CN111693233A - 基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置及其方法，该装置包括：激光定位器，用于发射激光投射至起重机的主梁腹板上，对主梁跨中位置进行定位；摄像机，用于对所述主梁腹板进行拍摄，得到主梁加载额定荷重前后所述激光相对于所述主梁腹板的下边缘位置的拍摄图片；支撑部件，用于支撑测量装置；调节装置，设置在支撑部件上，用于向上翻转地调节所述激光定位器及所述摄像机的倾斜角度；计算装置，与所述摄像机电气连接，用于对所述拍摄图片进行图像处理，获得主梁加载额定荷重前后所述激光在所述拍摄图片中的位移，基于所述主梁腹板的高度，得出所述下挠度。操作简单，测量装置便携，既保证了生产安全，又能准确得出下挠度。

Description

基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置

技术领域

本发明涉及起重机测量技术领域，特别涉及一种基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置。

背景技术

起重机主梁下挠对起重机的承载能力、桥架结构、小车运行及使用安全等都有着重要影响。为保证起重机的使用安全，根据特种设备安全技术规范TSG Q7015-2016和TSGQ7016-2015的要求，特检人员在对起重机进行首次检验和安装改造重大修理监督检验时，额定载荷下主梁下挠度的测量是必检项目之一，实现对主梁下挠度的快速测量具有重要意义。

目前检验时针对起重机主梁下挠度的测量主要是使用经纬仪，在主梁跨中张贴一个标尺，通过经纬仪来观察主梁加载前后跨中标尺的刻度变化来计算得出下挠度。但是测量之前需要先爬上主梁张贴标尺，且经纬仪对放置地面的平整度要求较高，仪器对准操作繁琐，同时受环境影响较大。当前也有采用激光测距仪来测量主梁下挠度的方法，将激光测距仪置于主梁跨中正下方，测量加载前后主梁垂直距离的变化量，这种方法简单方便，但主梁进行吊载时其正下方存在不安全因素。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，操作简单便捷，能够快速测量出主梁下挠度。

本发明还提出一种利用上述基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置的起重机主梁下挠度测量方法。

根据本发明的第一方面实施例的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，包括：激光定位器，用于发射激光投射至起重机的主梁腹板上，对所述主梁腹板的跨中位置进行定位；摄像机，用于对所述主梁腹板进行拍摄，得到主梁加载额定荷重前后所述激光相对于所述主梁腹板的上下边缘位置的拍摄图片；支撑部件，用于支撑测量装置；调节装置，设置在所述支撑部件上，可向上翻转并固定，其上相邻地设置有所述激光定位器及所述摄像机；计算装置，与所述摄像机电气连接，用于对所述拍摄图片进行图像处理，获得主梁加载额定荷重前后所述激光在所述拍摄图片中的位移，基于所述主梁腹板的高度，得出所述下挠度。

根据本发明实施例的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，至少具有如下有益效果：通过激光定位拍摄，操作简单，测量装置结构简单便携，即保证了起重机荷重测量时的生产安全，且能准确地计算出下挠度，降低了操作难度，节约了人力成本，提升了测试效率。

根据本发明的一些实施例，所述计算装置包括：特征提取单元，用于对所述拍摄图片进行图像灰度化、图像滤波、形态学处理后，提取所述激光的中心特征及所述主梁腹板的边缘特征，得到特征图片；位移处理单元，用于根据所述特征图片，得出主梁加载额定荷重前后所述激光的中心相对于所述主梁腹板的跨中位置上下边缘之一的距离，进而获得所述位移；下挠度计算单元，用于基于所述主梁腹板的高度，根据所述主梁腹板在所述特征图片中的高度及所述位移，得出下挠度。

根据本发明的一些实施例，所述调节装置包括：拍摄平台，固定所述激光定位器及所述摄像机；水平旋转平台，与所述支撑部件连接；旋转杆，一端与所述拍摄平台通过锁紧螺母垂直旋转锁定，另一端通过锁紧螺母与所述水平旋转平台水平旋转锁定。

根据本发明的一些实施例，所述调节装置上还设置有水平仪。

根据本发明的一些实施例，所述激光定位器为十字激光定位器。

根据本发明的一些实施例，所述支撑部件为三角支架，所述三角支架的支腿长度可调节且倾斜度可调节。

根据本发明的一些实施例，所述计算装置与所述摄像机通过USB接口相连接。根据本发明的第二方面实施例的起重机主梁下挠度测量方法，使用本发明的第一方面实施例的测量装置，包括：保持起重机主梁空载，打开激光定位器，将激光中心对准主梁跨中位置，并与主梁腹板下边缘保持平齐，使用摄像机对主梁整体进行拍照，得到第一拍摄照片；对起重机主梁加载额定荷重，保持所述激光定位器及所述摄像机的位置不变，使用所述摄像机对主梁整体进行拍照，得到第二拍摄照片；对所述第一拍摄照片及第二拍摄照片进行图片处理，提取特征，获得所述激光相对与所述主梁跨中位置的上下边缘之一的相对位移，根据所述主梁腹板的高度，得出下挠度。

根据本发明实施例的起重机主梁下挠度测量方法，至少具有如下有益效果：测量装置简单便携，能准确测量出下挠度，简化了测量流程的同时，保证了生产的安全，节省人力物力，提高了测量效率。

根据本发明的一些实施例，所述下挠度的计算方法包括：

其中l为下挠度；l₂为主梁空载时，所述激光的中心点相对于所述主梁腹板的跨中位置下边缘的距离；l₁为主梁加载额定荷重后，所述激光的中心点相对于所述主梁腹板的跨中位置下边缘的距离；(l₂-l₁)即为所述位移；h为所述主梁腹板的高度；h₁为所述主梁腹板在所述特征图片中的高度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的装置中的计算装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的装置的测量使用的示意图；

图4为本发明实施例的装置在主梁空载时拍摄的照片A示意图；

图5为本发明实施例的装置在主梁负载额定重量拍摄的照片B示意图；

图6为本发明实施例的装置的测试方法的步骤示意图。

附图标记：

支撑部件100、调节装置200、激光定位器300、摄像机400、计算装置500、主梁腹板600、

拍摄平台210、水平旋转平台220、旋转杆230、第一锁紧螺母240、第二锁紧螺母250、支腿调节螺母110、特征提取单元510、位移处理单元520、下挠度计算单元530。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明的实施例中，包括：位于下部，用于支撑测量装置并固定于地面的支撑部件100；调节装置200，与支撑部件100相连接，可向上翻转调节角度，用于控制激光定位器300及摄像机400的倾斜角度；激光定位器300及摄像机400相邻地设置在调节装置上，激光定位器300与计算装置500电气连接。调节装置200调整角度时，激光定位器300及摄像机400产生相同的倾斜角度。其中，激光定位器300，用于发射激光并投射到起重机的主梁腹板上，对主梁的跨中位置进行定位。摄像机400，用于对所述主梁腹板进行拍摄，得到主梁加载额定荷重前后，激光相对于主梁腹板的上下边缘位置的拍摄图片。计算装置500对摄像机400获取的拍摄照片进行图像处理，获得主梁加载额定荷重前后所述激光在拍摄图片中的位移，基于主梁腹板的高度，得出下挠度。在本发明的实施例中，以垂直于地面的垂线角度来看，激光定位器300及摄像机400可以其中之一在上，其中之一在下的并列方式相邻地设置，如图1所示；也可以以其中之一在左，其中之一在右以并行的方式相邻地设置。在本发明实施例中的计算机装置500，指可以通过运行预定程序或指令来执行数值计算和/或逻辑计算等预定处理过程的智能电子设备，包括但不限于工控机、手机、智能芯片等。

在本发明的一些实施例中，激光定位器为十字激光定位器，发射的激光为红色十字形状。在本发明的实施例中，计算装置500与摄像机400通过USB接口相连接。

在本发明的实施例中，参照图1，支撑部件为三角支架，三角支架的每条支腿长度均可通过支腿调节螺母110进行调节，并可调节倾斜度。该支撑部件简单便携，可折叠收起。在本发明的一些实施例中，支腿可调节，通过伸缩杆进行调节。在本发明的另一些实施例中，支腿长度固定，仅可调节倾斜角度。应理解的是，本发明的支撑部件不限于可调节支腿长度及倾斜度的三角架，只要能放置在地面并支撑上部的调节装置、摄像机及激光定位器即可。

参照图1，本发明的实施例中的调节装置200包括：拍摄平台210，用于固定激光定位器300及摄像机400；水平旋转平台220，与支撑部件100连接；旋转杆230，一端与拍摄平台210通过第一锁紧螺母240垂直旋转锁定，另一端通过第二锁紧螺母250与水平旋转平台220水平旋转锁定。水平放置平台220旋转，摄像机的镜头水平朝向及激光定位器的水平朝向会随之转动，调节到合适水平朝向角度，通过第二锁紧螺母250进行固定。拍摄平台210向上翻动到一定的角度，确保激光定位器发射的激光会投射到主梁腹板上之后，通过第一锁紧螺母240进行垂直旋转锁定。

在本发明的一些实施例中，调节装置上还设置有水平仪，用于调平。该水平仪可以设置在水平旋转平台220上(图1中未标出)，用于观察三角架支腿是否调整完成，使得水平旋转平台220处于水平位置。

本发明的实例中的计算装置500，参照图2，包括：特征提取单元510、位移处理单元520及下挠度计算单元530。特征提取单元510，用于对拍摄图片进行图像灰度化、图像滤波、形态学处理后，提取激光的特征及主梁腹板的边缘特征，得到特征图片；位移处理单元，用于根据特征图片，得出主梁加载额定荷重前后激光的中心相对于主梁腹板的跨中位置上下边缘之一的距离，进而获得位移；下挠度计算单元，用于基于主梁腹板的高度，根据主梁腹板在特征图片中的高度及位移，得出下挠度。

本发明实施例的装置在进行测量使用时，参照图2。首先将测量装置置于起重机主梁侧下方便于测量的安全位置。打开支架，将支架高度调至方便测量人员操作的位置，观察旋转装置上的水平仪，通过调节支架支腿将旋转装置进行调平；打开十字激光定位器，水平转动旋转装置，将激光十字对准主梁跨中位置，然后通过第二锁紧螺母进行水平方向上的旋转锁定；垂直转动旋转装置，将激光十字的横线与空载主梁腹板下边缘保持平齐，然后通过第一锁紧螺母进行垂直方向的旋转锁定。打开摄像机，拍摄主梁腹板加载前(即空载状态)的照片A，此时主梁腹板在图2中的虚线位置；然后对起重机主梁进行额定载荷加载，并拍摄加载后照片B，此时主梁腹板在图2中的实线位置。其中，摄像机拍摄得到的照片A参照图3，照片B参照图4。

计算装置500接收到摄像机发送的拍摄图片，特征提取单元510通过图像灰度化、图像滤波、形态学处理等一系列图像处理方法提取出十字中心点及主梁复板边缘特征点。其中形态学处理可以采用二值化处理。起重机主梁腹板实际高度h是已知的，计算照片A中腹板高度h₁及十字中心点至主梁腹板下边缘垂直距离l₁(即主梁腹板跨中位置下边缘)，上述步骤中照片A中十字中心点与腹板下边缘重合，因此，此处l₁＝0。位移处理单元520计算照片2中十字中心点至梁下边缘垂直距离l₂。即加载前后激光十字中心点相对于主梁腹板下边缘的距离变化值为l₂-l₁。最后由下挠度计算单元530计算出下挠度，其挠度计算公式，由如下公式(1)：

变形得公式(2)：

求得激光十字中心的实际变化距离l，也就是所测主梁的下挠度。

在利用本发明实施例的装置进行测量时也可不进行旋转装置的调平，只需将激光定位至主梁腹板跨中位置上，并保证加载前后激光不脱离腹板，通过照片中激光形状的中心相对主梁腹板跨中位置的上下边缘其中之一的距离变化，根据主梁腹板的实际高度与主梁腹板的图片高度的对应关系，采用公式(2)换算即可求得主梁下挠度，此时l₂-l₁表示中激光形状的中心相对主梁腹板跨中位置的上下边缘其中之一的距离变化。

在本发明的实施例的测量方法，使用本发明实施例的装置，参照图6，包括：保持起重机主梁空载，打开激光定位器，将激光中心对准主梁跨中位置，并与主梁腹板下边缘保持平齐，使用摄像机对主梁整体进行拍照，得到第一拍摄照片；对起重机主梁加载额定荷重，保持激光定位器及摄像机的位置不变，使用摄像机对主梁整体进行拍照，得到第二拍摄照片；对第一拍摄照片及第二拍摄照片进行图片处理，提取特征，获得激光相对与主梁跨中位置的上下边缘之一的相对位移，根据主梁腹板的高度，得出下挠度。应理解的是，若本发明实施例中的激光定位装置使用的是十字激光定位器，发射的激光显十字形状，则在初次拍摄时将十字中的横线对准主梁腹板跨中位置下边缘；若本发明实施例中的激光定位装置使用的是普通激光定位器，发射的激光显圆点形状，则在初次拍摄时将圆点大致对准主梁腹板跨中位置下边缘，由计算装置500的特征提取单元510在进行图片处理后，确定出该圆点中心位置，并由中心位置确定出激光至腹板跨中位置下边缘的距离l₁，依旧可以通过上述公式(2)得出主梁的下挠度。即本发明的实施例中，并不限定必须要使l₁为零。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，其特征在于，包括：

激光定位器，用于发射激光投射至起重机的主梁腹板上，对所述主梁腹板的跨中位置进行定位；

摄像机，用于对所述主梁腹板进行拍摄，得到主梁加载额定荷重前后所述激光相对于所述主梁腹板的上下边缘的位置的拍摄图片；

支撑部件，用于支撑测量装置；

调节装置，设置在所述支撑部件上，其上相邻地设置有所述激光定位器及所述摄像机，可向上翻转地调节所述激光定位器及所述摄像机的倾斜角度；

计算装置，与所述摄像机电气连接，用于对所述拍摄图片进行图像处理，获得主梁加载额定荷重前后所述激光在所述拍摄图片中的位移，基于所述主梁腹板的高度，得出所述下挠度。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，其特征在于，所述计算装置包括：

特征提取单元，用于对所述拍摄图片进行图像灰度化、图像滤波、形态学处理后，提取所述激光的中心特征及所述主梁腹板的边缘特征，得到特征图片；

位移处理单元，用于根据所述特征图片，得出主梁加载额定荷重前后所述激光的中心相对于所述主梁腹板的跨中位置上下边缘之一的距离，进而获得所述位移；

下挠度计算单元，用于基于所述主梁腹板的高度，根据所述主梁腹板在所述特征图片中的高度及所述位移，得出下挠度。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，所述调节装置包括：

拍摄平台，用于固定所述激光定位器及所述摄像机；

水平旋转平台，与所述支撑部件连接；

旋转杆，一端与所述拍摄平台通过第一锁紧螺母垂直旋转锁定，另一端通过第二锁紧螺母与所述水平旋转平台水平旋转锁定。

4.根据权利要求1所述的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，所述调节装置上还设置有水平仪。

5.根据权利要求1所述的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，其特征在于，所述激光定位器为十字激光定位器。

6.根据权利要求1所述的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，其特征在于，所述支撑部件为三角支架，所述三角支架的支腿长度可调节且倾斜度可调节。

7.根据权利要求1所述的基于图像处理的起重机主梁下挠度测量装置，所述计算装置与所述摄像机通过USB接口相连接。

8.一种起重机主梁下挠度测量方法，使用权利要求1至8中任一项的装置，包括以下步骤：

保持起重机主梁空载，打开激光定位器，将激光中心对准主梁跨中位置，并与主梁腹板下边缘保持平齐，使用摄像机对主梁整体进行拍照，得到第一拍摄照片；

对起重机主梁加载额定荷重，保持所述激光定位器及所述摄像机的位置不变，使用所述摄像机对主梁整体进行拍照，得到第二拍摄照片；

对所述第一拍摄照片及第二拍摄照片进行图片处理，提取特征，获得所述激光相对与所述主梁跨中位置的上下边缘之一的相对位移，根据所述主梁腹板的高度，得出下挠度。

9.根据权利要求8所述的起重机主梁下挠度测量方法，其特征在于，所述下挠度的计算方法包括：

其中l为下挠度；l₂为主梁空载时，所述激光的中心点相对于所述主梁腹板的跨中位置下边缘的距离；l₁为主梁加载额定荷重后，所述激光的中心点相对于所述主梁腹板的跨中位置下边缘的距离；(l₂-l₁)即为所述位移；h为所述主梁腹板的高度；h₁为所述主梁腹板在所述特征图片中的高度。

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