[发明专利]土石混合体试样的断层成像装置及三维数值逆向重构方法有效

专利信息
申请号: 201710551139.9 申请日: 2017-07-07
公开(公告)号: CN107315009B 公开(公告)日: 2019-10-29
发明(设计)人: 刘新荣;杜立兵;钟祖良;张明书;涂义亮;覃亮;柯炜 申请(专利权)人: 重庆大学
主分类号: G01N21/84 分类号: G01N21/84;G01B11/24
代理公司: 北京同恒源知识产权代理有限公司 11275 代理人: 赵荣之
地址: 400044 重*** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 室内 土石 混合 试样 断层 数码 成像 装置 三维 数值 逆向 方法
【权利要求书】:

1.一种土石混合体试样的断层成像装置,其特征在于,包括:

固定机构,由底座(1)、可拆卸的安装在该底座上的护筒(2)、可滑动的设置在该护筒内的承台板(3)组成,用于承载土石混合体试样(4);

打磨机构,包括打磨器(5),设置在该护筒的上方,用于对放置在该承台板上且露出于该护筒顶部的土石混合体试样实施若干次的断层打磨;

旋进机构,由与该底座固接的固定螺母(13)、与该固定螺母旋接的旋转螺杆(12)组成,用于在该打磨器对土石混合体试样实施单次的断层打磨后竖向顶升该承台板;

检测机构,由计算机(14)、与该计算机通过导线(15)分别电性连接的数码相机(16)和位移计(17)组成,所述数码相机用于采集土石混合体试样经打磨器单次断层打磨后的断层图像,安装在该护筒的上方且位于该护筒的中轴线上,所述位移计用于测量该承台板在顶升过程中的位移量,安装在该底座上,其信号发射端对准该承台板底部,所述计算机用于存储数码相机采集的断层图像及位移计测量的承台板位移量,并根据存储的断层图像和承台板位移量进行土石混合体试样的三维数值逆向重构。

2.根据权利要求1所述的土石混合体试样的断层成像装置,其特征在于,所述打磨机构还包括与该打磨器连接的吸尘器,所述吸尘器包括吸尘机(10)、罩设在打磨器上的吸尘罩、将吸尘罩与吸尘机相连接的吸尘管(9)、用于收集吸尘机内粉尘的集尘桶(11),所述吸尘罩包括防尘罩(6)、防尘膜(7)、橡皮筋(8),所述防尘罩覆盖在护筒顶部,所述防尘膜呈筒状,由柔性材料制作而成,其一端与防尘罩口部密封连接,另一端通过该橡皮筋紧固于护筒在距其顶部一定距离的筒壁外侧上。

3.根据权利要求1所述的土石混合体试样的断层成像装置,其特征在于,所述护筒具有两端开口的圆柱形结构,其顶端开口与打磨机构相连接,底端开口通过其上的沿边与底座连接,所述护筒与承台板的尺寸根据土石混合体试样的尺寸来确定,且护筒的直径比土石混合体试样的直径大1~5mm。

4.根据权利要求1所述的土石混合体试样的断层成像装置,其特征在于,所述旋转螺杆在与承台板连接的一端设有光滑的杆部,所述承台板上设有与所述杆部相配合插接的凹槽,所述杆部与凹槽过盈配合,所述杆部的顶端周向上设有倒角。

5.根据权利要求1所述的土石混合体试样的断层成像装置,其特征在于,所述底座为正六面体,其内设有用于放置固定螺母的凹坑,所述凹坑的底部开设有用于与位移计相连接的导线穿过的圆孔。

6.根据权利要求1所述的土石混合体试样的断层成像装置,其特征在于,所述旋转螺杆在远离承台板的一端设有旋转把手(18),所述旋转把手为垂直于旋转螺杆且对称布置的两个钢管。

7.一种室内土石混合体试样的三维数值逆向重构方法,其特征在于,利用如权利要求1-6任一项所述的土石混合体试样的断层成像装置,所述方法包括如下步骤:

1)、将欲成像的土石混合体试样完全干燥,并调节室内照明;

2)、根据该土石混合体试样选取合适尺寸的固定机构后,先将承台板固定在旋进机构的旋转螺杆上,再将土石混合体试样放置于该承台板中心处,接着在底座上安装护筒,然后将打磨机构与护筒形成封闭系统、将数码相机设置在护筒的上方、将位移计固定在底座上,最后将数码相机与位移计连接至计算机上;

3)、通过旋转螺杆使土石混合体试样的顶面高出护筒顶面,其高度值为3~6mm;

4)、采用计算机记录初始时刻位移计读数,并打开吸尘器,通过打磨器对土石混合体试样表面进行打磨,直至打磨到护筒顶面后取下吸尘罩并移除打磨器;

5)、采用计算机控制数码相机对土石混合体试样露出的断面进行拍照并由计算机记录存储后,旋进旋转螺杆,通过位移计读数控制承台板顶升高度,使得土石混合体试样的顶面再次高出护筒顶面且具有同上次相同的高度值;

6)、重复步骤4)、5),直至剩余土石混合体试样的高度小于该高度值时,结束对土石混合体试样的断层打磨;

7)、对每个断层的成像数据采用MATLAB编程软件进行数字图像处理,获取断层面上块石的几何形态和平面位置信息数据;

8)、根据每个断层的间距和高度,采用三维插值方法,三维数值逆向重构土石混合体试样的三维模型;

9)、根据生成的三维模型和土石混合体试样特点,采用MATLAB编写三维网格划分程序,最终直接生成可以计算的土石混合体模型。

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