CN113884032A - 一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备及方法，该设备包括两台高清3D相机、承载板、两个支架、可调节螺栓、直线模组、基座、显示器以及处理器。该方法包括：步骤一、取出混凝土立方体试块；步骤二、将试块放置在承载板上，承载板移动至直线模组一端；步骤三、调整载承载板方位，第一3D相机和第二3D相机分别位于混凝土试块的体对角线方向两侧并对称设置，倾斜45°；步骤四、启动直线模组的同时启动两台3D相机拍照；步骤五、将拍照得到的点云图通过算法进行合成，实现5个面扫描；步骤六、将扫描结果换算成混凝土立方体试块的平整度，输出至显示器。本发明能够检测出混凝土立方体试块表面的平整度，监控在送样试件中出现的不良品。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备及方法。
背景技术
通常采用混凝土立方体试块测定混凝土的抗压强度，混凝土抗压强度试模一般采用10或15厘米立方体试模。在检测混凝土强度时，没有按照试件的尺寸公差实施检测，是造成混凝土试块抗压强度偏离实际值的重要原因之一，因此大量工程实践和相关标准表面，有必要对混凝土表面平整度进行检查，标准的试件检测有如下要求：
(1)承压面的平整度公差应小于0.0005d(其中d为试件边长)；
(2)对于试件各边长、直径和高的实际尺寸公差不应大于1mm；
(3)试件相邻面应该垂直，即夹角为90°，公差不应大于0.5°。
但人工对混凝土试块检测时，一方面检测速度较慢，需要人员根据专业经验判断，另一方面，检测结果只能大致检测凹陷角度，进行定性判断，无法测量具体的凹陷深度，缺乏定量判断。同时，测硫酸盐侵蚀试验和氢氧化钙加速养护后的混凝土立方体试块表面通常有腐蚀介质，易对人体皮肤造成伤害。为此，提出一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备及方法，能够检测出混凝土立方体试块表面的平整度，监控在送样试件中出现的不良品。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，该设备包括以下部件：第一3D相机、第二3D相机、承载板、第一支架、第二支架、可调节螺栓、直线模组、基座、显示器以及处理器；其中：
基座设置在设备底部，第一支架和第二支架的底部分别安装在基座上，第一支架和第二支架的顶部均设置有可调节螺栓，第一3D相机通过可调节螺栓安装在第一支架的顶部，第二3D相机通过可调节螺栓安装在第二支架的顶部，且第一3D相机和第二3D相机均向下呈45°对称安装；
直线模组安装在基座上，直线模组的传送方向所在的直线与第一3D相机和第二3D相机的连线垂直；承载板安装在直线模组上，且承载板能在直线模组进行运动；承载板的对角线分别与第一3D相机和第二3D相机的连线垂直或平行；第一3D相机、第二3D相机、显示器、直线模组均与处理器相连；
测试时，将混凝土立方体试块放置在承载板上，试块边线与承载板上的标线对齐，在直线模组向另一端传送的同时，启动第一3D相机和第二3D相机进行拍照，形成点云图，处理器对拍摄的点云图进行处理，并调整为平整度输出，平整度结果输出至显示器。
进一步地，本发明的所述第一3D相机和第二3D相机支持深度数据和点云数据输出，输出长宽高及角度数据判定OK/NG，分辨率不低于0.003mm，Z轴方向重复精度不低于2μm，测量范围200～300mm，扫描速度不低于1KHz，激光线轮廓点数不低于2000个。
进一步地，本发明的所述混凝土立方体试块为成型好的100mm×100mm×100mm或150mm×150mm×150mm立方体试块，并经过一定龄期的养护，强度不低于5MPa。
进一步地，本发明的所述承载板为长宽相同的正六面体钢板，且长宽为180mm～200mm，厚度5mm～1mm，并且钢板面上印有100mm×100mm和150mm×150mm的正方形标线，标线边长与钢板平行并且中心点重合，承载板平行于直线模组的对角线上有螺栓孔，通过螺栓与直线模组固定牢靠。
进一步地，本发明的所述第一支架和第二支架为钢合金材质，与基座垂直通过螺栓连接，用于支撑第一3D相机和第二3D相机。
进一步地，本发明的所述直线模组能够穿过第一支架和第二支架之间的空隙，从一端向另一端循环转送，直线模组的速度为5～20cm/s，有效行程为80-100cm，重复定位精度高于±0.005mm。
进一步地，本发明的所述基座为直线模组和支架提供支撑，承载上部重量和负荷。
进一步地，本发明的所述处理器内部含换算软件，将第一3D相机和第二3D相机拍摄的点云图计算转换为混凝土试块表面平整度并输出至显示器进行显示。
本发明提供一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将养护至规定龄期的混凝土立方体试块取出，并用毛巾擦干混凝土试块表面的水分；
步骤二、将混凝土立方体试块放置在承载板上，同时承载板移动至直线模组一端，并按要求将试块和承载板进行对中；
步骤三、调整载承载板方位，第一3D相机和第二3D相机分别位于混凝土试块的体对角线方向两侧并对称设置，同时调整第一3D相机和第二3D相机倾斜45°；
步骤四、启动直线模组的同时启动第一3D相机和第二3D相机拍照，在直线模组将承载板和试块传送到另一端的过程中，第一3D相机和第二3D相机不停地拍照，在此拍照过程中保持试块不出现遮挡、紧挨现象；
步骤五、将拍照得到的点云图通过算法进行合成，实现5个面的扫描；
步骤六、将5个面的扫描结果换算成混凝土立方体试块的平整度，并输出到显示器上。
本发明产生的有益效果是：本发明的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备及方法，能够代替人工检测的方法，提高检测的速度和精度；能对试件表面的凹陷深度进行定量测量；能够检测出混凝土立方体试块表面的平整度，监控在送样试件中出现的不良品；整个检测过程安全、高效，自动化程度高；
本发明采用高精度3D相机，支持深度数据和点云数据输出，可输出长宽高及角度数据判定OK/NG，并且可根据软件、硬件、算法能够快速集成并根据现场不同的场景进行调整，相交手工测量能够大幅度提高检测效率，同时测量值稳定可靠度高，完全可用于水泥检测试件尺寸测量，监控在送样试件中出现的不良品，确保混凝土试块测试结果具有较高的代表性，可在一定程度上用于混凝土立方体抗压试块平整度及尺寸偏差的检测，具有广泛的应用前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例的不同角度的侧视结构示意图；
图3是本发明实施例的不同角度的侧视结构示意图；
图4是本发明实施例的不同角度的侧视结构示意图；
图5是本发明实施例的扫描示意图；
图6是本发明实施例的单个相机扫描的混凝土试块得到的点云处理后的图片；
图7是本发明实施例的平整度及边长的计算方法示意图；
图8是本发明实施例的顶面拼接之后的图片；
图中：1-第一支架，2-第二支架，3-可调节螺栓，4-第一3D相机，5-第二3D相机，6-直线模组，7-承载板，8-混凝土立方体试块，9-基座。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，该设备包括以下部件：第一3D相机、第二3D相机、承载板、第一支架、第二支架、可调节螺栓、直线模组、基座、显示器以及处理器；其中：
基座设置在设备底部，第一支架和第二支架的底部分别安装在基座上，第一支架和第二支架的顶部均设置有可调节螺栓，第一3D相机通过可调节螺栓安装在第一支架的顶部，第二3D相机通过可调节螺栓安装在第二支架的顶部，且第一3D相机和第二3D相机均向下呈45°对称安装；
直线模组安装在基座上，直线模组的传送方向所在的直线与第一3D相机和第二3D相机的连线垂直；承载板安装在直线模组上，且承载板能在直线模组进行运动；承载板的对角线分别与第一3D相机和第二3D相机的连线垂直或平行；第一3D相机、第二3D相机、显示器、直线模组均与处理器相连；
测试时，将混凝土立方体试块放置在承载板上，试块边线与承载板上的标线对齐，在直线模组向另一端传送的同时，启动第一3D相机和第二3D相机进行拍照，形成点云图，处理器对拍摄的点云图进行处理，并调整为平整度输出，平整度结果输出至显示器。
第一3D相机和第二3D相机支持深度数据和点云数据输出，可输出长宽高及角度数据判定OK/NG，优选D7503MG341型高清3D相机，分辨率(数据间隔)0.014-0.017，Z轴方向重复精度1.2μm，测量范围200mm，扫描速度400Hz～5kHz，激光线轮廓点数2560个，激光等级3R(蓝光，405nm)，总量1500g，视野94-192mm。高清3D相机中的激光发射器通过镜头将可见激光射向物体表面，经物体反射的激光通过接受器镜头，被内部的CCD线性相机接受，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下测试这个光点。根据这个角度即知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物之间的距离。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。沿水泥块的体对角线方向放置第一3D相机和第二3D相机，倾斜45°，对称放置，每台相机均沿着垂直于该对角线相对方向运动(实际是直线模组运动)，分别扫描顶面以及两个侧面的一部分，得到点云之后，通过算法可以将其进行合成，实现5个面(顶面、前后左右面)的扫描。
所述直线模组的速度为10cm/s，有效行程为100cm，重复定位精度±0.003mm。
所用混凝土试块为28d龄期的C30混凝土100mm×100mm×100mm试块，将试块放置在承载台上，并且边线与承载台上100mm×100mm的正方形标线基本重合，承载台移动至直线模组的端头。
启动直线模组使其上面的承载台连带混凝土试块穿过第一3D相机和第二3D相机对称线下方移动到另一端，同时启动第一3D相机和第二3D相机拍照功能，根据直线模组移动速度以及高清3D相机拍摄得到的点云图像经过换算(换算软件优选浙江大华技术股份有限公司的3D云测量系统)后可得混凝土试块表面平整度以及尺寸偏差量(由于面5为非成型面，因此可不作为结果输出)，如表1所示。
表1输出显示结果
本发明实施例的混凝土立方体试块平整度三维激光检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将养护至规定龄期的混凝土立方体试块取出，并用毛巾擦干混凝土试块表面的水分；
步骤二、将混凝土立方体试块放置在承载板上，同时承载板移动至直线模组一端，并按要求将试块和承载板进行对中；
步骤三、调整载承载板方位，第一3D相机和第二3D相机分别位于混凝土试块的体对角线方向两侧并对称设置，同时调整第一3D相机和第二3D相机倾斜45°；
步骤四、启动直线模组的同时启动第一3D相机和第二3D相机拍照，在直线模组将承载板和试块传送到另一端的过程中，第一3D相机和第二3D相机不停地拍照，在此拍照过程中保持试块不出现遮挡、紧挨现象；
步骤五、将拍照得到的点云图通过算法进行合成，实现5个面的扫描；
步骤六、将5个面的扫描结果换算成混凝土立方体试块的平整度，并输出到显示器上。
综上所述可以看出，本发明采用高精度3D相机，支持深度数据和点云数据输出，可输出长宽高及角度数据判定OK/NG，并且可根据软件、硬件、算法能够快速集成并根据现场不同的场景进行调整，相交手工测量能够大幅度提高检测效率，同时测量值稳定可靠度高，完全可用于水泥检测试件尺寸测量，监控在送样试件中出现的不良品，确保混凝土试块测试结果具有较高的代表性，可在一定程度上用于混凝土立方体抗压试块平整度及尺寸偏差的检测，具有广泛的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附属的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，该设备包括以下部件：第一3D相机、第二3D相机、承载板、第一支架、第二支架、可调节螺栓、直线模组、基座、显示器以及处理器；其中：
基座设置在设备底部，第一支架和第二支架的底部分别安装在基座上，第一支架和第二支架的顶部均设置有可调节螺栓，第一3D相机通过可调节螺栓安装在第一支架的顶部，第二3D相机通过可调节螺栓安装在第二支架的顶部，且第一3D相机和第二3D相机均向下呈45°对称安装；
直线模组安装在基座上，直线模组的传送方向所在的直线与第一3D相机和第二3D相机的连线垂直；承载板安装在直线模组上，且承载板能在直线模组进行运动；承载板的对角线分别与第一3D相机和第二3D相机的连线垂直或平行；第一3D相机、第二3D相机、显示器、直线模组均与处理器相连；
测试时，将混凝土立方体试块放置在承载板上，试块边线与承载板上的标线对齐，在直线模组向另一端传送的同时，启动第一3D相机和第二3D相机进行拍照，形成点云图，处理器对拍摄的点云图进行处理，并调整为平整度输出，平整度结果输出至显示器。
2.根据权利要求1所述的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，所述第一3D相机和第二3D相机支持深度数据和点云数据输出，输出长宽高及角度数据判定OK/NG，分辨率不低于0.003mm，Z轴方向重复精度不低于2μm，测量范围200～300mm，扫描速度不低于1KHz，激光线轮廓点数不低于2000个。
3.根据权利要求1所述的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，所述混凝土立方体试块为成型好的100mm×100mm×100mm或150mm×150mm×150mm立方体试块，并经过一定龄期的养护，强度不低于5MPa。
4.根据权利要求1所述的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，所述承载板为长宽相同的正六面体钢板，且长宽为180mm～200mm，厚度5mm～1mm，并且钢板面上印有100mm×100mm和150mm×150mm的正方形标线，标线边长与钢板平行并且中心点重合，承载板平行于直线模组的对角线上有螺栓孔，通过螺栓与直线模组固定牢靠。
5.根据权利要求1所述的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，所述第一支架和第二支架为钢合金材质，与基座垂直通过螺栓连接，用于支撑第一3D相机和第二3D相机。
6.根据权利要求1所述的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，所述直线模组能够穿过第一支架和第二支架之间的空隙，从一端向另一端循环转送，直线模组的速度为5～20cm/s，有效行程为80-100cm，重复定位精度高于±0.005mm。
7.根据权利要求1所述的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，所述基座为直线模组和支架提供支撑，承载上部重量和负荷。
8.根据权利要求1所述的混凝土立方体试块平整度三维激光检测设备，其特征在于，所述处理器内部含换算软件，将第一3D相机和第二3D相机拍摄的点云图计算转换为混凝土试块表面平整度并输出至显示器进行显示。
9.一种混凝土立方体试块平整度三维激光检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将养护至规定龄期的混凝土立方体试块取出，并用毛巾擦干混凝土试块表面的水分；
步骤二、将混凝土立方体试块放置在承载板上，同时承载板移动至直线模组一端，并按要求将试块和承载板进行对中；
步骤三、调整载承载板方位，第一3D相机和第二3D相机分别位于混凝土试块的体对角线方向两侧并对称设置，同时调整第一3D相机和第二3D相机倾斜45°；
步骤四、启动直线模组的同时启动第一3D相机和第二3D相机拍照，在直线模组将承载板和试块传送到另一端的过程中，第一3D相机和第二3D相机不停地拍照，在此拍照过程中保持试块不出现遮挡、紧挨现象；
步骤五、将拍照得到的点云图通过算法进行合成，实现5个面的扫描；
步骤六、将5个面的扫描结果换算成混凝土立方体试块的平整度，并输出到显示器上。
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