CN116989675B - 预制构件表观检测系统及其检测方法 - Google Patents

预制构件表观检测系统及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预制构件表观检测系统及其检测方法，预制构件表观检测系统主要由传送平台、激光检测装置和图像采集装置；激光检测装置和图像采集装置沿传送平台的传送方向分布设置；此利用激光检测装置和图像采集装置分别对预制构件的外形尺寸及外观表面进行检测，以代替传统的人工材优干济同，这提高了检测效率，降低了人力成本，同时操作方便，减少了人工记录数据，实现了检测自动化的目的。而检测方法基于简单函数拟合被测物线条及算法求解的方式，可使得工业相机镜头自动垂直对准被测断面剖线，无需加入其他激光测距等辅助定位设备，减少其他装置带来的系统误差，提高工业相机图像识别的检测精度。

Description

预制构件表观检测系统及其检测方法
技术领域
本发明涉及检测技术，具体涉及一种预制构件表观检测系统及其检测方法。
背景技术
采用装配式结构形式是实现建筑工业化的重要环节，预制构件在预制工厂生产完成后运输到施工现场，经过装配连接以及部分现浇形成整体，具体的建造流程为：初步设计—深化设计—原料进厂—生产制作—成品存放—运输—安装—节点施工。与传统建筑相比较，装配式结构的建造流程增多，且预制构件作为集成化的部品构件，在满足规范要求的安全性和耐久性的基础上，更要考虑到各阶段的要求，尤其在预制构件的生产阶段。目前对于预制构件工厂的质量检测方法采用人工检测，检测方法急需进行自动化和信息化升级改造，以提高预制构件工厂的生产效率。预制构件外观质量不应有缺陷，对已经出现的严重缺陷应制定技术处理方案进行处理并重新检验，对出现的一般缺陷应进行修整并达到合格。
目前外观质量缺陷检测仍采用目测法辅以相应手动测量仪器进行检测，而尺寸偏差等采用靠尺、塞车、钢尺等人工测量传统方式，其检测方式操作较繁琐、记录数据繁多、效率低、人力成本高。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种预制构件表观检测系统。此预制构件表观检测系统提高了检测效率，降低了人力成本。
本发明的另一目的是提供了一种基于预制构件表观检测系统的检测方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本预制构件表观检测系统，用于放置预制构件的传送平台、激光检测装置和图像采集装置；激光检测装置和图像采集装置沿传送平台的传送方向分布设置；
所述激光检测装置包括左激光组、右激光组、上激光组和激光安装架，所述左激光组和右激光组通过激光安装架安装于传送平台的左、右两侧，所述上激光组通过激光安装架安装于传送平台的上方；
所述图像采集装置包括左图像采集组、右图像采集组、上图像采集组和图像采集架，所述左图像采集组和右图像采集组分别通过相应的伸缩机构安装于图像安装架，且左图像采集组和右图像采集组分别位于传送带平的两侧；所述上图像采集组通过伸缩机构安装于图像采集架，且上图像采集组位于图像采集架的上方。
优选的，所述激光安装架包括左激光导轨、右激光导轨和上激光导轨，所述上激光导轨的两端分别与左激光导轨的上端和右激光导轨的上端连接；所述左激光组、右激光组、上激光组分别安装于左激光导轨、右激光导轨和上激光导轨。
优选的，所述图像采集架包括左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨，所述上图像导轨的两端分别与左图像导轨的上端和右图像导轨的上端连接，所述左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组分别通过相应的伸缩机构安装于左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨。
优选的，所述伸缩机构包括伺服电机和电动缸，所述电动缸的缸体安装于相应的左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨，所述伺服电机固定于电动缸的伸缩杆，所述左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组与相应的伺服电机连接。
基于预制构件表观检测系统的检测方法，采用上述的预制构件表观检测系统，包括以下步骤：
S1、把被测预制构件放入传送平台，传送平台按预设速度输送预制构件；
S2、当预制构件按预设的速度输送到激光检测装置时，激光检测装置对预制构件外形尺寸进行测量，以传送带中心线与传送带上表面的交点作为坐标原点，建立坐标系，确定预制构件的上、左和右各边的外形测点坐标；
S3、基于外形测点坐标换算外形尺寸各类关键信息，以判定被测预制构件的外形尺寸是否合格；
S4、基于外形测点坐标，确定预制构件的剖线的直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c，其中，m、n、a、b和c均为拟合预制构件外形测点的方程常系数；
S5、当传送平台将预制构件按预设速度输送到图像采集装置时，图像采集装置采集被测预制构件的表面图像数据；对表面图像数据进行处理，从而对被测预制构件的表面进行评估。
优选的，步骤S2包括以下步骤：
S21、令传送平台的中心线与传送平台的上表面的交点为作为坐标原点，建立平面坐标系，其中传送平台的宽度方向与平面坐标系的x轴方向一致，传送平台的表面垂直方向与y轴方向一致；两组左激光组中位于上方的为第一左激光组，位于下方的为第二左激光组；两组右激光组中位于上方的为第一右激光组，位于下方的为第二右激光组；令预制构件的上边界为基准点，第一左激光组与基准点之间高度差及第一右激光组与基准点之间高度差均为h，且第一左激光组和第一右激光组的原始高度均为H，则第二左激光组与基准点之间的高度差及第二右激光组与基准点之间的高度差为H-h；以H-h的中心水平线作为第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组运动停止线，且令第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组的运动速度为v1；当第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组每移动间距长度s1时，第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组测距1次，从而确定预制构件的上半段和下半段的外形测点坐标：
上半段：x=L-d，
y=1/2（H-h）+1/2（H-h）-S=H-h-v*t；
下半段：x=L-d，
y=S=v*t；
其中，L为激光点到传送带中线的距离，d为激光测距传感器所测得的长度，S为第一左激光组向下运动和第二左激光组向上运动的测量间距，v与t分别为测量间距S的控制速度和时间；
S22、两组上激光组中位于左边的为第一上激光组，位于右边的为第二上激光组，令预制构件的左边界作为第一基准点，右边界作为第二基准点；
由第一上激光组右移、第二上激光组左移，测得第一上激光组与第一基准点的距离为L1，第二上激光组与第二基准点的距离为L2；第一上激光组和第二上激光组的距离由初始标定所得，为L’；
当第一上激光组与第二上激光组对准基准点后，中间的跨度等于L’-L1-L2；
以（L’-L1-L2）/2作为运动距离，设置第一上激光组与第二上激光组的水平运动间距为S’=v’*t’：设置好水平运动间距后，使第一上激光组与第二上激光组以速度v’分别向右和向左水平运动以及进行相应的距离测量，从而确定预制构件的左半段和右半段的外形测点坐标：
左半段：x=-（0.5L’-L1-S’）=-（0.5L’-L1-v’*t’）；
y=H’-d；
右半段：x=0.5L’-L2-S’=0.5L’-L2-v’*t’；
y=H’-d；
S23、传送平台输送预制构件的速度为v，基于预制构件的上半段和下半段的外形测点坐标及预制构件的上表面外形测点坐标，以确定预制构件的整体的外形测点坐标。
优选的，S4中，传送平台输送预制构件的速度为v，当预制构件移动间距为L时，基于预制构件的整体的外形测点坐标计算预制构件此时剖线的拟合直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c。
优选的，S5包括以下步骤中：
S51、基于预制构件的外形测点坐标，调整左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组的位置及角度，使左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组中的工业相机与预制构件中相应的表面垂直，且使左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组中的工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L；
S52、左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组对预制构件的表面进行表面图像数据采集，并基于拟合直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c对采集的表面图像数据进行拼接，以形成全景图像，从而对被测预制构件的表面进行评估。
优选的，S51中，位置及角度的具体调整过程包括以下步骤：
S511、令图像采集组的工业相机的初始坐标为P（x，y），且工业相机的拍照范围为边长等于T的正方形，则工业相机的纵横视场角和横视场角分别为和；且；
S512、预制构件中的表面相应工业相机垂直时，工业相机的轴线与预制构件的表面相交的点为Q（x0,y0），基于直线方程y=mx+n，得
，
，
其中，通过P点和Q点的坐标换算，计算出工业相机的旋转角度：
，
即为：
，
为使工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L，则工业相机的伸长长度为：
，
即为：
,
S513、预制构件中的表面相应工业相机垂直时，工业相机的轴线与预制构件的表面相交的点为Q（x0,y0），基于二次曲线方程y=ax^2+bx+c，得
，
，
其中， A、B和C均为重根判别式，I和II分别指对应等号前的公式；
通过P点和Q点的坐标换算，计算出工业相机旋转的角度，可使工业相机垂直正对被测断面剖线，即：
，
为使工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L，则工业相机的伸长长度为：
，
即为：
。
优选的，S52中，图像的拼接方法包括：
A、通过按直线方程y=mx+n拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，且，其中，θ是摄像头转动垂直对准于目标的转向角度，D为上下相邻两个摄像头的垂直间距；
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
由于是被测断面剖线是直线，所有；
B、通过按二次曲线方程y=ax^2+bx+c拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，由于所检测的预制构件曲率较小，此处预制构件剖线被划分后近似于直线线段，在直角三角形中，则
，
，
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
即按全体考虑的方程式为：
,
其中，为上下相邻两个摄像头转动垂直对准于目标的转向角度，T1，2和Tn，n+1均为上下相邻两摄像头垂直对准目标不的投射线的间距，Sn是上下相邻两摄像头对准目标的距离。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
本发明的预制构件表观检测系统主要由传送平台、激光检测装置和图像采集装置构成，此利用激光检测装置和图像采集装置分别对预制构件的外形尺寸及外观表面进行检测，以代替传统的人工材优干济同，这提高了检测效率，降低了人力成本，同时操作方便，减少了人工记录数据，实现了检测自动化的目的。
本发明的预制构件表观检测系统中的激光检测装置和图像采集装置均采用左、右和上三组，检测精度高。
本发明的检测方法基于激光检测装置采集的数据，再结合简单函数拟合被测物线条及算法求解的方式以实现对预制构件的外形尺寸等，这检测精度高，且无需加入其他激光测距等辅助定位设备，减少其他装置带来的系统误差，为后续图像采集装置提高可靠的基础。
本发明的检测方法中图像采集装置的工业相机采用伸缩装置使各个工业相机与被测物体形成一定距离L，通过该距离L设置特定的相机分辨率和设定传送带运动的间距，使得每副得各个工业相机最终拍摄出同样成像尺寸（横向、竖向一致）的图片，有利于各图片的自动拼接，提高成图工作效率和图像识别精度，能够更好地进行图像拼接与识别，最终得出系统的评估结果。
附图说明
图1是本发明的预制构件表观检测系统的结构示意图。
图2是本发明的激光测距装置的工作过程示意图。
图3是本发明的图像采集装置的工作过程示意图。
图4是本发明采用直线方程拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法的求解简图。
图5是本发明采用二次曲线方程拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法的求解简图。
其中，1为预制构件，2为传送平台，3为激光检测装置，301为左激光组，302为右激光组，303为上激光组，4为图像采集装置，401为左图你采集组，402为右图像采集组，403为上图像采集组，5为激光安装架，501为左激光导轨，502为右激光导轨，503为上激光导轨，6为图像采集架，601为左图像导轨，602为右图像导轨，603为上图像导轨，7为伸缩机构，8为激光测距传感器，9为工业相机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示的预制构件表观检测系统，用于放置预制构件的传送平台、激光检测装置和图像采集装置；激光检测装置和图像采集装置沿传送平台的传送方向分布设置；所述激光检测装置包括左激光组、右激光组、上激光组和激光安装架，所述左激光组和右激光组通过激光安装架安装于传送平台的左、右两侧，所述上激光组通过激光安装架安装于传送平台的上方；所述图像采集装置包括左图像采集组、右图像采集组、上图像采集组和图像采集架，所述左图像采集组和右图像采集组分别通过相应的伸缩机构安装于图像安装架，且左图像采集组和右图像采集组分别位于传送带平的两侧；所述上图像采集组通过伸缩机构安装于图像采集架，且上图像采集组位于图像采集架的上方。具体的，本实施中，所述左激光组、右激光组和上激光组均具有两组。且每组中均设有3个激光测距传感器，每组3个激光测距传感器中相邻2个激光测距传感器的中心线间距为100mm。如两组左激光组中位于上方的为第一左激光组，位于下方的为第二左激光组；两组右激光组中位于上方的为第一右激光组，位于下方的为第二右激光组；第一左激光组和第二左激光组在测量过程中，分别从预制构件的上端向下端、下端向上端进行移动测量，以检测预制构件左边外形尺寸；而第一右激光组和第二右激光组在测量过程中，分别从预制构件的上端向下端、下端向上端进行移动测量，以检测预制构件右边外形尺寸；两组上激光组中位于左边的为第一上激光组，位于右边的为第二上激光组，第一上激光组和第二上激光组在测量过程中，分别从预制构件的左边向右边、右边向左边进行移动测量，以检测预制构件上面的外形尺寸。同理，本实施例中，左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组也具有两组，且且每组中均设有3个工业相机。从而提高检测的精度。同时，每组中激光测距传感器的数量和工业相机的数量不仅限于3个，可根据实际工作进行调整，以保证检测精度。
所述激光安装架包括左激光导轨、右激光导轨和上激光导轨，所述上激光导轨的两端分别与左激光导轨的上端和右激光导轨的上端连接；所述左激光组、右激光组、上激光组分别安装于左激光导轨、右激光导轨和上激光导轨。此结构简单，保证了激光测距检测器可稳定、顺畅的移动，从而保证检测的可靠性。
所述图像采集架包括左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨，所述上图像导轨的两端分别与左图像导轨的上端和右图像导轨的上端连接，所述左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组分别通过相应的伸缩机构安装于左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨。此结构简单，保证了工业相机可稳定、顺畅的移动，从而保证检测的可靠性。
所述伸缩机构包括伺服电机和电动缸，所述电动缸的缸体安装于相应的左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨，所述伺服电机固定于电动缸的伸缩杆，所述左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组与相应的伺服电机连接。具体的，伺服电机与电动缸机械共同作用可以调整左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组中的工业相机的位置及角度，以确保图像采集的精准性。即调整电动缸的伸缩杆伸出长度，从而调整工业相机与预制构件表面之间的距离，再通过伺服电机来调整工业相机摆动的角度，从而使工业相机要待预制构件的表面相垂直，以确保图像数据采集的精准性。
基于预制构件表观检测系统的检测方法，采用上述的预制构件表观检测系统，包括以下步骤：
S1、把被测预制构件放入传送平台，传送平台按预设速度输送预制构件；具体的，预制构件通过传送平台的输送速度为v，
如图2和图4所示，S2、当预制构件按预设的速度输送到激光检测装置时，激光检测装置对预制构件外形尺寸进行测量，以传送带中心线与传送带上表面的交点作为坐标原点，建立坐标系，确定预制构件的上、左和右各边的外形测点坐标；步骤S2包括以下步骤：
S21、令传送平台的中心线与传送平台的上表面的交点为作为坐标原点，建立平面坐标系，其中传送平台的宽度方向与平面坐标系的x轴方向一致，传送平台的表面垂直方向与y轴方向一致；两组左激光组中位于上方的为第一左激光组，位于下方的为第二左激光组；两组右激光组中位于上方的为第一右激光组，位于下方的为第二右激光组；令预制构件的上边界为基准点，第一左激光组与基准点之间高度差及第一右激光组与基准点之间高度差均为h，且第一左激光组和第一右激光组的原始高度均为H，则第二左激光组与基准点之间的高度差及第二右激光组与基准点之间的高度差为H-h；以H-h的中心水平线作为第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组运动停止线，且令第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组的运动速度为v1；当第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组每移动间距长度s1时，第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组测距1次，从而确定预制构件的上半段和下半段的外形测点坐标：
上半段：x=L-d，
y=1/2（H-h）+1/2（H-h）-S=H-h-v*t；
下半段：x=L-d，
y=S=v*t；
其中，L为激光点到传送带中线的距离，d为激光测距传感器所测得的长度，S为第一左激光组向下运动和第二左激光组向上运动的测量间距，v与t分别为测量间距S的控制速度和时间；
S22、两组上激光组中位于左边的为第一上激光组，位于右边的为第二上激光组，令预制构件的左边界作为第一基准点，右边界作为第二基准点；
由第一上激光组右移、第二上激光组左移，测得第一上激光组与第一基准点的距离为L1，第二上激光组与第二基准点的距离为L2；第一上激光组和第二上激光组的距离由初始标定所得，为L’；
当第一上激光组与第二上激光组对准基准点后，中间的跨度等于L’-L1-L2；
以（L’-L1-L2）/2作为运动距离，设置第一上激光组与第二上激光组的水平运动间距为S’=v’*t’：设置好水平运动间距后，使第一上激光组与第二上激光组以速度v’分别向右和向左水平运动以及进行相应的距离测量，从而确定预制构件的左半段和右半段的外形测点坐标：
左半段：x=-（0.5L’-L1-S’）=-（0.5L’-L1-v’*t’）；
y=H’-d；
右半段：x=0.5L’-L2-S’=0.5L’-L2-v’*t’；
y=H’-d；
S23、传送平台输送预制构件的速度为v，基于预制构件的上半段和下半段的外形测点坐标及预制构件的上表面外形测点坐标，以确定预制构件的整体的外形测点坐标。
S3、基于外形测点坐标换算外形尺寸各类关键信息，以判定被测预制构件的外形尺寸是否合格；具体的，基于上述得到外形测点坐标换算以确定待测预制构件上外形尺寸关键信息，此关键信息包括长度、宽度、厚度、对角线差、表面平整度、垂直度、侧向弯曲、扭翘、预留孔洞位置与尺寸、深度等，再关联《GB/T 51231-2016 装配式混凝土建筑技术标准》9.7相关条文参数限值要求判定该构件的外形尺寸是否合格。
S4、基于外形测点坐标，确定预制构件的剖线的直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c，其中，m、n、a、b和c均为拟合预制构件外形测点的方程常系数；S4中，传送平台输送预制构件的速度为v，当预制构件移动间距为L时，基于预制构件的整体的外形测点坐标计算预制构件此时剖线的拟合直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c。
S5、当传送平台将预制构件按预设速度输送到图像采集装置时，图像采集装置采集被测预制构件的表面图像数据；对表面图像数据进行处理，从而对被测预制构件的表面进行评估。
如图3和图5所示，S5包括以下步骤中：
S51、基于预制构件的外形测点坐标，调整左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组的位置及角度，使左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组中的工业相机与预制构件中相应的表面垂直，且使左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组中的工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L；
S51中，位置及角度的具体调整过程包括以下步骤：
S511、令图像采集组的工业相机的初始坐标为P（x，y），且工业相机的拍照范围为边长等于T的正方形，则工业相机的纵横视场角和横视场角分别为和；且；
S512、预制构件中的表面相应工业相机垂直时，工业相机的轴线与预制构件的表面相交的点为Q（x0,y0），基于直线方程y=mx+n，得
，
，
其中，通过P点和Q点的坐标换算，计算出工业相机的旋转角度：
，
即为：
，
为使工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L，则工业相机的伸长长度为：
，
即为：
，
S513、预制构件中的表面相应工业相机垂直时，工业相机的轴线与预制构件的表面相交的点为Q（x0,y0），基于二次曲线方程y=ax^2+bx+c，得
，
，
其中， A、B和C均为重根判别式，I和II分别指对应等号前的公式；
通过P点和Q点的坐标换算，计算出工业相机旋转的角度，可使工业相机垂直正对被测断面剖线，即：
，
为使工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L，则工业相机的伸长长度为：
，
即为：
。
S52、左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组对预制构件的表面进行表面图像数据采集，并基于拟合直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c对采集的表面图像数据进行拼接，以形成全景图像，从而对被测预制构件的表面进行评估。
S52中，图像的拼接方法包括：
A、通过按直线方程y=mx+n拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，且，其中，θ是摄像头转动垂直对准于目标的转向角度，D为上下相邻两个摄像头的垂直间距；
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
由于是被测断面剖线是直线，所有；
B、通过按二次曲线方程y=ax^2+bx+c拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，由于所检测的预制构件曲率较小，此处预制构件剖线被划分后近似于直线线段，在直角三角形中，则
，
，
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
即按全体考虑的方程式为：
。
图像的拼接方法不仅限于上述两种，当预制构件的断面为其他图形，如T型梁等，则按直线方程+二次曲线方程的分段函数来拟合该被测断面剖线，依据工业摄像头所在位置与对应被测面较近位置的函数段方程来求解，具体算法求解过程按上述。
具体，如图3所示，计算过程以左副的最上部工业相机运作过程为例，其他副同理可得。P点（x1，y1）已知，L已知，此处令工业相机拍照范围为正方形，长度、宽度为T；
设置一副可以测斜边最长约N米的预制构件面（曲线的按近似值），则一幅可设置N个工业相机，每个工业相机纵横实际视场为1米，则传送带的运行间距设置为1米。即T=L=1000mm。
使缺陷自动化识别结果满足检测要求，如在图像中识别 0.3 mm 宽度的裂缝，则要求相机的分辨率至少为 0.3mm/pixel，本发明采用0.2mm/pixel。纵横视场角的一半（、）一样，等于
,
则
,
u、v为工业相机的像素矩阵=5000 pixel。
（1）如图4所示，通过直线方程拟合被测断面剖线，假设为y=mx+n①，经过上述步骤的激测距检测装置检测结果，已知m与n；
其垂线为则为y=-1/m*x+n2，代入P点求得n2：
则Y=-1/m*x+y1+1/m*x1②，
则Q点（x0,y0）为方程①、方程②联合求得：
,
，
即自动计算出Q点（x0,y0）后，通过P点和Q点的坐标换算，自动计算出该工业相机旋转的角度，可使工业相机垂直正对被测断面剖线，即：
，
即为
，
该工业相机的伸长长度为：
，
即为：
；
（2）如图5所示，通过二次曲线方程拟合被测断面剖线，假设为y=ax^2+bx+c，经过上述步骤的激光测距检测装置检测结果，已知a、b与c；
先对y 求导得出该曲线的斜率：
，
由Q点坐标得到该曲线在该点的斜率：
，
故求得该处切线方程为：
，
该切线的垂线斜率则为：
，
而P与Q之间的斜率按坐标方式求得为：
，
联合上述两式推导出求解方程为：
，
根据盛金公式，且本测量方式已知该测点Q(x0,y0)为唯一值，即一个实根，则求出：
重根判别式：
，
，
，
总判别式：
，
则解得：
，
此处
,
,
所以求出：
，
，
即自动计算出Q点（x0,y0）后，通过P点和Q点的坐标换算，自动计算出该工业相机旋转的角度，可使工业相机垂直正对被测断面剖线，即：
，
该工业相机的伸长长度为：，即为：
，
其他点同理可得。
如图4所示，当采用直线方程y=mx+n拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，且，
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
由于是被测断面剖线是直线，所有；
如图5所示，当通过按二次曲线方程y=ax^2+bx+c拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，由于所检测的预制构件曲率较小，此处预制构件剖线被划分后近似于直线线段，在直角三角形中，则
，
，
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
即按全体考虑的方程式为：
,
其中，为上下相邻两个摄像头转动垂直对准于目标的转向角度，T1，2和Tn，n+1均为上下相邻两摄像头垂直对准目标不的投射线的间距，Sn是上下相邻两摄像头对准目标的距离。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于，所述的预制构件表观检测系统包括用于放置预制构件的传送平台、激光检测装置和图像采集装置；激光检测装置和图像采集装置沿传送平台的传送方向分布设置；
所述激光检测装置包括左激光组、右激光组、上激光组和激光安装架，所述左激光组和右激光组通过激光安装架安装于传送平台的左、右两侧，所述上激光组通过激光安装架安装于传送平台的上方；
所述图像采集装置包括左图像采集组、右图像采集组、上图像采集组和图像采集架，所述左图像采集组和右图像采集组分别通过相应的伸缩机构安装于图像安装架，且左图像采集组和右图像采集组分别位于传送带平的两侧；所述上图像采集组通过伸缩机构安装于图像采集架，且上图像采集组位于图像采集架的上方，包括以下步骤：
S1、把被测预制构件放入传送平台，传送平台按预设速度输送预制构件；
S2、当预制构件按预设的速度输送到激光检测装置时，激光检测装置对预制构件外形尺寸进行测量，以传送带中心线与传送带上表面的交点作为坐标原点，建立坐标系，确定预制构件的上、左和右各边的外形测点坐标；
S3、基于外形测点坐标换算外形尺寸各类关键信息，以判定被测预制构件的外形尺寸是否合格；
S4、基于外形测点坐标，确定预制构件的剖线的直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c，其中，m、n、a、b和c均为拟合预制构件外形测点的方程常系数；
S5、当传送平台将预制构件按预设速度输送到图像采集装置时，图像采集装置采集被测预制构件的表面图像数据；对表面图像数据进行处理，从而对被测预制构件的表面进行评估；
S5包括以下步骤：
S51、基于预制构件的外形测点坐标，调整左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组的位置及角度，使左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组中的工业相机与预制构件中相应的表面垂直，且使左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组中的工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L；
S52、左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组对预制构件的表面进行表面图像数据采集，并基于拟合直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c对采集的表面图像数据进行拼接，以形成全景图像，从而对被测预制构件的表面进行评估。
2.根据权利要求1所述的基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于：步骤S2包括以下步骤：
S21、令传送平台的中心线与传送平台的上表面的交点为作为坐标原点，建立平面坐标系，其中传送平台的宽度方向与平面坐标系的x轴方向一致，传送平台的表面垂直方向与y轴方向一致；两组左激光组中位于上方的为第一左激光组，位于下方的为第二左激光组；两组右激光组中位于上方的为第一右激光组，位于下方的为第二右激光组；令预制构件的上边界为基准点，第一左激光组与基准点之间高度差及第一右激光组与基准点之间高度差均为h，且第一左激光组和第一右激光组的原始高度均为H，则第二左激光组与基准点之间的高度差及第二右激光组与基准点之间的高度差为H-h；以H-h的中心水平线作为第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组运动停止线，且令第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组的运动速度为v1；当第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组每移动间距长度s1时，第一左激光组、第二左激光组、第一右激光组和第二右激光组测距1次，从而确定预制构件的上半段和下半段的外形测点坐标：
上半段：x=L-d，
y=1/2（H-h）+1/2（H-h）-S=H-h-v*t；
下半段：x=L-d，
y=S=v*t；
其中，L为激光点到传送带中线的距离，d为激光测距传感器所测得的长度 ，S为第一左激光组向下运动和第二左激光组向上运动的测量间距，v与t分别为测量间距S的控制速度和时间；
S22、两组上激光组中位于左边的为第一上激光组，位于右边的为第二上激光组，令预制构件的左边界作为第一基准点，右边界作为第二基准点；
由第一上激光组右移、第二上激光组左移，测得第一上激光组与第一基准点的距离为L1，第二上激光组与第二基准点的距离为L2；第一上激光组和第二上激光组的距离由初始标定所得，为L’；
当第一上激光组与第二上激光组对准基准点后，中间的跨度等于L’-L1-L2；
以（L’-L1-L2）/2作为运动距离，设置第一上激光组与第二上激光组的水平运动间距为S’=v’*t’：设置好水平运动间距后，使第一上激光组与第二上激光组以速度v’分别向右和向左水平运动以及进行相应的距离测量，从而确定预制构件的左半段和右半段的外形测点坐标：
左半段：x=-（0.5L’-L1-S’）=-（0.5L’-L1-v’*t’）；
y=H’-d；
右半段：x=0.5L’-L2-S’=0.5L’-L2-v’*t’；
y=H’-d；
S23、传送平台输送预制构件的速度为v，基于预制构件的上半段和下半段的外形测点坐标及预制构件的上表面外形测点坐标，以确定预制构件的整体的外形测点坐标。
3.根据权利要求1所述的基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于：S4中，传送平台输送预制构件的速度为v，当预制构件移动间距为L时，基于预制构件的整体的外形测点坐标计算预制构件此时剖线的拟合直线方程y=mx+n或二次曲线方程y=ax^2+bx+c。
4.根据权利要求1所述的基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于：S51中，位置及角度的具体调整过程包括以下步骤 ：
S511、令图像采集组的工业相机的初始坐标为P（x，y），且工业相机的拍照范围为边长等于T的正方形，则工业相机的纵横视场角和横视场角分别为和；且；
S512、预制构件中的表面相应工业相机垂直时，工业相机的轴线与预制构件的表面相交的点为Q（x0,y0），基于直线方程y=mx+n，得
，
，
其中，通过P点和Q点的坐标换算，计算出工业相机的旋转角度：
，
即为：
，
为使工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L，则工业相机的伸长长度为：
，
即为：
,
S513、预制构件中的表面相应工业相机垂直时，工业相机的轴线与预制构件的表面相交的点为Q（x0,y0），基于二次曲线方程y=ax^2+bx+c，得
，
，
其中， A、B和C均为重根判别式，I和II分别指对应等号前的公式；
通过P点和Q点的坐标换算，计算出工业相机旋转的角度，可使工业相机垂直正对被测断面剖线，即：
，
为使工业相机与预制构件中相应的表面之间的距离为L，则工业相机的伸长长度为：
，
即为：
。
5.根据权利要求4所述的基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于：S52中，图像的拼接方法包括：
A、通过按直线方程y=mx+n拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，且，其中，θ是摄像头转动垂直对准于目标的转向角度，D为上下相邻两个摄像头的垂直间距；
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
由于是被测断面剖线是直线，所有；
B、通过按二次曲线方程y=ax^2+bx+c拟合被测断面剖线获得摄影图像的拼接方法：
令T<1000，由于所检测的预制构件曲率较小，此处预制构件剖线被划分后近似于直线线段，在直角三角形中，则
，
，
则上下临近两摄像头所拍摄的正方形图像重叠长度为：
当500<T<1000时，
，
当T<500时，
，
即按全体考虑的方程式为：
,
其中，为上下相邻两个摄像头转动垂直对准于目标的转向角度，T1，2和Tn，n+1均为上下相邻两摄像头垂直对准目标的投射线的间距，Sn是上下相邻两摄像头对准目标的距离。
6.根据权利要求1所述的基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于：所述激光安装架包括左激光导轨、右激光导轨和上激光导轨，所述上激光导轨的两端分别与左激光导轨的上端和右激光导轨的上端连接；所述左激光组、右激光组、上激光组分别安装于左激光导轨、右激光导轨和上激光导轨。
7.根据权利要求1所述的基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于：所述图像采集架包括左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨，所述上图像导轨的两端分别与左图像导轨的上端和右图像导轨的上端连接，所述左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组分别通过相应的伸缩机构安装于左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨。
8.根据权利要求7所述的基于预制构件表观检测系统的检测方法，其特征在于：所述伸缩机构包括伺服电机和电动缸，所述电动缸的缸体安装于相应的左图像导轨、右图像导轨和上图像导轨，所述伺服电机固定于电动缸的伸缩杆，所述左图像采集组、右图像采集组和上图像采集组与相应的伺服电机连接。
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