CN114543622B - 一种裂缝宽度测量单元及裂缝宽度测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂缝宽度测量单元及裂缝宽度测量设备，裂缝宽度测量单元包括固定在横向线性移动平台上的底座、垂直固定在底座上的导向管、第一端伸入到导向管内并固定在底座上的导向柱、设在导向柱的第二端上的导向盘、固定在底座上的两个驱动单元以及柔性测量杆，柔性测量杆的第一端与驱动单元的工作端连接，第二端伸入到导向管内，柔性测量杆能够在导向柱和导向盘的引导下改变移动方向，驱动单元的控制端与控制器连接，裂缝宽度测量设备包括上述裂缝宽度测量单元。本发明公开的裂缝宽度测量单元及裂缝宽度测量设备，通过直接接触式的测量方式来提高桥梁缝隙测量的准确程度。

Description

一种裂缝宽度测量单元及裂缝宽度测量设备

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，尤其是涉及一种裂缝宽度测量单元及裂缝宽度测量设备。

背景技术

桥梁坍塌事故会造成了较大的人员伤亡和经济损失。据权威机构统计，混凝土桥梁的损坏有76%以上都是裂缝引起的。而对于桥梁底面裂缝的测量，国内外测量方法都是人工测量，存在测量费用高、效率低、精度低、人员安全难以保证等严重不足。

发明号为201910309353.2的中国专利记载的技术方案，使用了非接触式的测量方案来测量裂缝宽度，这种方式的测量精度会受到光照、距离和图像畸变等多种因素的影响，导致测量结果不准确。

发明内容

本发明提供一种裂缝宽度测量单元及裂缝宽度测量设备，通过直接接触式的测量方式来提高桥梁缝隙测量的准确程度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本发明提供了一种裂缝宽度测量单元，包括距离测量单元，距离测量单元包括：

底座，固定在横向线性移动平台上；

导向管，垂直固定在底座上；

导向柱，第一端伸入到导向管内并固定在底座上；

导向盘，设在导向柱的第二端上；

两个驱动单元，固定在底座上；以及

柔性测量杆，第一端与驱动单元的工作端连接，第二端伸入到导向管内；

其中，柔性测量杆能够在导向柱和导向盘的引导下改变移动方向；

驱动单元的控制端与控制器连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，导向柱的侧壁上设有第一引导槽；

柔性测量杆穿过第一引导槽。

在第一方面的一种可能的实现方式中，周向方向上，柔性测量杆被第一引导槽包裹的长度大于柔性测量杆周长的二分之一。

在第一方面的一种可能的实现方式中，导向盘上设有第二引导槽；

柔性测量杆的第二端能够从第二引导槽伸出。

在第一方面的一种可能的实现方式中，周向方向上，柔性测量杆被第二引导槽包裹的长度小于柔性测量杆周长的二分之一。

在第一方面的一种可能的实现方式中，柔性测量杆的第一端与驱动单元的工作端之间设有压力传感器；

压力传感器的信号输出端与控制器连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，底座包括：

固定底座，固定在横向线性移动平台上；

滑动底座，滑动连接在固定底座上；以及

驱动器，两端分别与固定底座和滑动底座连接；

其中，导向管和导向柱设在滑动底座上，驱动单元设在固定底座上。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括设在距离测量单元上的广角摄像头和设在第一固定平台上的显示单元；

广角摄像头的信号输出端和显示单元的信号输入端均与控制器连接。

第二方面，本发明提供了一种裂缝宽度测量设备，包括：

立式支架；

导轨和第一固定平台，均设在立式支架上；

纵向线性移动平台，设在导轨上，配置为向靠近和远离第一固定平台的方向移动；

第二固定台，设在纵向线性移动平台上；

转台，设在纵向线性移动平台上；

横向线性移动平台，设在转台上；

如第一方面及第一方面任意实现方式中所述的裂缝宽度测量单元，设在横向线性移动平台上，配置为在横向线性移动平台上往复移动和测量缝隙的宽度；以及

控制器，用于与纵向线性移动平台、转台、横向线性移动平台和裂缝宽度测量单元进行数据交互。

在第二方面的一种可能的实现方式中，第一固定平台包括：

压板，固定在立式支架上；

摆动板，铰接在压板上；

两组调节螺栓，设在压板上，用于调整摆动板与压板之间的夹角；以及

水平仪，设在压板或者立式支架上。

整体而言，本发明提供的裂缝宽度测量单元及裂缝宽度测量设备，通过自动化的测量方式来降低桥梁底面裂缝的测量成本，测量过程中，工作人员不再需要转移到桥梁背面，而是通过物理接触式的检测方式就能够得到缝隙宽度，采集到的数据就是裂缝宽度的直接数据，测量数据更加准确，效率也更高。

附图说明

图1是本发明提供的一种裂缝宽度测量单元的结构示意图。

图2是本发明提供的一种距离测量单元的结构示意图。

图3是本发明提供的一种导向柱的截面示意图。

图4是本发明提供的一种导向盘的主视图。

图5是图4中的A向示意图。

图6是本发明提供的一种底座的结构示意图。

图7是本发明提供的一种使用环境示意图。

图8是本发明提供的一种第一固定平台的结构示意图。

图9是本发明提供的一种控制器的控制原理示意框图。

图中，1、立式支架，2、导轨，3、第一固定平台，4、纵向线性移动平台，5、第二固定台，6、控制器，7、横向线性移动平台，8、距离测量单元，9、转台，10、广角摄像头，11、显示单元，12、压力传感器，31、压板，32、摆动板，33、调节螺栓，34、水平仪，81、底座，82、导向管，83、导向柱，84、导向盘，85、驱动单元，86、柔性测量杆，87、第一引导槽，88、第二引导槽，811、固定底座，812、滑动底座，813、驱动器。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明中的技术方案作进一步详细说明。

请参阅图1和图2，为本发明公开的一种裂缝宽度测量单元，裂缝宽度测量单元包括距离测量单元8，距离测量单元8由底座81、导向管82、导向柱83、导向盘84、驱动单元85和柔性测量杆86等组成，底座81固定在横向线性移动平台7上，导向管82垂直固定在底座81上，导向柱83的第一端伸入到导向管82内后固定在底座81上，也就是导向柱83的外壁和导向管82的内壁之间存在间隙。

导向盘84固定在导向柱83上并位于导向管82外，作用是改变柔性测量杆86的移动方向。

柔性测量杆86的数量为两根，这两根柔性测量杆86的第一端均固定连接在驱动单元85的工作端上，第二端穿过导向管82上的孔后伸入到导向管82内。驱动单元85工作时，能够推动柔性测量杆86的第二端与导向盘84接触，然后在导向盘84的引导下改变运动方向，最后与缝隙的内壁接触。

在一些可能的实现方式中，柔性测量杆86可以使用光纤或者类似于光纤的材料制作，这种材料制作的柔性测量杆86直径小并且柔软，能够伸入到桥梁底面的缝隙中。

应理解，光纤的直径为0.05mm，两根光纤的直径为0.1mm，同时考虑到导向管82的尺寸，这就决定了本发明中记载的裂缝宽度测量单元是有适用范围的，并不是所有宽度的裂缝都能够测量。

举例说明，柔性测量杆86的直径能够控制在0.2-0.3mm，能够测量的裂缝宽度就到大于该范围，以使得柔性测量杆86能够深入到缝隙内部。

驱动单元85的数量为两个并分别驱动与之连接的柔性测量杆86，也就是这两根柔性测量杆86是相互独立的。

在一些可能实现的方式中，驱动单元85使用微型电缸，微型电缸的控制端与控制器6连接。

进一步地，请参阅图3，导向柱83的侧壁上设有第一引导槽87，第一引导槽87的作用是引导柔性测量杆86能够按照设定的路径移动，同时能够避免柔性测量杆86在移动过程中发生形变，可以提高测量结果的准确性。

更进一步地，周向方向上，柔性测量杆86被第一引导槽87包裹的长度大于柔性测量杆86周长的二分之一。

进一步地，请参阅图4和图5，导向盘84上设有第二引导槽88，第二引导槽88的作用是引导柔性测量杆86能够按照设定的路径移动，同时能够避免柔性测量杆86在移动过程中发生形变，可以提高测量结果的准确性。

更进一步地，周向方向上，柔性测量杆86被第二引导槽88包裹的长度小于柔性测量杆86周长的二分之一。

应理解，桥梁底面的光照情况比较差，现有的基于CCD的图像计算方法都存在一定的缺陷，尤其是在对照片处理过程中，成像距离、成像角度、光照强度和影子等因素都会直接影响最终的计算结果，并且还无法得到缝隙内部的宽度数据。

而使用柔性测量杆86这种直接接触的测量方式，可以得到十分准确的测量数据，因为这种测量方式不受成像距离、成像角度、光照强度和影子等因素的影响。

请参阅图2，作为发明提供的裂缝宽度测量单元的一种具体实施方式，柔性测量杆86的第一端与驱动单元85的工作端之间设有压力传感器12，压力传感器12的信号输出端与控制器6连接，用于向控制器6反馈接触压力值。

应理解，柔性测量杆86在没有与缝隙的内壁接触时，压力传感器12的反馈是零，有了接触后，压力传感器12会向控制器6反馈大于零的数据。压力传感器12不存在时，需要以驱动单元85无法再推动柔性测量杆86移动时的情况作为计算基准，但是此处可能出现柔性测量杆86的局部轻微变形，这会导致测量得到的缝隙宽度要大于实际的缝隙宽度。

增加了压力传感器12后，可以使柔性测量杆86与缝隙的内壁接触后驱动单元85迅速停止工作，能够提高测量结果的准确性。

请参阅图6，作为发明提供的裂缝宽度测量单元的一种具体实施方式，底座81由固定底座811、滑动底座812和驱动器813三部分组成，固定底座811固定在横向线性移动平台7上，滑动底座812与固定底座811滑动连接，驱动器813的两端分别与固定底座811和滑动底座812连接，用于推动滑动底座812向靠近和远离固定底座811的方向移动。

在一些可能的实现方式中，驱动器813使用微型电缸。

导向管82和导向柱83设在滑动底座812上，驱动单元85设在固定底座811上，也就是说，导向管82和导向柱83能够在检测过程中向靠近和远离缝隙的方向移动，这样就可以对缝隙的不同深度处的宽度进行测量，能够得到更加全面的测量数据。

请参阅图1，作为发明提供的裂缝宽度测量单元的一种具体实施方式，还增加了广角摄像头10和显示单元11，广角摄像头10可以安装在底座81上，显示单元11可以安装在立式支架1或者第一固定平台3上。

广角摄像头10的信号输出端和显示单元11的信号输入端均与控制器6连接，这样，工作人员站在桥面上就能够得到桥梁底面处的图像，可以使测量过程更加便捷。

本发明还公开了一种裂缝宽度测量设备，设备由立式支架1、导轨2、第一固定平台3、纵向线性移动平台4、第二固定台5、控制器6、横向线性移动平台7、裂缝宽度测量单元和转台9等组成，裂缝宽度测量单元就是上述内容中记载的任意一种裂缝宽度测量单元。

为了描述方便，此处以使用时的状态为参考进行描述，立式支架1垂直设置，第一固定平台3固定在立式支架1的上端，作用是压在桥面上。

导轨2固定在立式支架1上并与立式支架1的长度方向保持一致，纵向线性移动平台4设置在导轨2上并且能够在导轨2上往复滑动，作用是调整第一固定平台3与第二固定台5之间的间隙。

第二固定台5设置在纵向线性移动平台4上，能够随着纵向线性移动平台4的移动向靠近或者远离第一固定平台3的方向移动。

在一些可能的实现方式中，纵向线性移动平台4可以使用线性模组。

转台9安装在纵向线性移动平台4上，作用是带动安装在其上的横向线性移动平台7在水平方向上转动。横向线性移动平台7上安装有距离测量单元8，距离测量单元8能够在横向线性移动平台7上往复移动，还能够测量位于其上方的缝隙宽度。

具体地说，第一固定平台3和第二固定台5会分别压在桥梁的顶面和底面上，使得立式支架1能够悬挂在桥梁的侧面上，转台9和横向线性移动平台7的作用是调整距离测量单元8与缝隙的相对位置，使距离测量单元8的移动范围能够将缝隙所在的区域覆盖。

测量过程中，工作人员站在桥梁的边缘处，将第一固定平台3压在桥梁的顶面上，然后纵向线性移动平台4动作，拉动第二固定台5向靠近桥梁底面的方向移动并抵接在桥梁底面上，接着横向线性移动平台7和转台9动作，带动距离测量单元8移动至缝隙所在区域。

横向线性移动平台7的作用是调整距离测量单元8与桥梁边缘之间的距离，转台9的作用是调整横向线性移动平台7的朝向，横向线性移动平台7和转台9配合，就能够使得距离测量单元8的移动轨迹能够与缝隙的形状吻合。

很明显，在上面的测量过程中，工作人员只需要站在桥梁的边缘侧，然后通过控制器6向纵向线性移动平台4、横向线性移动平台7、距离测量单元8和转台9下达工作指令，就能够完成对缝隙宽度的测量。至于桥梁下方的图像，可以通过无人机或者摄像头进行回传。

请参阅图1和图8，作为发明提供的测量桥梁底面的裂缝宽度测量设备的一种具体实施方式，第一固定平台3由压板31、摆动板32、调节螺栓33和水平仪34等组成，压板31固定在立式支架1上，摆动板32铰接在压板31上，调节螺栓33的数量为两组，这两组调节螺栓33均安装在压板31上并对称分布在摆动板32与压板31的铰接处的两侧。

测量过程中，摆动板32会压在桥梁的顶面上，工作人员需要根据位于压板31或者立式支架1上的水平仪34来转动这两组调节螺栓33，以使得立式支架1能够垂直，这样做的目的是使全部的测量数据都能够基于一个基准，能够提高测量结果的准确性。

请参阅图9，应理解，控制器6可以是一个CPU，微处理器，ASIC，或一个或多个用于控制上述内容的程序执行的集成电路。控制器6主要有CPU601、RAM602、ROM603和系统总线604等组成，其中CPU601，RAM602和ROM603均连接在系统总线604上。

纵向线性移动平台4、横向线性移动平台7、距离测量单元8、转台9和驱动器813中提供动力的部件都是伺服电机，因此这五个部件可以使用相同的控制逻辑或者控制电路进行控制，也就是说，纵向线性移动平台4、横向线性移动平台7、距离测量单元8、转台9和驱动器813通过控制电路连接在系统总线604上。

图中为了简化，绘制了一个控制电路，但在实际的使用过程中，控制电路的数量为五个，并且这五个控制电路是相互独立的。

压力传感器12通过通讯电路连接在系统总线604上，显示单元11通过显示驱动器连接在系统总线604上，广角摄像头10通过摄像头驱动器连接在系统总线604上。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种裂缝宽度测量设备，其特征在于，包括：

立式支架(1)；

导轨(2)和第一固定平台(3)，均设在立式支架(1)上；

纵向线性移动平台(4)，设在导轨(2)上，配置为向靠近和远离第一固定平台(3)的方向移动；

第二固定台(5)，设在纵向线性移动平台(4)上；

转台(9)，设在纵向线性移动平台(4)上；

横向线性移动平台(7)，设在转台(9)上；

距离测量单元(8)，设在横向线性移动平台(7)上，配置为在横向线性移动平台(7)上往复移动和测量缝隙的宽度；以及

控制器(6)，用于与纵向线性移动平台(4)、转台(9)、横向线性移动平台(7)和裂缝宽度测量设备进行数据交互；

距离测量单元(8)包括：

底座(81)，固定在横向线性移动平台(7)上；

导向管(82)，垂直固定在底座(81)上；

导向柱(83)，第一端伸入到导向管(82)内并固定在底座(81)上；

导向盘(84)，设在导向柱(83)的第二端上；

两个驱动单元(85)，固定在底座(81)上；以及

柔性测量杆(86)，第一端与驱动单元(85)的工作端连接，第二端伸入到导向管(82)内；

其中，柔性测量杆(86)能够在导向柱(83)和导向盘(84)的引导下改变移动方向；

驱动单元(85)的控制端与控制器(6)连接；

导向柱(83)的侧壁上设有第一引导槽(87)，柔性测量杆(86)穿过第一引导槽(87)；导向盘(84)上设有第二引导槽(88)，柔性测量杆(86)的第二端能够从第二引导槽(88)伸出；

柔性测量杆(86)的第一端与驱动单元(85)的工作端之间设有压力传感器(12)；压力传感器(12)的信号输出端与控制器(6)连接。

2.根据权利要求1所述的裂缝宽度测量设备，其特征在于，第一固定平台(3)包括：

压板(31)，固定在立式支架(1)上；

摆动板(32)，铰接在压板(31)上；

两组调节螺栓(33)，设在压板(31)上，用于调整摆动板(32)与压板(31)之间的夹角；以及

水平仪(34)，设在压板(31)或者立式支架(1)上。

3.根据权利要求1所述的裂缝宽度测量设备，其特征在于，周向方向上，柔性测量杆(86)被第一引导槽(87)包裹的长度大于柔性测量杆(86)周长的二分之一。

4.根据权利要求1所述的裂缝宽度测量设备，其特征在于，周向方向上，柔性测量杆(86)被第二引导槽(88)包裹的长度小于柔性测量杆(86)周长的二分之一。

5.根据权利要求1所述的裂缝宽度测量设备，其特征在于，底座(81)包括：

固定底座(811)，固定在横向线性移动平台(7)上；

滑动底座(812)，滑动连接在固定底座(811)上；以及

驱动器(813)，两端分别与固定底座(811)和滑动底座(812)连接；

其中，导向管(82)和导向柱(83)设在滑动底座(812)上，驱动单元(85)设在固定底座(811)上。

6.根据权利要求1所述的裂缝宽度测量设备，其特征在于，还包括设在距离测量单元(8)上的广角摄像头(10)和设在第一固定平台(3)上的显示单元(11)；

广角摄像头(10)的信号输出端和显示单元(11)的信号输入端均与控制器(6)连接。