CN210952728U - 一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，包括支架、用于将试件运送至支架内的传送带、测量平面度使用的线激光投射器、旋转推杆机构、用于采集试件图像的相机和翻转推杆机构；所述传送带设有两条，且对称分布在支架内部两侧；所述旋转推杆机构设于两传送带之间的间隙处下方，旋转推杆机构用于托举其上方传送带上的试件或托举试件后将试件旋转一定角度；所述翻转推杆机构设有两组，两组翻转推杆机构对称设于支架两侧，翻转推杆机构用于摆正试件或翻转试件；所述线激光投射器和相机均安装在支架上。本实用新型测量装置结构简单，试件测量操作方面，提高了测量效率，减少人工参与，并提高测量精度与自动化水平。

Description

一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置

技术领域

本实用新型涉及立方体混凝土试件参数测量装置及方法，具体涉及基于视觉的试件六面尺寸和平面度测量装置及方法。

背景技术

混凝土结构是国内外应用最广泛的结构形式之一，在加工或者生产混凝土建材时，其表面并不会绝对平整。而混凝土表面的粗糙度是粘结面性能的主要影响参数，所以，高精度测量混凝土表面的粗糙度，对混凝土界面的性能研究和工程质量评价都具有十分重要的意义。目前通用的界面粗糙度评估采用平均深度作为评价指标。实际中，会取混凝土试件做平面度测试，国家规范《普通混凝土力学性能试验方法标准》中有关混凝土测试件的要求为：试件的承压面的平面度公差不得超过0.0005d(d为边长)。

目前，在土木工程领域里普通的混凝土试件的测量装置和方法测量精度低，自动化水平低，操作繁琐效率低下。而市场上存在的高精度电子粗糙度测量仪主要用于机械加工领域，其测试方法为在表面滑动，主要适用于划痕类测试，在土木工程领域上随机分布粗糙表面的混凝土试件不适用。随着科技发展，视觉技术在建筑工程领域的应用越来越广泛，因此，有必要设计一种新的适于混凝土试件的测量装置或测量方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置及方法，用以解决现有技术中土木工程领域里普通的混凝土试件的测量装置和方法测量精度低，自动化水平低，操作繁琐效率低下的问题。

为了达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，包括支架、用于将试件运送至支架内的传送带、测量平面度使用的线激光投射器、旋转推杆机构、用于采集试件图像的相机和翻转推杆机构；所述传送带设有两条，且对称分布在支架内部两侧；所述旋转推杆机构设于两传送带之间的间隙处下方，旋转推杆机构用于托举其上方传送带上的试件或托举试件后将试件旋转一定角度；所述翻转推杆机构设有两组，两组翻转推杆机构对称设于支架两侧，且位于两传送带的外侧上方，翻转推杆机构用于摆正试件或翻转试件；所述线激光投射器和相机均安装在支架上。

进一步地，所述旋转推杆机构设有托举组件，所述托举组件设有竖直向上的托举推杆和固定安装在托举推杆顶部的水平托板；所述翻转推杆机构设有夹紧组件，所述夹紧组件设有水平安装的夹紧推杆和安装在夹紧推杆前端的竖直夹板，其竖直夹板对应位于两传送带侧边正上方。

进一步地，所述相机设有三组，其中两组相机安装在支架两侧，且位于夹紧推杆与传送带之间，第三组相机安装在支架顶部，三组相机分别用于采集试件的两侧面及顶面的图像。

进一步地，所述线激光投射器设有三组，其中两组竖向安装在支架后端的立柱内壁，第三组线激光投射器横向安装在支架后端的横梁内壁上。

进一步地，所述旋转推杆机构还设有第一旋转电机，所述托举组件通过第一安装座固定安装在第一旋转电机的输出轴前端。

进一步地，所述翻转推杆机构还设有第二旋转电机，所述夹紧组件通过第二安装座固定安装在第二旋转电机的输出轴前端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本测量装置结构搭建简便，成本较低；

2.本测量装置人工参与少，自动化水平较高，测量效率高；

3.结合视觉的非接触式测量方法对装置的磨损小，测量精度高；

4.通过激光与视觉的有效结合，试件的平面度测量结果更加精确可信；

5.该装置可与压力测试等装置相配合实现测量系统的进一步完善。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。另外，鉴于目前相机结合计算机或后台服务器进行视觉识别与测量技术也非常成熟，其测量的方法、算法、设备结构大体相同，只是应用应用场景不同，故对于相机及其相连接的计算机视觉测量系统的结构等(包括相机与本地或后台服务器等连接关系)不再详细表述。

附图说明

图1为本实用新型基于视觉的混凝土试件参数测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型的试件轮廓尺寸测量示意图。

图3为本实用新型的试件平面度测量示意图。

图中各部件标号及其对应的名称为：

1.支架， 2.传送带， 3.线激光投射器，

4.试件， 5.旋转推杆机构， 51.水平托板，

6.相机， 7.翻转推杆机构， 71.竖直夹板，

8.左侧拟合边， 9.左侧轮廓点， 10.右侧拟合边，

11.右侧轮廓点， 12.平整面激光线段， 13.激光直线，

14.起伏面弯折的激光线段， 15.起伏整面界面。

具体实施方式

如图1所示，一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其包括支架1、用于将试件4运送至支架1内的传送带2、测量平面度使用的线激光投射器3、用于托举和水平旋转试件4的旋转推杆机构5、用于采集试件4图像的相机6和用于夹紧和翻转试件4的翻转推杆机构7。其中传送带2设有两条，且对称分布在支架1内部两侧。旋转推杆机构5位于支架1内部下端，且位于两传送带2的之间的间隙处。旋转推杆机构5设有旋转组件和托举组件，其中，旋转组件为第一旋转电机，该第一旋转电机通过第一电机座固定安装在机架内部(图中未示出)底端。托举组件可为气动或电动或液压组件，但不限于气动或电动或液压组件(如气缸、液压缸和电动推杆等)。托举组件设有竖直向上的托举推杆和固定安装在托举推杆顶部的水平托板51。其中，托举推杆可为气缸、液压缸等的活塞杆，也可为电动推杆的推杆，托举组件通过第一安装座固定安装在第一旋转电机的输出轴前端。托举组件用于驱动托举推杆及其上的水平托板向上运动托举其上方传送带上的试件，第一旋转电机用于驱动托举组件整体及其上的试件在水平面上旋转90°。翻转推杆机构7设有两组，且两组翻转推杆机构7对称安装在支架1两侧，翻转推杆机构7设有翻转组件和夹紧组件。其中，翻转组件为第二旋转电机，该第二旋转电机通过第二电机座固定在支架1外侧或以其它形式在支架1外固定(图中未示出)。夹紧组件可为气动或电动或液压组件，但不限于气动或电动或液压组件(如气缸、液压缸和电动推杆等)。夹紧组件设有水平安装的夹紧推杆和安装在夹紧推杆前端的竖直夹板71。其中，夹紧推杆可为气缸、液压缸等的活塞杆，也可为电动推杆的推杆。竖直夹板位于机架内部，且对应位于两传送带2外侧边缘的上方，夹紧组件通过第二安装座固定安装在第二旋转电机的输出轴前端。夹紧组件用于驱动夹紧推杆及其前端的竖直夹板向支架内运动，通过两侧的竖直夹板夹紧摆正试件，第二旋转电机用于驱动夹紧组件整体及其夹紧的试件在竖直面上翻转180°。线激光投射器3和相机6均安装在支架1上。其中，相机6设有三组，其中两组相机6安装在支架1两侧的翻转推杆与传送带2之间，第三组相机6安装在支架1顶部，三组相机6分别用于采集试件4的两侧面及顶面的图像。线激光投射器3设有三组，其中两组竖向安装在支架1后端的立柱内壁，第三组线激光投射器3横向安装在支架1后端的横梁内壁上。其中，线激光投射器3可根据试件大小等因数按一定的投射角度安装，相机6可根据实际测量精度要求选择，传送带2运行速度的设定可结合相机6图像采集帧速率，并以保证获取的图像不存在拖影现象且图像信息完整为准。

本实用新型工作时，如图1-3所示，其包括以下操作步骤：

步骤1、打开三组相机6；

步骤2、将试件4置于传送带2上，运行传送带；

步骤3、顶部相机6实时对试件4采集图像进行处理分析，实时判断试件位置；判断过程中，通过相机采集到的试件图像，使用区域生长等算法将试件区域准确分割，计算其区域中心；设定精确阈值范围，用于判断试件中心是否达到指定位置；

步骤4、试件到达指定位置后，传送带停止；

步骤5、旋转推杆机构5的托举组件工作，其水平托板51将试件推至两竖直夹板71之间；

步骤6、两侧翻转推杆机构7的夹紧组件同时工作，向内推进竖直夹板71，利用两侧的竖直夹板将试件摆正；

步骤7、两侧翻转推杆机构7的夹紧推杆复位；

步骤8、旋转推杆机构5的托举推杆下行复位，将试件放回传送带；

步骤9、重复步骤3，若试件仍存在偏差，运行传送带微调试件位置；

步骤10、三个相机分别采集试件三个面的图像；

步骤11、将三个相机采集的图像发送至本地或后台服务器进行相应分析处理；具体包括：

步骤11a.在每幅图像中，使用视觉算法精确提取试件区域，获取试件四边轮廓上的所有轮廓点(如图2所示的左侧轮廓点9和右侧轮廓点11)；

步骤11b.将四边分别拟合成直线(如图2所示的左侧拟合边8和右侧拟合边10)；

步骤11c.使用概率统计方法剔除与直线偏差较大的轮廓点；

步骤11d.分别计算对应直线的剩余轮廓点到相对线之间的距离(d1、d2、d3...d1’、d2’、d3’...)，求取平均值作为试件外形尺寸；

步骤12、向靠近线激光投射器3方向运行传送带到指定位置；

步骤13、开启三个方位的线激光投射器3；

步骤14、传送带远离线激光投射器运行，同时三个相机实时采集图像；

步骤15、在本地或后台服务进行图像处理分析；具体包括：

步骤15a、分析每帧图像模糊程度，获取清晰度最佳图像供后续分析；

步骤15b、从试件区域分割出激光线区域，计算其骨架轮廓，并获取骨架上的点坐标；

步骤15c、拟合出理想投射激光直线；如本实施例中图3中线激光入射角度i为80度时的激光直线13；

步骤15d、根据图像中的激光直线13在起伏位置发生弯折这一特性，计算所有弯折部位直线点a(激光直线13与起伏面弯折的激光线段14的交点)相对同一起伏整面界面15上理想投射直线对应点b(激光直线13与平整面激光线段12的交点)的偏差值，即为起伏位置的平面度；

步骤15e、将测算数据对应试件面编号，并保存至本地或服务器数据库供后续查看分析；

步骤16、重复步骤3；

步骤17、运行传送带将试件移动至对中位置；

步骤18、旋转推杆机构的托举推杆伸出，举起试件；

步骤19、旋转推杆机构第一旋转电机动作，驱动托举组件及其上的试件在水平面上旋转90°；

步骤20、两侧翻转推杆机构的夹紧推杆向内伸出，两竖直夹板夹紧试件；

步骤21、旋转推杆机构复位；

步骤22、两侧翻转推杆机构的第二旋转电机同时动作，驱动夹紧组件夹紧的试件在竖直面上翻转180°；

步骤23、旋转推杆机构的托举推杆伸出，驱动水平托板至试件底部位置托举试件；

步骤24、两侧翻转推杆机构复位；

步骤25、托举组件复位，将试件回放至传送带上；

步骤26、重复步骤10-步骤15，即获取另外三面的数据信息；

步骤27、通过本地或后台服务器对结果数据进行分析查看，获取平面度较高的两个面；

步骤28、结合旋转推杆机构和两侧翻转推杆机构，将试件合理摆放，进入下个工位操作；

步骤29、运行传送带将试件输送至下一工位。

本实用新型测量装置结构搭建简便，成本较低；通过传送带传送试件，结合旋转推杆机构和翻转推杆机构对试件表面调整，通过相机采集试件图像对其外观尺寸测量，并结合线激光投影测量平面度，大大提高了测量效率，减少人工参与，提高测量精度与自动化水平。

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，包括支架、用于将试件运送至支架内的传送带、测量平面度使用的线激光投射器、旋转推杆机构、用于采集试件图像的相机和翻转推杆机构；所述传送带设有两条，且对称分布在支架内部两侧；所述旋转推杆机构设于两传送带之间的间隙处下方，旋转推杆机构用于托举其上方传送带上的试件或托举试件后将试件旋转一定角度；所述翻转推杆机构设有两组，两组翻转推杆机构对称设于支架两侧，且位于两传送带的外侧上方，翻转推杆机构用于摆正试件或翻转试件；所述线激光投射器和相机均安装在支架上。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，所述旋转推杆机构设有托举组件，所述托举组件设有竖直向上的托举推杆和固定安装在托举推杆顶部的水平托板；所述翻转推杆机构设有夹紧组件，所述夹紧组件设有水平安装的夹紧推杆和安装在夹紧推杆前端的竖直夹板，其竖直夹板对应位于两传送带侧边正上方。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，所述相机设有三组，其中两组相机安装在支架两侧，且位于夹紧推杆与传送带之间，第三组相机安装在支架顶部，三组相机分别用于采集试件的两侧面及顶面的图像。

4.根据权利要求2所述的一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，所述线激光投射器设有三组，其中两组竖向安装在支架后端的立柱内壁，第三组线激光投射器横向安装在支架后端的横梁内壁上。

5.根据权利要求2所述的一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，所述旋转推杆机构还设有第一旋转电机，所述托举组件通过第一安装座固定安装在第一旋转电机的输出轴前端。

6.根据权利要求2所述的一种基于视觉的混凝土试件参数测量装置，其特征在于，所述翻转推杆机构还设有第二旋转电机，所述夹紧组件通过第二安装座固定安装在第二旋转电机的输出轴前端。

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