CN114166127A - 钢筋尺寸检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学检测领域，特别为一种钢筋尺寸检测仪。包括固定镜筒、主镜筒、固定安装在主镜筒中且固定焦距的光学镜片组、连接在主镜筒与固定镜筒之间的用于带动主镜筒沿光轴方向相对固定镜筒往复移动的移动驱动组件、以及固定安装在主镜筒中光学镜片组后侧的图像传感器，所述光学镜片组包括由物方到像方依次设置的前镜组和后镜组,所述前镜组为由平凸透镜或双凸透镜构成以使得光学系统成物方远心光路。本发明采用整体主镜筒移动的方式保持系统放大倍率不变，并且采用物方远心光路提高测量精度，不仅能实现适时测量，而且测量准确，价格便宜，是一种小型化、智能化的便携式钢筋测试装置。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测领域，特别为一种钢筋尺寸检测仪。
背景技术
钢筋尺寸和裂缝宽度在楼宇建筑、桥梁、高铁、地铁、水利、隧道等工程的安全质量是很重要的参数。市面上推出了各种测量方法、测量设备。如钢筋尺寸测量，采用了千分卡尺，能较准确、方便测量其尺寸，但它不能数据存储，更不能远距离适时传输，影响了质量的可追溯性。目前也已研制了采用摄像方法对裂缝宽度进行测量，但都做成体积较大、价格较贵、不便携带、不便传输的仪器。
手机是一种便携移动式的摄像机，它不仅具有通讯传输功能、运算测量功能、存储数据图像功能、还是很适用的显示器。但从资料上看，很少被应用在钢筋和裂缝宽度测试等装置上。由于它的普及率很高，很有必要推广应用。它可以大大降低钢筋和裂缝尺寸测试装置的价格，还可以实现小型化和智能化。
发明内容
本发明的目的在于：克服以上缺点提供一种钢筋尺寸检测仪，该钢筋尺寸检测仪采用整体主镜筒移动的方式保持系统放大倍率不变，并且采用物方远心光路提高测量精度，不仅能实现适时测量，而且测量准确，价格便宜，是一种小型化、智能化的便携式钢筋测试装置。
本发明通过如下技术方案实现：一种钢筋尺寸检测仪，其特征在于：包括固定镜筒、主镜筒、固定安装在主镜筒中且固定焦距的光学镜片组、连接在主镜筒与固定镜筒之间的用于带动主镜筒沿光轴方向相对固定镜筒往复移动的移动驱动组件、以及固定安装在主镜筒中光学镜片组后侧的图像传感器，所述光学镜片组包括由物方到像方依次设置的前镜组和后镜组,所述前镜组为由平凸透镜或双凸透镜构成以使得光学系统成物方远心光路。
为了更好的实施本方案,还提供如下优化方案：
优选地，所述后镜组包括由物方到像方依次设置的第一双凸形正透镜、第二双凹形负透镜、第三双凹形负透镜、第四双凸形正透镜、第五双凸形正透镜和第六弯月形负透镜，第一双凸形正透镜和第二双凹形负透镜组成双胶合组，所述第五双凸形正透镜和第六弯月形负透镜组成双胶合组。
为了便于钢筋尺寸检测仪和裂缝仪的一机两用，所述主镜筒包括用于安装前镜组的前镜筒以及连接于前镜筒后端的用于安装后镜组的后镜筒，所述前镜筒与后镜筒之间通过螺纹连接。
为了便于与手机实现适时观测、存储、显示、传送测量的数据，所述图像传感器上设有用于方便与外设装置进行信息交互的传输模块。
为了便于快速准确定位，所述钢筋尺寸检测仪还包括固定连接在固定镜筒前侧的V型定位块，所述V型定位块在面向待测钢筋一侧设有沿垂直光轴方向延伸的用于方便与待测钢筋接触定位的V型槽，所述V型定位块的中部还设有沿光轴方向延伸且由V型槽槽壁连通至V型定位块后侧面的用于方便透光的中空槽，所述中空槽在垂直待测钢筋延伸方向一侧的槽宽大于钢筋加上肋边后的最大外径。
为紧固吸附，在V型槽的槽壁上还设有用于方便吸附钢筋的磁条。
为了便于克服暗环境下的测量，所述钢筋尺寸检测仪还包括设置在主镜筒前方用于方便照明的照明装置，所述图像传感器中设有与照明装置相连接的照明驱动模块，外设装置中设有与照明驱动模块相连接的电源模块并为其供电。
较之前技术而言，本发明的有益效果为：
1.本发明所述的钢筋尺寸检测仪，其采用光电测量的方式，操作简单实用方便，并且光学系统中采用了物方远心光路可提高测量精度。
2.本发明所述的钢筋尺寸检测仪，前镜筒和后镜筒采用螺纹连接的装卸组合，当前镜筒和后镜筒组装在一起时可作为钢筋尺寸检测仪使用；当将后镜筒拆下后，在后镜筒前安装能使光束成远心光路的场镜后，又可作为裂缝测量仪使用，可以实现钢筋测量仪和裂缝测量仪一机兼用，大大降低制造成本。
3.本发明所述的钢筋尺寸检测仪，通过传输模块(USB接口)可以方便地和各种类型的智能手机、电脑或平板等外设装置连接,有利于实现数据处理，如远程传输、存储、放大显示、多人观察等功能。
4.本发明所述的钢筋尺寸检测仪，采用带V型槽的V型定位块对钢筋进行快速定位，特别是加上磁条吸附钢筋，工作过程中可实现快速准确定位,操作简单方便快捷。
5.本发明所述的钢筋尺寸检测仪，通过直接把图像传感器上的照明驱动模块和手机的电源模块相连接,实现了测量仪镜头内多个LED灯均匀照明,不用另加外接电源且克服了暗环境下的测量。
6.本发明所述的钢筋尺寸检测仪，在测量的同时能拍摄钢筋上的标记，防止偷换，偷盗钢筋现象的发生。
附图说明
图1为钢筋的结构示意图
图2为本发明实施例的光学结构示意图；
图3为本发明实施例的结构示意图一；
图4为本发明实施例的结构示意图二；
图5为本发明实施例中V型块的结构示意图；
图6为本发明实施例钢筋尺寸检测仪的传递函数曲线图；
图7为本发明实施例转换裂缝仪后的传递函数曲线图。
标号说明：1-固定镜筒、2-移动驱动组件、21-旋轮、22-滑动导杆、23-丝杆、24-电机、25-螺母、3-图像传感器、4-前镜筒、5-后镜筒、6-V型块、61-V型槽、62-中空槽、63-磁条、H-前镜组、L-后镜组、L1-第一双凸形正透镜、L2-第二双凹形负透镜、L3-第三双凹形负透镜、L4-第四双凸形正透镜、L5-第五双凸形正透镜、L6-第六弯月形负透镜、Z-钢筋。
具体实施方式
下面结合附图说明对本发明做详细说明：
如图1-7所示，一种钢筋尺寸检测仪，其特征在于：包括固定镜筒1、主镜筒、固定安装在主镜筒中且固定焦距的光学镜片组、连接在主镜筒与固定镜筒1之间的用于带动主镜筒沿光轴方向相对固定镜筒1往复移动的移动驱动组件2、以及固定安装在主镜筒中光学镜片组后侧的图像传感器3，所述光学镜片组包括由物方到像方依次设置的前镜组H和后镜组L,所述前镜组H为由平凸透镜或双凸透镜构成以使得光学系统成物方远心光路。
根据光学成像公式：X1＝β1x f1’，X表示由光学系统前焦点到物的距离，β1表示物方的放大倍率。如果物距改变，X改为X2，则X2＝β2x f2’。如果f1’＝f 2’,X1＝X2,那么β1＝β2。也就是说，对同一固定焦距系统，只要物距相同，在不考虑光学系统的畸变影响下,把像调清晰后，系统的放大倍率是不变的。如第1测量点为A，B是沿光轴移动的另一点。在第1点的物高为ηa，在像面上的像高为ηa’，在B点上的物高为ηb，像高为ηb’,βa＝ηa/ηa’，βb＝ηb/ηb。而Βa＝βb＝β。说明：对同一固定焦距系统，只要准确定出其中一个物距的放大倍率，其他点的放大倍率也同时确定了，也就是说，只要测出某一位置的像高，就可以用βxη’求出对应的物高η。由于裂缝仪测量的裂缝面基本上是平面,可以把定位面定在物面上，把它成的像调清晰后,测出它的放大倍率就是系统的统一放大倍率。但是，对圆柱形的钢筋则不一样，随着钢筋尺寸的不一样，它的最大外径的物面位置也不一样，如图1所示。本发明依据上述原理，选择了如下方式，即：始终让物距保持不变，从而，使测量光学系统的放大倍率保持不变，只要把各种钢筋最大外径的轮廓线的像调清晰，用βxη’即可算出对应的钢筋尺寸η。
光学系统中，其中前镜组H是一个平凸或双凸镜,它的作用是使光学系统成物方远心光路,以提高测量时的对准精度。
其中图像传感器3选用USB摄像机。由于钢筋尺寸测量范围较大(直径在Φ6-Φ30mm),它对应的CMOS摄像靶面,是βX(Φ6-Φ30mm)，由于摄像机有效扫描范围分水平和垂直两个方向(一般采用4:3制和16:9制),而待测钢筋是一个长柱形,如垂直方向设为X，水平方向为Y，那么X＝C(常数)它的水平方向(Y)就是我们要测的钢筋直径方向。这是与以往安防镜头最大的区别。这样，CMOS的有效最大测量尺寸＝(“标称”Φ像*Y)/√(X2+Y2)，如采用4：3制。CMOS采用1/3”Φ像＝6mm，那么水平方向有效测量尺寸为6x4/5＝4.8mm。如果要测量的钢筋尺寸是30mm，可得倍率应为β＝4.8/30＝0.16。同时可看出，采用较小靶面的CMOS，β值会缩小较大，有利于像方NA值增大，在提高分辨力的同时，也有利于缩小景深。
本发明钢筋尺寸检测仪实施例列举的光学指标如下：f’钢筋＝32.34mm，D/f＝1：2.2(其中：像方NA＝0.207)，倍率β’＝-0.16，物高2η＝30mm，像高2η’＝4.7mm(水平方向y取2.2，垂直方向小取0.8)相当1/3”有效扫描靶面水平线。入瞳距离lp＝182.0mm。物距Lob＝35mm,像距Limg＝7.82mm,光学总长TTL＝68.67mm。相对畸变Dist<-0.9％。图6是钢筋尺寸检测仪在全口径时不同视场的传递函数(MTF)曲线图。
移动驱动组件：本实施例的移动驱动组件2可采用如图3所述的调节环结构，包括套置在前镜筒4外周的旋轮21以及分别与旋轮21和前镜筒4连接的滑动导杆22，所述旋轮21在转动过程中可通过滑动导杆22与前镜筒4的螺旋导槽相配合控制前镜筒4相对移动；
也可采用如图4所示的丝杆驱动结构，包括与固定相对转动连接的丝杆23、驱动丝杆23转动的电机24、以及与丝杆23螺纹连接并与前镜筒4相固定的螺母25。
优选地，所述后镜组L包括由物方到像方依次设置的第一双凸形正透镜L1、第二双凹形负透镜L2、第三双凹形负透镜L3、第四双凸形正透镜L4、第五双凸形正透镜L5和第六弯月形负透镜L6，第一双凸形正透镜L1和第二双凹形负透镜L2组成双胶合组，所述第五双凸形正透镜L5和第六弯月形负透镜L6组成双胶合组。
为了便于钢筋尺寸检测仪和裂缝仪的一机两用，所述主镜筒包括用于安装前镜组H的前镜筒4以及连接于前镜筒4后端的用于安装后镜组B的后镜筒5，所述前镜筒4与后镜筒5之间通过螺纹连接。
为了实现一机两用，后镜组L是由6片镜片组成。本实施例保持后组不变的情况下，旋下后镜筒，换上新的场镜就可兼顾了把它改装成裂缝仪。本实施例的裂缝仪设计指标是：f’裂＝41.07mm。D/f＝1:2.2(其中：像方NA＝0.191)，倍率β’＝-0.267，物高2η＝17.7mm，像高2η’＝4.7mm，(水平方向y取2.2，垂直方向小取0.8)相当1/3”有效扫描靶面水平线。入瞳距离lp＝180mm。物距Lob＝19.18mm,像距Limg＝8.13mm,光学总长TTL＝40.07mm，相对畸变Dist<-0.2％。图7是裂缝仪在全口径时不同视场的传递函数(MTF)曲线图。由于用它们测量时,基本上都是沿一个方向测量的.所以,在像差校正时，可以让一个方向的像差校好,另一方向稍差一点,不必要求全画面像质一样好。
为了钢筋尺寸检测仪和裂缝仪能兼用，本实施例分别采用前镜组H和后镜组L(包括摄像机)分开的结构形式，然后用螺纹把它们连成一体。当要改成裂缝仪时,将后镜组L从钢筋尺寸检测仪旋出,再把裂缝仪的前组场镜旋上即可。由于裂缝仪观察物面是平面，其倍率是固定的，因此它的物距定位可以用固定镜筒确定。为了快速转换和倍率保持不变，在后组连接筒上可增设定位环。
为了便于与手机或电脑等外设装置实现适时观测、存储、显示、传送测量的数据，所述图像传感器(3)上设有用于方便与外设装置进行信息交互的传输模块。
为了便于快速准确定位，所述钢筋尺寸检测仪还包括固定连接在固定镜筒1前侧的V型定位块6，所述V型定位块6在面向待测钢筋Z一侧设有沿垂直光轴方向延伸的用于方便与待测钢筋Z接触定位的V型槽61，所述V型定位块6的中部还设有沿光轴方向延伸且由V型槽61槽壁连通至V型定位块6后侧面的用于方便透光的中空槽62，所述中空槽62在垂直待测钢筋Z延伸方向一侧的槽宽大于钢筋Z加上肋边后的最大外径。在V型槽61的槽壁上还设有用于方便吸附钢筋Z的磁条63。
仪器和待测钢筋定位结构由带磁条63的V型定位块构成。由于建筑工程用的钢筋大多数用的是带肋的钢筋，因此它的定位不像圆柱定位那么准确，这样物距的位置很难定准，固也为采用镜头整体移动保证放大倍率不变的原因之一。为了能让光学系统能看到钢筋，V型块设有中空槽62。
为了便于克服暗环境下的测量，所述钢筋尺寸检测仪还包括设置在主镜筒前方用于方便照明的照明装置，所述图像传感器3中设有与照明装置相连接的照明驱动模块，外设装置中设有与照明驱动模块相连接的电源模块并为其供电。所述照明装置可为可调照明亮度环形平板或侧面透光光纤LED灯。
为了能让测量能方便地和各种手机连接,选用了USB微型摄像机作为图像传感器。根据观察实验，物方最细的线宽在靶面上要能压上4-6像素单元，才能获得清晰、高锐度的细线的图像。本实施例的功能精度目标小于±0.01mm。因此靶面的单像素是它的1/4-1/6，即2.5x2.5μm―1.6x1.6μm。为了装置的小型化，选择了1/3”CMOS靶面(有效成像尺寸是4.8x3.6mm)。通过计算，相当于要选择总像素高于155万-380万像素左右的微型摄像机。本实施例选取200万像素以上的USB微型摄像机。为了克服暗环境下测量，USB摄像机上须有照明驱动模块，可以用手机上的电源点亮镜头前的LED灯进行内照明。
尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。
Claims (7)
1.一种钢筋尺寸检测仪，其特征在于：包括固定镜筒(1)、主镜筒、固定安装在主镜筒中且固定焦距的光学镜片组、连接在主镜筒与固定镜筒(1)之间的用于带动主镜筒沿光轴方向相对固定镜筒(1)往复移动的移动驱动组件(2)、以及固定安装在主镜筒中光学镜片组后侧的图像传感器(3)，所述光学镜片组包括由物方到像方依次设置的前镜组(H)和后镜组(L),所述前镜组(H)由平凸透镜或双凸透镜构成,使得光学系统成物方远心光路。
2.根据权利要求1所述的钢筋尺寸检测仪，其特征在于：所述后镜组(L)包括由物方到像方依次设置的第一双凸形正透镜(L1)、第二双凹形负透镜(L2)、第三双凹形负透镜(L3)、第四双凸形正透镜(L4)、第五双凸形正透镜(L5)和第六弯月形负透镜(L6)，第一双凸形正透镜(L1)和第二双凹形负透镜(L2)组成双胶合组，所述第五双凸形正透镜(L5)和第六弯月形负透镜(L6)组成双胶合组。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的钢筋尺寸检测仪，其特征在于：所述主镜筒包括用于安装前镜组(H)的前镜筒(4)以及连接于前镜筒(4)后端的用于安装后镜组(B)的后镜筒(5)，所述前镜筒(4)与后镜筒(5)之间通过螺纹连接。
4.根据权利要求1或2所述的钢筋尺寸检测仪，其特征在于：所述图像传感器(3)上设有用于方便与外设装置进行信息交互的传输模块。
5.根据权利要求1或2所述的钢筋尺寸检测仪，其特征在于：所述钢筋尺寸检测仪还包括固定连接在固定镜筒(1)前侧的V型定位块(6)，所述V型定位块(6)在面向待测钢筋(Z)一侧设有沿垂直光轴方向延伸的用于方便与待测钢筋(Z)接触定位的V型槽(61)，所述V型定位块(6)的中部还设有沿光轴方向延伸且由V型槽(61)槽壁连通至V型定位块(6)后侧面的用于方便透光的中空槽(62)，所述中空槽(62)在垂直待测钢筋(Z)延伸方向一侧的槽宽大于钢筋(Z)加上肋边后的最大外径。
6.根据权利要求5所述的钢筋尺寸检测仪，其特征在于：在V型槽(61)的槽壁上还设有用于方便吸附钢筋(Z)的磁条(63)。
7.根据权利要求4所述的钢筋尺寸检测仪，其特征在于：所述钢筋尺寸检测仪还包括设置在主镜筒附近用于方便照明的照明装置，所述图像传感器(3)中设有与照明装置相连接的照明驱动模块，外设装置中设有与照明驱动模块相连接的电源模块并为其供电。
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2021
- 2021-12-08 CN CN202111492201.4A patent/CN114166127B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114166127B (zh) | 2024-06-14 |
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