CN117470633A - 一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统和方法，该系统包括移动模块、机械臂、测量模块、识别模块和控制模块；所述移动模块用于带动测量系统移动，所述机械臂用于调整测量模块的空间位置，所述测量模块用于测量混凝土的强度和碳化深度，所述识别模块用于确定测量系统与测量装置的相对位置，所述控制模块用于控制测量系统动作。与现有技术相比，本发明能够远程协同、安全性高以及多功能测量等优点。

Description

一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统和方法
技术领域
本发明涉及工程机械自动化和人机交互技术领域，尤其是涉及一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统和方法。
背景技术
目前智能机器人已完全具备装配各种类型传感器的能力，能够在人类思维方式的引导下实现一系列功能，并适应不同的工作环境。它们能够根据环境变化确定适当的行动。
但是目前在建筑行业的施工环境中，对混凝土的强度和碳化深度的测量还是存在劳动强度大、工作过程单一、生产效率低等问题，在高处或其他危险地区作业存在一定的事故风险。
如中国专利CN113008714A公开了一种建筑测量装置，尤其涉及一种建筑混凝土强度回弹数值测量装置。本发明的技术问题：提供一种可测量高低不同位置，可调节测量角度的建筑混凝土强度回弹数值测量装置。技术方案是：一种建筑混凝土强度回弹数值测量装置，包括有导向架等；固定滑板的下侧横置固定连接于底板的上侧后端，齿条板的前侧上部设置有齿条，下部设置有滑动槽，齿条板的下侧横置固定连接于底板的上侧前端，往复机构设置于固定滑板和齿条板的上侧，往复机构与固定滑板和齿条板配合滑动连接。
但是上述现有技术需要人工移动测量装置，进行不同测量位置的调节，重复测量工作强度大，不适用于困难环境下的测量工作，且仅能够进行混凝土强度的测量，无法进行混凝土碳化深度的测量，功能单一。
因此首要任务是开发能够在作业困难的环境下工作的工业机器人。引入机器人技术可以将建筑活动延伸到人类难以施工的地方，提高作业效率，取代传统的简单、重复和危险的工作方式。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在需要人工移动测量装置，进行不同测量位置的调节，重复测量工作强度大，不适用于困难环境下的测量工作，且仅能够进行混凝土强度的测量，无法进行混凝土碳化深度的测量，功能单一的缺陷而提供一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统和方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本方案提供了一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，包括移动模块、机械臂、测量模块、识别模块和控制模块；所述移动模块用于带动测量系统移动，所述机械臂用于调整测量模块的空间位置，所述测量模块用于测量混凝土的强度和碳化深度，所述识别模块用于确定测量系统与测量装置的相对位置，所述控制模块用于控制测量系统动作。
进一步地，所述机械臂包括升降轴、第一旋转轴、第二旋转轴和机械臂关节；
所述升降轴垂直固定在移动模块上，所述升降轴驱动连接第一旋转轴，用于驱动第一旋转轴上下移动，所述第一旋转轴的转动端连接第二旋转轴，用于带动第二旋转轴绕第一方向转动，所述第二旋转轴的转动端连接机械臂关节，用于带动机械臂关节绕第二方向转动，所述机械臂关节的末端连接测量模块，用于带动测量模块绕第一方向转动以及沿第二方向移动。
进一步地，所述测量模块包括混凝土回弹仪和碳化深度检测探针，所述机械臂关节的末端设有移动件，所述混凝土回弹仪和碳化深度检测探针对称固定在移动件的两端，所述移动件带动混凝土回弹仪和碳化深度检测探针沿第二方向移动。
进一步地，所述第一方向垂直于第二方向，所述第一方向和第二方向均位于水平面内。
进一步地，所述移动模块包括移动平台和推杆，所述机械臂固定垂直固定在移动平台的上方，所述推杆固定在移动平台的后端，所述控制模块控制移动平台移动。
进一步地，所述移动平台的下端设有车轮，所述车轮上设有锁紧件，所述锁紧件用于固定车轮的移动，所述控制模块连接锁紧件。
进一步地，所述识别模块包括与控制模块连接的激光测距仪和深度相机，所述激光测距仪用于获取测量系统与待检测区域的距离，所述深度相机用于获取待检测区域的图像信息，所述控制模块根据激光测距仪和深度相机获取的信息驱动测量系统动作。
本方案还提供了一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统的测量方法，包括以下步骤：
通过激光测距仪获取测量系统与待检测区域的距离，通过深度相机获取待检测区域的图像信息，控制模块根据激光测距仪和深度相机获取的相关信息，控制移动模块带动测量系统移动至指定位置；
控制机械臂带动混凝土回弹仪朝向待检测区域，通过混凝土回弹仪对待检测区域进行检测，混凝土强度检测完成；
控制机械臂动作，机械臂关节带动测量模块转动，使碳化深度检测探针朝向待检测区域，通过碳化深度检测探针对待检测区域进行检测，混凝土碳化深度检测完毕后，将测量数据传输至混凝土回弹仪；
将测量数据输入混凝土回弹仪，获取测量结果，并将测量数据和测量结果传输至储存模块进行保存。
进一步地，所述混凝土回弹仪的具体测量过程包括：
通过深度相机获取待检测区域的图像信息，并将待检测区域划分为多个检测区间；
对第一个检测区间内对多个测试点进行检测；
第一个检测区间内的测量点全部检测完毕后，移动至下一个检测区间重复上一个检测区间的过程，直至全部检测区间完成检测，得到对应的测量数据，并计算对应的测量结果。
进一步地，所述碳化深度检测探针的具体工作过程包括：
通过深度相机获取待检测区域的图像信息，并将待检测区域划分为多个检测区间；
在各个检测区间设置一定深度的检测孔，机械臂带动碳化深度检测探针对各个区间的检测孔分别进行测量，将测量数据传输至混凝土回弹仪，通过混凝土回弹仪计算测量结果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本方案通过机械臂带动测量模块对待测量区域进行检测，测量模块包括混凝土回弹仪和碳化深度检测探针，通过控制模块控制机械臂对测量模块进行调节，配合识别模块对待检测区域分别进行混凝土强度和碳化深度进行检测，通过机械臂重复高频率且重复的工作，降低了工作人员的劳动强度，解放生产力，且提高了混凝土性能的测量效率和测量精确度。
(2)本方案通过移动模块将测量系统转移至工作区域，工作人员可通过远程操作控制移动模块的转移，在危险的工况条件下，避免工人直接参与将测量系统转移至工作区域，提高了工作的安全性。
(3)本方案通过深度相机实现图像增强、目标检测和图像分割等功能，可以在光线不足的情况下增强被拍摄物体表面的光度，提高拍摄效果，以满足特殊情况下的使用要求，通过图像分割将待检测区域分割成多个检测区间，分别进行检测，使检测结果更加客观精确。
附图说明
图1为本发明提供的测量系统的结构示意图；
图2为本发明提供的测量系统的结构框图；
图3为本发明提供的一体化测量方法的流程图；
图中：1、移动模块，2、机械臂，3、测量模块，11、移动平台，12、推杆，21、升降轴，22、第一旋转轴，23、第二旋转轴，24、机械臂关节，31、混凝土回弹仪，32、碳化深度检测探针。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例1
本实施例提供了一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，如图1所示，包括移动模块1、机械臂2、测量模块3、识别模块和控制模块；移动模块1用于带动测量系统移动，机械臂2用于调整测量模块3的空间位置，测量模块3用于测量混凝土的强度和碳化深度，识别模块用于确定测量系统与测量装置的相对位置，控制模块用于控制测量系统动作。
通过机械臂带动测量模块对待测量区域进行检测，测量模块包括混凝土回弹仪和碳化深度检测探针，通过控制模块控制机械臂对测量模块进行调节，配合识别模块对待检测区域分别进行混凝土强度和碳化深度进行检测，通过机械臂重复高频率且重复的工作，降低了工作人员的劳动强度，解放生产力，且提高了混凝土性能的测量效率和测量精确度。
具体地，机械臂2包括升降轴21、第一旋转轴22、第二旋转轴23和机械臂关节24；
升降轴21垂直固定在移动模块1上，升降轴21驱动连接第一旋转轴22，用于驱动第一旋转轴22上下移动，第一旋转轴22的转动端连接第二旋转轴23，用于带动第二旋转轴23绕第一方向转动，第二旋转轴23的转动端连接机械臂关节24，用于带动机械臂关节24绕第二方向转动，机械臂关节24的末端连接测量模块3，用于带动测量模块3绕第一方向转动以及沿第二方向移动。
测量模块3包括混凝土回弹仪31和碳化深度检测探针32，机械臂关节24的末端设有移动件，混凝土回弹仪31和碳化深度检测探针32对称固定在移动件的两端，移动件带动混凝土回弹仪31和碳化深度检测探针32沿第二方向移动。第一方向垂直于第二方向，第一方向和第二方向均位于水平面内。
在本实施例中，如图1所示，第一方向记为Y轴方向，第二方向记为X轴方向，上下竖直方向记为Z轴方向，升降轴21带动第一旋转轴22及其上部结构沿着Z轴方向移动，第一旋转轴22能够带动第二旋转轴23及其上部结构绕Y轴方向转动，第二旋转轴23带动机械臂关节24绕X轴转动，机械臂关节24带动测量模块3沿着X轴方向移动或绕Y轴方向转动，实现对测量模块3的位置调节，以及辅助测量模块3进行混凝土性能的检测。
作为一种优选的实施方式，移动模块1包括移动平台11和推杆12，机械臂2固定垂直固定在移动平台11的上方，推杆12固定在移动平台的后端，控制模块控制移动平台11移动。移动平台11的下端设有车轮，车轮上设有锁紧件，锁紧件用于固定车轮的移动，控制模块连接锁紧件。
通过移动模块将测量系统转移至工作区域，工作人员可通过远程操作控制移动模块的转移，在危险的工况条件下，避免工人直接参与将测量系统转移至工作区域，提高了工作的安全性。在移动模块1移动至目标区域后，通过锁紧件对移动平台进行固定，避免检测过程中测量系统发生移动，影响测量结果的准确性。
具体地，识别模块包括与控制模块连接的激光测距仪和深度相机，激光测距仪用于获取测量系统与待检测区域的距离，深度相机用于获取待检测区域的图像信息，控制模块根据激光测距仪和深度相机获取的信息驱动测量系统动作。
通过深度相机实现图像增强、目标检测和图像分割等功能，可以在光线不足的情况下增强被拍摄物体表面的光度，提高拍摄效果，以满足特殊情况下的使用要求，通过图像分割将待检测区域分割成多个检测区间，分别进行检测，使检测结果更加客观精确。
本实施例还提供了一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统的测量方法，如图3所示，包括以下步骤：
通过激光测距仪获取测量系统与待检测区域的距离，通过深度相机获取待检测区域的图像信息，控制模块根据激光测距仪和深度相机获取的相关信息，控制移动模块带动测量系统移动至指定位置；
控制机械臂带动混凝土回弹仪朝向待检测区域，通过混凝土回弹仪对待检测区域进行检测，混凝土强度检测完成；
控制机械臂动作，机械臂关节带动测量模块转动，使碳化深度检测探针朝向待检测区域，通过碳化深度检测探针对待检测区域进行检测，混凝土碳化深度检测完毕后，将测量数据传输至混凝土回弹仪；
将测量数据输入混凝土回弹仪，获取测量结果，并将测量数据和测量结果传输至储存模块进行保存。
具体地，混凝土回弹仪的具体测量过程包括：
通过深度相机获取待检测区域的图像信息，并将待检测区域划分为多个检测区间；
对第一个检测区间内对多个测试点进行检测；
第一个检测区间内的测量点全部检测完毕后，移动至下一个检测区间重复上一个检测区间的过程，直至全部检测区间完成检测，得到对应的测量数据，并计算对应的测量结果。
更具体地，碳化深度检测探针的具体工作过程包括：
通过深度相机获取待检测区域的图像信息，并将待检测区域划分为多个检测区间；
在各个检测区间设置一定深度的检测孔，机械臂带动碳化深度检测探针对各个区间的检测孔分别进行测量，将测量数据传输至混凝土回弹仪，通过混凝土回弹仪计算测量结果。
在本实施例中，还提供了一种可选的实施方式，具体为：
一种建筑混凝土强度与碳化深度一体化测量系统，如图2所示，包括测量装置、数据采集系统以及控制系统。测量装置包括混凝土回弹仪及碳化深度测量仪；数据采集系统能够识别提前打好的测试孔位、进行感知处理、信息储存和通信传输等；控制系统可控制测量装置的自动化检测以及控制机械臂运动，测量系统与数据采集系统均可与控制系统进行数据传输。
具体地，混凝土回弹仪连接有定位模块、显示模块、无线通讯模块和光电传感器；混凝土回弹仪通过使用激光扫描定位游标移动位置，读取游标所反射激光的位置，并将光电信号转换成成数字信号显示到屏幕上，通过无线通讯模块与控制系统进行数据传输。
而且移动机构为可移动作业平台和六自由度的机械臂。其中平台的升降轴分别与可移动底座和机械臂相连；移动底座可以通过现场人工操作或者采用远程遥控的路线进行移动；升降轴为电动举升丝杠，保证其高效性和自锁性，通过使用电机驱动和控制系统，可精确地控制举升速度和位置。
更具体地，感知处理模块包括激光传感器和深度相机。激光传感器与测量装置水平固定在机械臂末端；深度相机安装在悬臂梁的位置用以观测回弹仪的工作状态。感知系统用于检测回弹仪测试过程中能否与被检测的混凝土墙壁面处于垂直状态，同时相机进行图像获取，判断检测的方格区域并记录打点操作。
控制系统是由工控机和PLC共同控制的电机驱动系统；用于控制移动机构和处理数据；混凝土回弹仪和碳化深度测量仪通过机械的方式与机械臂末端连接；测量装置与控制系统通过蓝牙通讯的方式连接；感知系统与控制系统通过数据线或者网线的方式连接；移动系统与控制系统通过数据线的方式连接。
具体地，激光测距仪设置在测量模块上，在测量过程中，激光测距仪与混凝土回弹仪保持水平，以确保混凝土回弹仪在测量过程中与待测墙面保持垂直。通过所述激光测距传感器拟合平面与真实待检测平面的空间夹角来调整混凝土回弹仪与待检测混凝土墙面的垂直度。
对于数据采集系统，装配有深度相机和激光测距传感器的数据采集系统，其包括识别模块，感知处理模块，信息储存模块和通信传输模块。混凝土回弹仪与碳化深度检测仪固定在机械臂末端，方便进行工具使用的转化。识别模块可以通过激光测距传感器和深度相机感知距离测试平面的距离以及待检测碳化深度区域的孔位信息。
其中感知处理模块分为硬件与软件两方面：
在硬件方面，感知处理模块通常包括一个图像传感器，它可以将光线转换为电信号。图像传感器可以是像素阵列，每个像素代表图像中的一个点。其他硬件组件可能包括镜头、滤光器和处理器。在软件方面，感知处理模块使用算法和技术来处理图像和视频数据。在本采集系统中，可以利用相机进行实现部分功能：包括图像增强、目标检测和图像分割等。图像增强功能可以在光线不足的情况下增强被拍摄物体表面的光度，提高拍摄效果，以满足特殊情况下的使用要求。
进一步地，信息储存模块是指可以用于存储相机拍摄图像和视频数据的部分。通信传输模块是指数据采集设备与其他设备之间用于数据传输和通信的部分，可以通过有线或无线连接方式进行通信。
结合上述内容，测量系统具体的检测过程包括以下步骤：
S1：混凝土回弹仪与控制系统通过无线通讯(即蓝牙)方式连接。系统开机后初始化并控制回弹仪、碳化深度测量仪开机；在系统中配置和修改检测参数，系统分发数据给回弹仪；
S2：通过控制机械臂的移动将混凝土回弹仪对位到第一个测试点，按启动回弹测试按钮，系统开始进行自动测试，回弹仪将自动测量完成16个测试点；待系统提示本测区完成，机械臂移动到下一测区测量；
S3：在使用混凝土回弹仪检测完毕后，机械臂转轴旋转，根据现场测试人员的要求来选择使用碳化深度检测仪检测混凝土墙壁的碳化情况；
S4：按启动碳化深度测试按钮，系统开始进行自动测量碳化深度。测量完成后系统提示进行下一个碳化深度测量点测量。将系统移至下一个碳化深度测量点，重复完成所有碳化深度测量；
S5：在完成碳化深度测量后，系统将会自动将碳化深度数据传至回弹仪；
S6：回弹仪计算最终测试结果，并将测试结果数据和测量数据发回至系统并储存在储存模块中；最终在系统上生成测试报告。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，其特征在于，包括移动模块(1)、机械臂(2)、测量模块(3)、识别模块和控制模块；所述移动模块(1)用于带动测量系统移动，所述机械臂(2)用于调整测量模块(3)的空间位置，所述测量模块(3)用于测量混凝土的强度和碳化深度，所述识别模块用于确定测量系统与测量装置的相对位置，所述控制模块用于控制测量系统动作。
2.根据权利要求1所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，其特征在于，所述机械臂(2)包括升降轴(21)、第一旋转轴(22)、第二旋转轴(23)和机械臂关节(24)；
所述升降轴(21)垂直固定在移动模块(1)上，所述升降轴(21)驱动连接第一旋转轴(22)，用于驱动第一旋转轴(22)上下移动，所述第一旋转轴(22)的转动端连接第二旋转轴(23)，用于带动第二旋转轴(23)绕第一方向转动，所述第二旋转轴(23)的转动端连接机械臂关节(24)，用于带动机械臂关节(24)绕第二方向转动，所述机械臂关节(24)的末端连接测量模块(3)，用于带动测量模块(3)绕第一方向转动以及沿第二方向移动。
3.根据权利要求2所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，其特征在于，所述测量模块(3)包括混凝土回弹仪(31)和碳化深度检测探针(32)，所述机械臂关节(24)的末端设有移动件，所述混凝土回弹仪(31)和碳化深度检测探针(32)对称固定在移动件的两端，所述移动件带动混凝土回弹仪(31)和碳化深度检测探针(32)沿第二方向移动。
4.根据权利要求2所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，其特征在于，所述第一方向垂直于第二方向，所述第一方向和第二方向均位于水平面内。
5.根据权利要求1所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，其特征在于，所述移动模块(1)包括移动平台(11)和推杆(12)，所述机械臂(2)固定垂直固定在移动平台(11)的上方，所述推杆(12)固定在移动平台的后端，所述控制模块控制移动平台(11)移动。
6.根据权利要求5所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，其特征在于，所述移动平台(11)的下端设有车轮，所述车轮上设有锁紧件，所述锁紧件用于固定车轮的移动，所述控制模块连接锁紧件。
7.根据权利要求1所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统，其特征在于，所述识别模块包括与控制模块连接的激光测距仪和深度相机，所述激光测距仪用于获取测量系统与待检测区域的距离，所述深度相机用于获取待检测区域的图像信息，所述控制模块根据激光测距仪和深度相机获取的信息驱动测量系统动作。
8.一种基于权利要求1-7任一所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过激光测距仪获取测量系统与待检测区域的距离，通过深度相机获取待检测区域的图像信息，控制模块根据激光测距仪和深度相机获取的相关信息，控制移动模块带动测量系统移动至指定位置；
控制机械臂带动混凝土回弹仪朝向待检测区域，通过混凝土回弹仪对待检测区域进行检测，混凝土强度检测完成；
控制机械臂动作，机械臂关节带动测量模块转动，使碳化深度检测探针朝向待检测区域，通过碳化深度检测探针对待检测区域进行检测，混凝土碳化深度检测完毕后，将测量数据传输至混凝土回弹仪；
将测量数据输入混凝土回弹仪，获取测量结果，并将测量数据和测量结果传输至储存模块进行保存。
9.根据权利要求8所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量方法，其特征在于，所述混凝土回弹仪的具体测量过程包括：
通过深度相机获取待检测区域的图像信息，并将待检测区域划分为多个检测区间；
对第一个检测区间内对多个测试点进行检测；
第一个检测区间内的测量点全部检测完毕后，移动至下一个检测区间重复上一个检测区间的过程，直至全部检测区间完成检测，得到对应的测量数据，并计算对应的测量结果。
10.根据权利要求8所述的一种建筑混凝土强度和碳化深度一体化测量方法，其特征在于，所述碳化深度检测探针的具体工作过程包括：
通过深度相机获取待检测区域的图像信息，并将待检测区域划分为多个检测区间；
在各个检测区间设置一定深度的检测孔，通过机械臂带动碳化深度检测探针对各个区间的检测孔分别进行测量，将测量数据传输至混凝土回弹仪，通过混凝土回弹仪计算测量结果。
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