[发明专利]基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置与方法，主要解决当前管片错台检测中，传统人工检测方式效率低、精度低、风险大的问题。本发明涉及的检测装置包括计算机、编码器、蓄电池、多台线激光器、多台相机、多台激光测距仪；本发明涉及的管片错台检测方法，首先对管片错台量与检测装置角度、距离、相元尺寸、焦距、以及所采集图像特征点像素点之间关系进行标定，得出错台量与各参数之间函数关系式，然后利用检测装置采集图像，确定各检测装置的角度、距离、图元、焦距参数，并对检测图像提取中心条纹，确定各采集图像的特征点像素点，最后利用函数关系式计算每台线激光器检测的实际错台量，取平均作为此环的错台量。与现有技术相比，本发明针对于管片错台检测具有速度快、精度高、覆盖全等优点。

技术领域

本发明涉及一种管片错台检测装置与方法，尤其是涉及一种基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置与方法，应用于隧道工程领域。

背景技术

管片错台是指管片拼装之后，同一环相邻管片或相邻环管片之间弧面不平整、存在高差的现象，可分为环间错台和环内错台。管片拼装不规范、盾构机掘进过程姿态控制不当、管片上浮等均是造成错台的原因。错台不仅对隧道外观造成了影响，而且会导致管片开裂、隧道渗漏水、盾尾刷损坏等问题，严重影响了隧道正常运营安全，所以对隧道管片错台的检测显得尤为重要。

传统的人工检测方式效率低、风险大、精度低，随着盾构隧道的广泛修建，检测任务的剧增，已不能满足管片错台检测的要求，随着光学以及图像技术的发展，错台快速检测方法开始得到了应用。专利201010143937.6公开了一种基于结构光视觉的水泥混凝土路面错台检测装置及方法，可用于检测路面错台，其需保证结构光光条与错台接缝基本垂直，相机距地面距离固定，但主要应用在路面错台检测；专利201520345084.2公开了一种手持式地铁隧道管片错台量检测装置，通过Kinect设备、旋转关节、摄像机等实现错台检测，但需要人工手持操作，检测速度慢，单次只能检测一处错台，效率低。因此，迫切需要一种快速检测管片错台的装置与方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，设计一种基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置与方法，能快速精准检测管片错台量及相应的里程定位。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置，其特征在于，包括计算机处理系统和结构光视觉检测系统。

所述的计算机处理系统包括计算机、编码器、蓄电池，计算机用于存储和处理数据，安装在车体内部，计算机电源接口与蓄电池相连，编码器安装在车体外部车轮中心处，与车轮角速度相同，编码器外触发端口通过网线与计算机端口连接用于触发采集信号和里程定位，编码器电源接口与蓄电池相连；

所述的结构光视觉检测系统包括多台线激光器、多台相机、多台激光测距仪，每1台线激光器与1台相机、1台激光测距仪安装在一起为一结构光视觉检测组件，每台线激光器、相机、激光测距仪安装角度固定，相机与激光测距仪安装角度相同， 线激光器发射结构光检测错台，相机用于拍摄结构光检测图像，激光测距仪用于测量相机拍摄距离；

所述的线激光器安装角度为错台量计算提供线激光器的角度值；所述的相机安装角度为错台量计算提供相机角度值，相机属性信息为错台量计算提供相元尺寸和焦距值；所述的激光测距仪实时测量的车体行进过程中的拍摄距离信息为错台量计算提供距离值；所述的计算机处理系统，利用图像分割与横截面灰度质心提取检测图像的结构光中心条纹，确定错台量计算所需错台特征点之间像素点，结合检测装置提供的相元尺寸、焦距、角度值与距离值，利用函数关系式计算每台线激光器检测的错台量，取平均得出管片环最终错台量。

所述的多台线激光器布置在车体两侧与车顶，用于检测管片两侧拱腰和顶部错台，根据隧道轮廓呈环向排布，检测环间错台量时只需调整线激光器使其发射的结构光与环间错台相交，检测环内错台量时只需调整线激光器使其发射的结构光与环内错台相交，线激光器电源接口与蓄电池相连。