CN113008423B - 一种玻璃幕墙应力检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料无损检测技术领域，提供了一种玻璃幕墙应力检测方法，主要利用空中飞行装置搭载像素偏振相机在待检玻璃幕墙的目标区域外侧进行逐块扫描，同时获取待检玻璃幕墙四个方向的偏振图像，所述目标区域内侧安装有圆偏振光源；数据处理装置接收空中飞行装置发送的透射法光弹条纹图像，并对透射法光弹条纹图像进行处理获得目标区域的线偏振度(DoLP)场分布图像和主应力方向(AOP)场分布图像，根据DoLP和AOP计算目标区域的玻璃幕墙应力值。本发明只需一次拍照即可获得目标检测区域内的残余应力场，提高了检测效率；提高了检测灵敏度和增强了系统抗环境光干扰的能力，解决了光弹条纹图像在白天对比度差而只能在晚上进行检测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及材料无损检测技术领域，尤其涉及一种玻璃幕墙应力检测方法。
背景技术
玻璃幕墙作为现代建筑中的一个独特设计，它不仅体现建筑学、美学结构设计的最佳结合，而且把玻璃的多种功能也完美体现出来。而引发玻璃幕墙安全问题最多的事故就是钢化玻璃自爆。玻璃幕墙中的残余应力、安装应力以及风载作用下的应力是产生玻璃幕自爆的重要原因。因此玻璃幕墙中的应力检测是保障其安全性和预防事故的重要措施。
目前玻璃幕墙应力检测多采用光弹性原理，但检测方式采用传统的斜反射式或透射式光弹法，如，名称为一种检测玻璃幕墙自爆隐患的方法和装置，专利号为200810167250.9的发明专利，采用的是斜反射光弹法进行测试，以两个安装角度和偏振方向都相互垂直的线偏振片分别作为起偏和检偏装置，在玻璃幕墙上设置两条导轨或人工吊篮，以反射光为信息载体在玻璃同侧或外侧逐块进行应力检测。以检测到的最大主应力为依据评估玻璃的自爆风险。但是，上述专利公开的技术至少具有以下缺点：
(1)由于幕墙外侧铺设导轨或人工吊篮导致检测成本增高且检测效率低；
(2)由于上述专利采用传统的光弹条纹作为信息载体，在白天应力条纹图像的对比度差，因此，通常检测只能在夜晚进行；
(3)传统的斜反射光弹法需要两个方向入射的光弹条纹场才能完全确定应力场，因此，应力提取过程复杂。
发明内容
为了降低玻璃幕墙应力检测的成本和提高检测效率，本发明提供了一种玻璃幕墙应力检测方法，实现对玻璃幕墙以低成本、高效率的应力检测，为玻璃幕墙安全性的评估提供依据。
具体的，主要通过以下技术方案来实现：
一种玻璃幕墙应力检测方法，包括步骤：
利用空中飞行装置搭载像素偏振相机在待检玻璃幕墙的目标区域外侧进行逐块扫描，得到透射法光弹条纹图像，所述目标区域内侧安装有圆偏振光源；
数据处理装置接收空中飞行装置发送的透射法光弹条纹图像，并对透射法光弹条纹图像进行处理获得目标区域的DoLP(线偏振度，degree of linear polarization，简称DoLP)场分布图像和AOP(主应力方向，Angle of Polarization)场分布图像，根据DoLP和AOP计算目标区域的玻璃幕墙应力值。
优选地，在圆偏振光源的照射下，空中飞行装置利用像素偏振相机对目标区域进行逐块拍照，每次拍照可同时获得四个偏振方向的透射法光弹条纹图像。
优选地，所述四个偏振方向的角度分别为0°、45°、90°和135°。
优选地，数据处理装置对透射法光弹条纹图像的处理具体包括：
将空中飞行装置利用像素偏振相机任一次拍照获得的四个偏振方向的透射法光弹条纹图像设为I0、I45、I90和I135，其中，0、45、90和135分别为偏振方向的角度；
根据下式对四幅透射法光弹条纹图像I0、I45、I90和I135进行如下运算：
s0＝I0+I90；
s1＝I0-I90；
s2＝I45-I135；
并根据下式得到目标区域的DoLP场和AOP场分布图像：
优选地，所述方法还包括：
利用所述空中飞行装置搭载像素偏振相机和圆偏振光源对待检玻璃幕墙的各区域进行逐块扫描，得到每一个区域的反射法光弹条纹图像；
数据处理装置接收空中飞行装置发送的每一个区域的反射法光弹条纹图像，并对反射法光弹条纹图像进行处理获得各区域的DoLP场分布图像，根据各DoLP场分布图像内的DoLP最大值确定待检玻璃幕墙各区域的应力集中点。
优选地，所述待检玻璃幕墙的目标区域的确定具体包括以下步骤：
数据处理装置对待检玻璃幕墙各区域的残余应力集中点进行初步评估，将残余应力大于预设阈值的区域确定为待检玻璃幕墙的目标区域，所述应力集中点包括安装载荷、风载、划痕以及玻璃内残余热应力引起的应力集中点。
优选地，所述空中飞行装置为无人机。
优选地，所述圆偏振光源为可发出圆偏振光的led筒灯。
优选地，所述空中飞行装置设置有无线传输模块，用于将像素偏振相机拍摄的透射法光弹条纹图像和反射法光弹条纹图像传输给数据处理装置。
优选地，像素偏振相机的镜头聚焦可通过无线传输模块进行远程控制。
本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
1、通过像素偏振相机的单次拍照即可获得满足了应力场的计算条件，极大的提高了应力检测效率；
2、在利用空中飞行装置搭载像素偏振相机和圆偏振光源对玻璃幕墙外侧扫描拍照进行定性初检，将残余应力大于预设阈值的区域确定为待检玻璃幕墙的目标区域，为定量应力检测快速明确检测的目标区域，可进一步提高玻璃幕墙应力检测的效率，同时不需要铺设移动导轨或人工吊篮，降低了检测的成本；
3、对透射法光弹条纹图像和反射法光弹条纹图像进行做差处理，得到DoLP场分布图像，降低了环境光的干扰，解决了传统光弹条纹图像在白天对比度差而检测只能在晚上进行的问题；
4、以DoLP场分布图像作为信息载体判断应力集中点，提高了信噪比；
5、先采用反射光弹原理初步检测确定玻璃幕墙的应力集中区域，再采用透射光弹原理对应力集中区域进行精确的定量检测，可进一步提高玻璃幕墙应力检测的精度。
附图说明
1、本发明实施例提供的图1中采用透射光弹原理对目标区域进行检测，(a)为偏振角度为0°的偏振图像，(b)为偏振角度为45°的偏振图像，(c)为偏振角度为90°的偏振图像，(d)为偏振角度为135°的偏振图像，(e)为DoLP场分布图像；
2、本发明实施例提供的图2显示的是根据DoLP和AOP计算目标区域的玻璃幕墙的最大主应力场和切应力场分布图；
3、本发明实施例提供的图3中采用反射光弹原理检测，(a)为偏振角度为0°的偏振图像，(b)为偏振角度为45°的偏振图像，(c)为偏振角度为90°的偏振图像，(d)为偏振角度为135°的偏振图像，(e)为DoLP场分布图像；
4、图4为本发明实施例提供的玻璃幕墙应力检测方法的实施流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的核心思想，下面将结合附图对其进行详细的说明。
一种玻璃幕墙应力检测方法，具体流程如图4所示。
主要包括：先采用反射光弹原理初步定性检测，确定玻璃幕墙的应力集中区域，再采用透射光弹原理对应力集中区域进行精确的定量应力检测。
具体的，包括如下步骤：
步骤1，利用无人机搭载像素偏振相机和圆偏振光源对待检玻璃幕墙的各区域进行逐块扫描，得到每一个区域的反射法光弹条纹图像。
利用无人机搭载像素偏振相机和圆偏振光源，控制无人机在待检玻璃幕墙外侧移动，对待检玻璃幕墙进行逐块扫描，以反射式光弹原理进行初步定性检测，由于光线两次穿过了玻璃厚度，因此提高了光程差和检测灵敏度。像素偏振相机每次拍照的面积与圆偏振光源强度、镜头放大倍数以及无人机与玻璃幕墙的距离有关，通常每次拍照检测的面积为0.25-1m2。
需要说明的是，本发明空中飞行装置不仅仅局限于使用无人机，还可以包括能实现搭载像素偏振相机和/或圆偏振光源并利用光能、电能或其它能源可在空中飞行和移动的装置。
在一个优选地实施例中，由于无人机携带面积较大的平行光场不易，本发明实施例中的圆偏振光源可采用led筒灯做光源，将圆偏振片内置于LED筒灯内部以实现圆偏振光场。
步骤2，数据处理装置接收空中飞行装置发送的每一个区域的反射法光弹条纹图像。
步骤3，数据处理装置对反射法光弹条纹图像进行处理获得各区域的DoLP场分布图像。
像素偏振相机每次拍照检测可获得四个偏振角度的反射法光弹条纹图像，四个偏振方向的角度分别为0°,45°,90°,135°，对应的反射法光弹条纹图像分别记为I0、I45、I90和I135。
根据下式对四幅光弹条纹图像I0、I45、I90和I135进行数学运算：
s0＝I0+I90；
s1＝I0-I90；
s2＝I45-I135；
并根据下式得到各区域的DoLP场分布图像：
每一点的DoLP在数值上等于该点由于双折射造成的相位差的正玄值，在一定范围内(相位差小于90°)，DoLP值越大，相位差越大，应力集中的可能性也越大。
像素偏振相机获得的四个偏振方向的光弹条纹图像在白天对比度差(如图3a、图3b、图3c和图3d所示)，若直接对反射法光弹条纹图像进行应力集中点的判断难度大，因此，本发明先对反射法光弹条纹图像进行上述运算处理，再通过上述DoLP场分布图像的计算公式得到线偏振度场分布图像，如图3e所示。由于背景光被减掉，相较于图3a-d，DoLP图像的亮度和对比度都提高了，解决了应力光弹条纹图像在白天对比度差而只能在晚上进行检测的问题，有效提高了信噪比。
步骤4，数据处理装置根据各DoLP场分布图像内的DoLP最大值确定待检玻璃幕墙各区域的应力集中点。
步骤5，数据处理装置对待检玻璃幕墙各区域的残余应力集中点进行初步评估，将残余应力大于预设阈值的区域确定为待检玻璃幕墙的目标区域。
应力主要由安装载荷、风载、划痕以及玻璃内残余热应力引起的，因此，上述各区域的应力集中点即是玻璃幕墙的危险点。对各区域的应力集中点进行初步评估，计算各区域的危险点的应力值，将其与预设的应力阈值进行对比，将大于预设阈值的应力值对应的区域确定为待检玻璃幕墙的目标区域，可以理解的是，其中目标区域可以为多个。
步骤6，利用无人机搭载像素偏振相机在待检玻璃幕墙的目标区域外侧进行逐块扫描，得到透射法光弹条纹图像，所述目标区域内侧安装有圆偏振光源。
由于光柱具有一定的发散角，led筒灯光源通过圆偏振片照射到玻璃幕墙上已不是标准的圆偏振光，因此采用反射光弹原理进行检测，其精度较差，只能定性地获取的玻璃幕墙的应力集中区域。因此，利用无人机搭载像素偏振相机在待检玻璃幕墙的目标区域外侧进行精确的定量应力检测，圆偏振光源安装在目标区域内侧。
采用透射光弹原理进行检测时，采用大尺寸、均匀的圆偏振光源(如600mm见方的led灯板，最外侧放置圆偏振片)紧贴在玻璃幕墙内侧(可由人工安装)，而外侧则由无人机携带像素偏振相机进行扫描拍照。
步骤7，数据处理装置接收空中飞行装置发送的透射法光弹条纹图像，并对透射法光弹条纹图像进行处理获得目标区域的DoLP场分布图像和AOP场分布图像。
像素偏振相机每次拍照检测可获得四个偏振角度的反射法光弹条纹图像，四个偏振方向的角度分别为0°,45°,90°,135°，对应的反射法光弹条纹图像分别记为I0、I45、I90和I135。
根据下式对四幅光弹条纹图像I0、I45、I90和I135进行数学运算：
s0＝I0+I90；
s1＝I0-I90；
s2＝I45-I135；
并根据下式得到目标区域的DoLP场分布图像：
以及，根据下式得到目标区域的AOP场分布图像：
步骤8，数据处理装置根据DoLP和AOP计算目标区域的玻璃幕墙应力值。
可采用计算机专用软件(如FAOP软件)获取目标区域内的应力场分布，定量计算目标区域的玻璃幕墙应力值。
本发明通过像素偏振相机的单次拍照即可获得玻璃幕墙应力双折射造成的相位差场和主应力方向场，从而满足了应力场的计算条件，避免因传统方法需要多次光学操作(例如改变光的入射方向、转动分析镜等)造成的不便，极大的提高了应力检测效率。
以12mm厚的钢化玻璃为例说明，将圆偏振光源安装于玻璃幕墙内侧，通过搭载有像素偏振相机的无人机在玻璃幕墙外侧对目标区域进行拍照，获得四个偏振方向的应力光弹条纹图像(如图1a-d所示)，其中，取四个偏振方向的角度分别为0°、45°、90°和135°。先对目标区域获取的图像(I0、I45、I90和I135)进行做差处理，然后根据DoLP场分布图像公式计算所检测的目标区域的DoLP场分布图像(如图1(e)所示)和主应力方向场分布图像。从图中可知，相较于反射式检测，透射式检测获得的图像(I0、I45、I90和I135)和DoLP分布图像，在亮度、对比度和清晰度方面均大大提高20％。
优选地，所述空中飞行装置设置有无线传输模块，用于将像素偏振相机拍摄的透射法光弹条纹图像和反射法光弹条纹图像传输给数据处理装置。
优选地，像素偏振相机的镜头聚焦也可通过无线传输模块进行远程控制。
需要说明的是，本发明数据处理装置可以是计算机、服务器或者可以是安装了上述专用软件的移动终端，数据处理装置通过无线传输方式接收透射法光弹条纹图像和反射法光弹条纹图像，通过安装的专用软件定量计算目标区域玻璃幕墙的应力值分布，如图2所示，数据处理装置根据DoLP和AOP计算的目标区域的玻璃幕墙的第一主应力场和切应力场。
而根据玻璃幕墙的应有强度(由生产厂家提供，或采取类似的样品进行测试所得)和实际检测到的最大主应力值，可判断玻璃幕墙的自爆风险。
例如，假设检测到的最大主应力值为σ1(即第一主应力)，玻璃幕墙的应有强度为σb，计算：
根据α的值将玻璃幕墙的自爆风险评估进行分级。
如，α＜1.3，则确定该玻璃幕墙的自爆风险评估等级为第一等级，对应等级评价为：安全；
1.3≤α＜1.6，则确定该玻璃幕墙的自爆风险评估等级为第二等级，对应等级评价为：比较危险，继续监测；
1.6≤α＜2，则确定该玻璃幕墙的自爆风险评估等级为第三等级，对应等级评价为：危险，建议更换；
α≥2，则确定该玻璃幕墙的自爆风险评估等级为第四等级，对应等级评价为：特别危险，立即更换。
优选地，还包括步骤9，数据处理装置生成并输出玻璃幕墙自爆风险评估报告，以及发出警告提示，以便工作人员及时处理。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种玻璃幕墙应力检测方法，其特征在于，包括：
利用空中飞行装置搭载像素偏振相机在待检玻璃幕墙的目标区域外侧进行逐块扫描，得到透射法光弹条纹图像，所述目标区域内侧安装有圆偏振光源，在圆偏振光源的照射下，空中飞行装置利用像素偏振相机对目标区域进行逐块拍照，每次拍照可同时获得四个偏振方向的透射法光弹条纹图像，所述四个偏振方向的角度分别为0°、45°、90°和135°；
数据处理装置接收空中飞行装置发送的透射法光弹条纹图像，并对透射法光弹条纹图像进行处理获得目标区域的DoLP场分布图像和AOP场分布图像，根据DoLP和AOP计算目标区域的玻璃幕墙应力值；
数据处理装置对透射法光弹条纹图像的处理具体包括：
将空中飞行装置利用像素偏振相机任一次拍照获得的四个偏振方向的透射法光弹条纹图像设为I0、I45、I90和I135，其中，0、45、90和135分别为偏振方向的角度；
根据下式对四幅透射法光弹条纹图像I0、I45、I90和I135进行如下运算：
s0＝I0+I90；
s1＝I0-I90；
s2＝I45-I135；
并根据下式得到目标区域的DoLP场和AOP场分布图像：
2.如权利要求1所述的一种玻璃幕墙应力检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述空中飞行装置搭载像素偏振相机和圆偏振光源对待检玻璃幕墙的各区域进行逐块扫描，得到每一个区域的反射法光弹条纹图像；
数据处理装置接收空中飞行装置发送的每一个区域的反射法光弹条纹图像，并对反射法光弹条纹图像进行处理获得各区域的DoLP场分布图像，根据各DoLP场分布图像内的DoLP最大值确定待检玻璃幕墙各区域的应力集中点。
3.如权利要求2所述的一种玻璃幕墙应力检测方法，其特征在于，所述待检玻璃幕墙的目标区域的确定具体包括以下步骤：
数据处理装置对待检玻璃幕墙各区域的残余应力集中点进行初步评估，将残余应力大于预设阈值的区域确定为待检玻璃幕墙的目标区域，所述应力集中点包括安装载荷、风载、划痕以及玻璃内残余热应力引起的集中点。
4.如权利要求3所述的一种玻璃幕墙应力检测方法，其特征在于，所述空中飞行装置为无人机。
5.如权利要求3所述的一种玻璃幕墙应力检测方法，其特征在于，所述圆偏振光源为可发出圆偏振光的led筒灯。
6.如权利要求3所述的一种玻璃幕墙应力检测方法，其特征在于，所述空中飞行装置设置有无线传输模块，用于将像素偏振相机拍摄的透射法光弹条纹图像和反射法光弹条纹图像传输给数据处理装置。
7.如权利要求6所述的一种玻璃幕墙应力检测方法，其特征在于，像素偏振相机的镜头聚焦可通过无线传输模块进行远程控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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