期，而新建成的地铁隧道，因地质、地下水、邻近基坑施工以及本身结构负荷等各方面的综合影响，可能会使隧道结构产生形变，这严重危害隧道安全和列车运行，必须及时准确的进行长期的形变监测，以便及时发现和预报险情，保证隧道运营安全。如果对地铁隧道形变趋势不及时预警，隧道发生形变，由于隧道管片刚度较大，圆隧道结构的形变首先表现为对管片拼装接缝处的拉张和挤压，导致管片两端的碎裂和止水带失效，会使隧道基础设施进一步被破坏，一旦发生事故，给生命财产带来巨大损失。
特别地，隧道水平直径方向相对位移变化，即水平收敛，是体现隧道形变状态最直接的参数。为了检测隧道水平收敛，常用基于三维扫描仪的隧道检测车对地铁隧道进行扫描。但是，在移动地铁隧道扫描过程中，由于设备移动过程中发生振动、地铁两轨道高低不一致等原因，扫描得到的地铁隧道点云数据无法确定水平方向，这需要在扫描时保持三维激光扫描仪和水平面的垂直度。
针对现有技术中无法保持三维激光扫描仪等检测设备和水平面垂直度的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供一种隧道检测车稳定装置，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种隧道检测车稳定装置，在检测车的行进过程中，用于维持检测车上检测设备的稳定性，具有这样的特征：稳定装置包括二轴稳定装置、两个相机系统、倾角传感器和工控机；二轴稳定装置包括X轴直驱电机和Y轴直驱电机；X轴直驱电机和Y轴直驱电机均包括定子和转子；X轴直驱电机的定子固定在检测车的底盘上，X轴直驱电机的转子可相对于其定子在水平面内进行左右转动；Y轴直驱电机的定子与X轴直驱电机的转子固定连接，随其转动，Y轴直驱电机的转子可相对于其定子在纵向面内进行俯仰转动；检测设备与Y轴直驱电机的转子固定连接，随其转动；两个相机系统分别固定安装在检测车的左右两侧，相机系统包括工业相机和光源，两个相机系统的工业相机分别实时拍摄检测车两侧的隧道管片图像，并传输至工控机，工控机实时处理和分析，测量出检测车前进方向与隧道管缝的夹角，并控制X轴直驱电机的转子反向转动相应角度，补偿偏航角；倾角传感器固定安装在检测车上，实时检测检测车与重力加速度方向的夹角，并传输至工控机，工控机控制Y轴直驱电机的转子反向转动相应角度，补偿俯仰角。
进一步，本发明提供一种隧道检测车稳定装置，还可以具有这样的特征：其中，两个相机系统的工业相机同轴标定。
进一步，本发明提供一种隧道检测车稳定装置，还可以具有这样的特征：其中，工控机测量检测车前进方向与隧道管缝夹角的过程为：将采集到的图片实时处理，进行灰度化、均衡化、二值化，然后再基于霍夫算法提取图片中的直线；管缝在图像坐标系下呈带状分布，霍夫算法拟合出多条直线，根据投票原理，将直线段较为集中的区域识别为管缝；对于识别到的管缝直线，进行管缝偏转角的计算，即检测车前进方向与隧道管缝的夹角。
进一步，本发明提供一种隧道检测车稳定装置，还可以具有这样的特征：还包括负载平台；负载平台固定在Y轴直驱电机的转子上；检测设备固定在负载平台上。
进一步，本发明提供一种隧道检测车稳定装置，还可以具有这样的特征：其中，还包括转接法兰件；检测设备通过转接法兰件固定安装在负载平台上。
进一步，本发明提供一种隧道检测车稳定装置，还可以具有这样的特征：其中，检测设备为三维激光扫描仪或二维激光雷达。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种隧道检测车稳定装置，相机系统配备了工业相机和光源，通过实时拍摄隧道管面图像，提取隧道管缝直线，计算管缝偏转角，并且倾角传感器同样实时测量小车与重力加速度方向夹角。结合实时检测得到的角度偏移量，系统控制二轴稳定装置使得三维扫描仪激光面与隧道管缝对齐，从根源上避免了由于扫描设备偏移而产生的断面测量误差，提高了扫描数据的质量。
附图说明
图1是隧道检测车稳定装置的结构示意图。
图2是二轴稳定装置的侧视图；
图3是隧道检测车稳定装置实现检测设备与隧道管缝及重力加速度方向对齐原理示意图；
图4是通过相机系统配合二轴稳定装置实现管缝角度偏移补偿的算法流程图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1和2所示，本发明提供一种隧道检测车稳定装置，在检测车1的行进过程中，用于维持检测车1上检测设备2的稳定性。
检测设备2为三维激光扫描仪、二维激光雷达等。
稳定装置包括二轴稳定装置3、两个相机系统4、倾角传感器和工控机。
二轴稳定装置3包括X轴直驱电机和Y轴直驱电机。
X轴直驱电机和Y轴直驱电机均包括定子和转子。定子固定不动，转子带动负载转动。
X轴直驱电机的定子31通过螺丝固定在检测车1的底盘上，X轴直驱电机的转子32可相对于其定子31在水平面内进行左右转动，即控制X轴水平方向姿态，调整偏航角。
Y轴直驱电机的定子33与X轴直驱电机的转子32通过螺丝固定连接，随其转动，Y轴直驱电机的转子34可相对于其定子33在纵向面(车行进方向)内进行俯仰转动，即控制Y轴航向姿态，调整俯仰角，如图2中箭头所示。
检测设备2与Y轴直驱电机的转子34固定连接，随其转动。
具体的，稳定装置还包括负载平台5和转接法兰件6。负载平台5固定在Y轴直驱电机的转子34上。检测设备2通过转接法兰件6固定安装在负载平台5上。
X轴直驱电机和Y轴直驱电机的调整方向和原理如图3所示。
工控机控制X轴直驱电机和Y轴直驱电机转子的转动，具体的，通过算法对直驱电机进行闭环控制。
二轴稳定装置在X轴与Y轴方向联动，使用直驱电机作为动力输出，代替传统电机，无需减速器、齿轮箱等连接结构，精度一致性较好，装配简单，维护方便。
两个相机系统4分别固定安装在检测车1的左右两侧。相机系统4包括工业相机41和光源42。其中，两个相机系统4的工业相机41同轴标定，并与检测设备2进行相对位置的标定，以确定初始的相对位置。
两个相机系统4的工业相机41分别实时拍摄检测车1两侧的隧道管片图像，并传输至工控机，工控机实时处理和分析，测量出检测车前进方向与隧道管缝的夹角，并控制X轴直驱电机的转子32反向转动相应角度，补偿偏航角，实现检测设备(三维激光扫描仪的激光面)与隧道管缝对齐。
工控机测量检测车前进方向与隧道管缝夹角的具体过程为：将采集到的图片实时处理，进行灰度化、均衡化、二值化，然后再基于霍夫算法提取图片中的直线。管缝在图像坐标系下呈带状分布，霍夫算法拟合出多条直线，根据投票原理，将直线段较为集中的区域识别为管缝。对于识别到的管缝直线，进行管缝偏转角的计算，即检测车前进方向与隧道管缝的夹角。
倾角传感器固定安装在检测车1上。倾角传感器实时检测检测车与重力加速度方向的夹角，并将该夹角数据传输至工控机，工控机控制Y轴直驱电机的转子34反向转动相应角度，补偿俯仰角，实现检测设备(三维激光扫描仪的激光面)与重力加速度方向对齐。
倾角传感器能够把静态重力场的变化转换为倾角变化，通过电压方式直接输出水平倾角数值，稳定性高，抗干扰能力强。
通过二轴稳定装置3补偿偏航角和俯仰角，能够从根源上避免由于扫描设备偏移而产生的断面测量误差，提高数据质量，在不改变隧道检测车平台的基础上，保证了检测设备和水平面垂直度，减小了断面测量误差，便于检测隧道水平收敛。

Claims (6)

1.一种隧道检测车稳定装置，在检测车的行进过程中，用于维持检测车上检测设备的稳定性，其特征在于：
稳定装置包括二轴稳定装置、两个相机系统、倾角传感器和工控机；
所述二轴稳定装置包括X轴直驱电机和Y轴直驱电机；
X轴直驱电机和Y轴直驱电机均包括定子和转子；
X轴直驱电机的定子固定在检测车的底盘上，X轴直驱电机的转子可相对于其定子在水平面内进行左右转动；
Y轴直驱电机的定子与X轴直驱电机的转子固定连接，随其转动，Y轴直驱电机的转子可相对于其定子在纵向面内进行俯仰转动；
所述检测设备与Y轴直驱电机的转子固定连接，随其转动；
两个相机系统分别固定安装在检测车的左右两侧，相机系统包括工业相机和光源，两个相机系统的工业相机分别实时拍摄检测车两侧的隧道管片图像，并传输至工控机，工控机实时处理和分析，测量出检测车前进方向与隧道管缝的夹角，并控制X轴直驱电机的转子反向转动相应角度，补偿偏航角；
倾角传感器固定安装在检测车上，实时检测检测车与重力加速度方向的夹角，并传输至工控机，工控机控制Y轴直驱电机的转子反向转动相应角度，补偿俯仰角。
2.根据权利要求1所述的隧道检测车稳定装置，其特征在于：
其中，两个所述相机系统的工业相机同轴标定。
3.根据权利要求1所述的隧道检测车稳定装置，其特征在于：
其中，所述工控机测量检测车前进方向与隧道管缝夹角的过程为：将采集到的图片实时处理，进行灰度化、均衡化、二值化，然后再基于霍夫算法提取图片中的直线；
管缝在图像坐标系下呈带状分布，霍夫算法拟合出多条直线，根据投票原理，将直线段较为集中的区域识别为管缝；
对于识别到的管缝直线，进行管缝偏转角的计算，即所述检测车前进方向与隧道管缝的夹角。
4.根据权利要求1所述的隧道检测车稳定装置，其特征在于：
还包括负载平台；
负载平台固定在所述Y轴直驱电机的转子上；
所述检测设备固定在负载平台上。
5.根据权利要求4所述的隧道检测车稳定装置，其特征在于：
其中，还包括转接法兰件；
所述检测设备通过转接法兰件固定安装在所述负载平台上。
6.根据权利要求1所述的隧道检测车稳定装置，其特征在于：
其中，所述检测设备为三维激光扫描仪或二维激光雷达。
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