CN215420409U

CN215420409U - 一种可拓展式结构表观平面扫描单元及装置

Info

Publication number: CN215420409U
Application number: CN202120724060.3U
Authority: CN
Inventors: 潘玥; 庄骁磊; 郭跃; 王达磊; 董一庆; 程天政
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2031-04-09

Abstract

本实用新型涉及一种可拓展式结构表观平面扫描单元及装置，平面扫描单元包括框式骨架、行走组件、成像组件、后台模块，其中框式骨架，其上设有快速连接原件，以此实现框式骨架的自由拓展连接，所述框式骨架包括至少一个框格；行走组件设于所述框式骨架下方；成像组件包括多个成像单元，后台模块包括设备控制单元、数据传输单元和数据处理单元。与现有技术相比，本实用新型匹配设有快速连接原件，以此实现框式骨架的自由拓展连接，以此满足对特定面积的大型结构表观平面的检查需求，能够实现定参数的标准化成像和大面积扫描，整体检查过程高效、迅速。

Description

一种可拓展式结构表观平面扫描单元及装置

技术领域

本实用新型涉及一种结构表观平面扫描设备，尤其是涉及一种可拓展式结构表观平面扫描单元及装置。

背景技术

我国的基础设施建设规模十分庞大，但随着基础设施的使用时间不断增长，其结构病害也在不断加重。若不能及时地发现并采取相应的措施抑制病害的进一步发展，将会对基础设施的安全造成极大的威胁。因此，基础设施的管理与养护有着十分重要的意义，特别是对于道路、桥梁、大坝等大型基础设施结构。

大型基础设施结构表观信息的获取对于基础设施的管理与养护有着十分重要的意义，而一般图像可以直观地获取到许多信息。因而，图像采集是结构表观信息获取的重要途经。许多基础设施结构往往表观较为宽大、平整，也便于图像的采集。

大型基础设施结构的管理与养护工作核心之一就是对不同结构构件进行病害检测和技术状况评定。目前的新兴技术包括借助无人机、爬壁机器人等进行检测。无人机检测主要依赖无人机进行图像采集，其检测效果主要取决于无人机设备，而在检测过程中无人机设备十分容易受到环境的影响。例如，存在的复杂风环境，会对无人机等飞行器定位、悬停等采集过程造成干扰。爬壁机器人的核心难点在于机器设备能够稳定吸附于基础设施结构表面。目前该种检测方法主要是采取负压方法使机器设备吸附在结构表面。但在实际检测环境中被检结构种类、性质各异，采用爬壁机器人检测也存在泛化能力差、适用范围窄、技术难度高等缺点。

目前的平面扫描图像采集装置，一类依赖于手持器械，有着采集不稳定、电气化程度弱等问题；另一类则主要依赖于导轨或者机架工作台等半自动化设备。就大型结构平面扫描装置而言，前者存在着采集图像参数未知，无法实现像素与实际物理尺寸的关系对应的问题，后者则需要预先安装辅助设备，无法大面积覆盖，且两种方法都存在精度与扫描覆盖范围无法兼得的技术困境。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可拓展式结构表观平面扫描单元及装置，能够实现定参数的标准化成像和大面积扫描。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型的第一个目的是保护一种可拓展式结构表观平面扫描单元，所述平面扫描单元包括框式骨架、行走组件、成像组件、后台模块，其中具体地：

框式骨架，其上设有快速连接原件，以此实现框式骨架的自由拓展连接，所述框式骨架包括至少一个框格；

行走组件，设于所述框式骨架下方；

成像组件，包括多个成像单元，在每个所述框格中至少设有一个所述成像单元；

后台模块，设于所述框式骨架中，包括设备控制单元、数据传输单元和数据处理单元，所述设备控制单元与所述行走组件、成像组件电连接，所述数据处理单元与所述成像组件电连接，所述数据传输单元与所述数据处理单元电连接，所述数据处理单元与外部上位机无线/有线通信连接。

进一步地，所述快速连接原件包括设于框式骨架上的螺栓-螺孔连接件、卡扣连接件、插接扣连接件中的一种或多种的组合。

进一步地，所述行走组件包括设于框式骨架底部的多个撑杆和设于撑杆末端的滚轮。

进一步地，所述行走组件上还设有计程计.

进一步地，滚轮中至少包括1个驱动轮和1个转向轮。

进一步地，所述驱动轮上传动连接有伺服电机，所述转向轮上匹配连接有舵机，所述伺服电机与舵机分别与所述设备控制单元电连接。

进一步地，所述框式骨架下表面设有测距单元，所述测距单元为红外测距仪或激光测距仪。

进一步地，所述撑杆为可伸缩杆，所述撑杆上还设有弹簧减震器。

进一步地，所述设备控制单元包括第一微处理器，所述数据传输单元包括无线信号收发器，所述数据处理单元包括第二微处理器，所述第一微处理器和第二微处理器均匹配有RAM和ROM。

本实用新型的第二个目的是保护一种大型结构表观平面扫描装置，由上所述可拓展式结构表观平面扫描单元拼接而成。

作为本技术方案的一种实施方式，所述大型结构表观平面扫描装置为“一”字型。

作为本技术方案的第二种实施方式，所述大型结构表观平面扫描装置为“十”字型。

作为本技术方案的第三种实施方式，所述大型结构表观平面扫描装置为“口”字型。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术优势：

1)本技术方案立足于大型基础设施结构表观病害检查领域，研发了一种可拓展式结构表观平面扫描单元及装置，匹配设有快速连接原件，以此实现框式骨架的自由拓展连接，以此满足对特定面积的大型结构表观平面的检查需求，能够实现定参数的标准化成像和大面积扫描。

2)本装置能够实现对大型结构表观进行标准化扫描，并对扫描结果自动进行识别与统计，可以快速准确地输出基础设施结构表观病害情况，在结构表观运动的过程中，通过成像模块不断采集表观图像，并通过第二微处理器实现图像的初步处理后发送至上位机，整体检查过程高效、迅速。

附图说明

图1为本技术方案中可拓展式结构表观平面扫描单元的结构正视示意图；

图2为本技术方案中可拓展式结构表观平面扫描单元的结构侧视示意图；

图3为本技术方案中弹簧减震器的设置结构示意图；

图4为实施例2中大型结构表观平面扫描装置的结构示意图；

图5为实施例3中大型结构表观平面扫描装置的结构示意图。

图中：1为轻质框式骨架，2为行走装置，3为阵列布置的成像装置，4为计程器，5为测距装置，6为后台模块，7、为弹簧减震器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

实用新型的第一个目的是保护一种可拓展式结构表观平面扫描单元，所述平面扫描单元包括框式骨架1、行走组件2、成像组件3、后台模块6，参见图1至图2。

框式骨架1上设有快速连接原件，以此实现框式骨架1的自由拓展连接，所述框式骨架1包括至少一个框格，快速连接原件包括设于框式骨架1上的螺栓-螺孔连接件、卡扣连接件、插接扣连接件中的一种或多种的组合。框式骨架1下表面设有测距单元5，所述测距单元为红外测距仪或激光测距仪。框式骨架1上还均匀分布有灯组，实现环境的照明和补光。

成像组件3包括多个成像单元，在每个所述框格中至少设有一个所述成像单元，成像单元的安装可分为线阵式和面阵式两种，成像单元可选为工业摄像头。

后台模块6设于框式骨架1中，包括设备控制单元、数据传输单元和数据处理单元，所述设备控制单元与所述行走组件2、成像组件3电连接，所述数据处理单元与所述成像组件3电连接，所述数据传输单元与所述数据处理单元电连接，所述数据处理单元与外部上位机无线/有线通信连接。

行走组件2设于所述框式骨架1下方。行走组件2包括设于框式骨架1底部的多个撑杆和设于撑杆末端的滚轮。行走组件2上还设有计程计4，可以实时反馈装置的行走距离。滚轮中至少包括1个驱动轮和1个转向轮。驱动轮上传动连接有伺服电机，转向轮上匹配连接有舵机，所述伺服电机与舵机分别与所述设备控制单元电连接。

撑杆为可伸缩杆，所述撑杆上还设有弹簧减震器，参见图3。

设备控制单元包括第一微处理器，数据传输单元包括无线信号收发器，所述数据处理单元包括第二微处理器，第一微处理器和第二微处理器均匹配有RAM和ROM。微处理可为ARM架构、x86架构或较简单架构的处理器种类，只要能满足本技术方案中的逻辑处理和计算过程即可。其中ROM中预存有避障算法、路径规划算法、图像拼接算法、各伺服电机/舵机控制程序，微处理器实现对伺服电机和舵机的直接指令。框式骨架1上还设有GPS模块、避障模块、无线信号收发模块，所述GPS模块、避障模块、无线信号收发模块与第一微处理器电连接。

本实施例中大型结构表观平面扫描装置，由上所述可拓展式结构表观平面扫描单元拼接而成。本实施例中拼接而成的大型结构表观平面扫描装置为“一”字型。

1)成像单元及行走轮安装完成后，对成像单元进行校正和标定(获取成像设备的内、外方参数)，对成像单元通过控制点间的实际距离与图像中对应的像素距离，换算图像中像素对应的实际物理尺寸；同时，通过ROM中的配准算法计算相邻相机间的图像拼接参数。第二微处理器对阵列成像中的每个相机均进行上述处理，形成阵列拼接的全景图像。

2)根据行进速度和计程器反馈信息，用户可计算并设置成像设备的拍照帧率，以实现平面扫描的全覆盖。

3)参数设定完毕后，即可拖动装置进行逐条带的扫描。

4)在扫描的过程中，用户可实时查看测距装置反馈的距离信号，以随时确保相机工作距离保持不变。

实施例2

本实施例中大型结构表观平面扫描装置拼接为“十”字型。

支撑框架外观形似“十”字形，包括横向与纵向。框架采用密度较小的轻型材料，框架各边框设有螺丝孔道、卡扣等连接零件。

装置工作细节如下：

1、根据检测环境，确定装置横向是否需要加长，如果需要利用框架孔道与另一个装置拼接加长。

2、启动装置，对装置的高清成像设备进行校正，并根据实际检测场景调整至合适焦距位置。

3、在上位机设定拍照参数(如分辨率、曝光时间、快门速度、拍照间隔)、驱动工作参数(如行驶速度等)。驱动工作参数的设定要保证装置的单次行进一段距离后，仍位于上一暂停时刻相机视野范围之内，即保证先后两次所采集得到的照片有一定(15％-30％)的重叠区域。

4、装置根据设定好的参数，开始运动，在运动一段时间或距离后，暂停开始图像采集。图像采集完成后，装置再次运动，运行一段时间或距离后暂停采集图像，依次循环，直至扫描结束。

5、装置采集得到图像后，上传至上位机或云端数据库，上位机可以实时查看装置采集所得的图像。

6、横向布置的图像采集设备所得的图像进行横向拼接得到横向全景图，纵向布置的图像采集设备所得的图像为上一时刻横向全景图与下一时刻横向全景图的拼接提供索引。

7、对各个时刻的横向全景图进行纵向拼接得到整个扫描条带区域的全景图。

实施例3

本实施例中大型结构表观平面扫描装置拼接为“口”字型。

2、支撑框架外观形似“口”字形。框架采用密度较小的轻型材料，框架各边框设有螺丝孔道、卡扣等连接零件。

1、根据检测环境，确定装置横向或纵向是否需要加长，如果需要利用框架孔道与另一个装置拼接加长。

3、在上位机设定拍照参数(如分辨率、曝光时间、快门速度、拍照间隔)、驱动工作参数(如行驶速度等)，驱动工作参数的设定要保证装置的单次行进一段距离后，仍位于上一暂停时刻相机视野范围之内，即保证先后两次所采集得到的照片有一定(15％-30％)的重叠区域。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，所述平面扫描单元包括：

框式骨架（1），其上设有快速连接原件，以此实现框式骨架（1）的自由拓展连接，所述框式骨架（1）包括至少一个框格；

行走组件（2），设于所述框式骨架（1）下方；

成像组件（3），包括多个成像单元，在每个所述框格中至少设有一个所述成像单元；

后台模块（6），设于所述框式骨架（1）中，包括设备控制单元、数据传输单元和数据处理单元，所述设备控制单元与所述行走组件（2）、成像组件（3）电连接，所述数据处理单元与所述成像组件（3）电连接，所述数据传输单元与所述数据处理单元电连接，所述数据处理单元与外部上位机无线/有线通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，所述快速连接原件包括设于框式骨架（1）上的螺栓-螺孔连接件、卡扣连接件、插接扣连接件中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，所述行走组件（2）包括设于框式骨架（1）底部的多个撑杆和设于撑杆末端的滚轮。

4.根据权利要求1所述的一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，滚轮中至少包括1个驱动轮和1个转向轮。

5.根据权利要求4所述的一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，所述驱动轮上传动连接有伺服电机，所述转向轮上匹配连接有舵机，所述伺服电机与舵机分别与所述设备控制单元电连接。

6.根据权利要求1所述的一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，所述框式骨架（1）下表面设有测距单元（5），所述测距单元为红外测距仪或激光测距仪。

7.根据权利要求3所述的一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，所述撑杆为可伸缩杆，所述撑杆上还设有弹簧减震器（7）。

8.根据权利要求1所述的一种可拓展式结构表观平面扫描单元，其特征在于，所述设备控制单元包括第一微处理器，所述数据传输单元包括无线信号收发器，所述数据处理单元包括第二微处理器，所述第一微处理器和第二微处理器均匹配有RAM和ROM。

9.一种可拓展式结构表观平面扫描装置，其特征在于，由权利要求1至8中任意一项所述的可拓展式结构表观平面扫描单元拼接而成。

10.根据权利要求9所述的一种可拓展式结构表观平面扫描装置，其特征在于，所述可拓展式结构表观平面扫描装置为“一”字型、“十”字型、“口”字型中的一种。