半自动多角度拍摄式隧道内壁病害检测实验小车的制作方法

本实用新型属于隧道施工及维护的检测设备，尤其是用于隧道施工的检测和隧道建成后内壁的维护阶段病害的检测设备。

背景技术：

目前我国正在大力发展交通事业，由于山地众多、丘陵起伏，在修建公路、铁路等过程中常常需要考虑修建隧道。山岭隧道通常采用复合式衬砌结构，初期支护一般由钢架、钢筋网、喷混凝土、锚杆中的一种或数种组合而成。当需要检测隧道内壁病害情况时，由于多为人工操作，往往需要耗费大量时间。

人工在检测隧道病害的时候，容易出现的问题主要有：

一、工作环境几乎是一片黑暗，检测人员只能通过手电筒等照明设备进行排查，而长时间的工作容易引起眼睛疲劳，这样就很容易造成漏查和误查。

二、单位时间、单位面积需要更多的检测人数和单位人均工作量，工作效率不高。

三、安全隐患大。有时隧道内的检测是在列车通车情况下进行的，对检测人员的安全构成威胁。

四、对于隧道拱顶这样距离地面较高的地方不容易用肉眼仔细观察的地方，人工检测就显得心有余而力不足。

五、隧道内壁病害的标注主要靠人力在隧道发现时即时在图纸上素描完成，容易产生误差，而且不同时间检测结果难以进行比对分析和发现病害的发展情况。由以上分析可知，目前还没有一种很好的解决办法。为此，提出了

一种“多角度隧道内壁检测小车”的方案(以下简称“检测小车”)。

技术实现要素：

鉴于现有技术的以上不足，本实用新型旨在尽量减少隧道内壁病害检测的人工工作量，也为了减少大、长隧道检测给检测人员可能造成的安全隐患；并且在可能的技术条件下实现隧道内检测全自动化，缩短工作时间，提高效益。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种半自动多角度拍摄式隧道内壁病害检测实验小车，目前用于隧道模型内壁的拍摄检测取样。承载板面置于自驱动移动平台上，承载板面立有拍摄支架；拍摄支架具有立杆，分度板通过联接框套置在立杆上且可沿其上下滑动；分度板按间隔45度(可根据实际需要调节)中心角设置有销孔；拍摄云台通过其上的中心短轴插入分度板的中孔内实现拍摄云台与分度板的联接，拍摄云台上设置有与销孔用于与分度板的中孔销接。

进一步地，所述拍摄支架上设置有卡定分度板的高度卡接机构。

进一步地，所述自驱动移动平台可采用线控方式完成在轨道上的驱动移动。自驱动移动平台包括电池、一个可控式主动轮和三个从动轮；从动轮转轴上设置有角编码器。

采用本实用新型半自动多角度拍摄式隧道内壁病害检测小车，将摄制设备 (比如线扫描设备)固定在拍摄云台上，通过高度卡接机构调节拍摄云台的高度，拍摄支架上设置有卡定分度板的高度卡接机构，在本实施例中是通过孔和孔的配合销接构成高度卡接机构。通过分度板选择不同的中心角设定不同的拍摄视角，用长螺栓穿过分度板上关于圆心对称的两个孔固定相机的卡槽，达到“多角度”拍摄的目的。操纵自驱动移动平台沿检测轨道巡走，可便利、清晰地获得隧道衬砌图像，以便后期合成完整的隧道衬砌图，自动识别和分析隧道衬砌裂纹，线扫描相机所获得的图像信息通过一条网线传输到计算机，从而实现图像的实时传输，由此获得实现隧道内检测全自动化，大大减少隧道内壁病害检测的工作强度，减少大、长隧道检测给检测人员可能造成的安全隐患，缩短了工作时间，提高了效益。

实际拍摄可以45°(可根据实际需要采用多种不同设定)为一个基本转角，多角度对隧道内部空间进行拍摄，以达到全内壁都能拍摄的目的。自驱动移动平台采用常规的电机驱动轮系机构予以实现，动力考虑1号电池电源，采用无线遥控器控制小车的前进和后退即可。

由此产生的优点和积极效果有：

(1)半自动化的操作方式，使隧道内壁病害检测更容易。

(2)使用高频率相机多角度对隧道内部拍摄并记录拍摄结果，利于反复核实和校对病害，也能够对隧道内部进行完整地检测。

(3)节约检测时间，提高工作效率。

(4)可以结合图像采集角度、方向等，通过后期图像校正，实现对病害的精确定位。

附图说明

图1是本实用新型检测小车的立体图。

图2为拍摄支架组合的结构图。

图3为拍摄云台结构图。

图4为分度板结构图。

图5为图4分度板另一面视图。

图6为拍摄支架立杆的零件图。

图7为拍摄支架联接构件图。

具体实施方式

实施例一

结合图1和图2可看出，半自动多角度拍摄式隧道内壁病害检测实验小车，目前用于隧道模型内壁的拍摄检测取样。承载板面200置于自驱动移动平台 100上，承载板面200立有拍摄支架；拍摄支架具有立杆310，分度板320通过联接框321套置在立杆310上且可沿其上下滑动；分度板320按间隔45度中心角设置有销孔322。结合图3、图4和图5可看出，拍摄云台330通过其上的中心短轴331插入分度板的中孔323内实现拍摄云台与分度板的联接。分度板320上有8个等分360°角的孔，用长螺栓穿过嵌套板上关于圆心对称的孔 332固定相机的卡槽，并且可以手动控制相机以45°为一个基本转角，多角度对隧道内部空间进行拍摄，以达到全内壁都能拍摄的目的。图7可以看出联接构件340的结构，立杆310通过联接构件340立于承载板面200上。联接构件上有间隔40mm的螺栓孔，可以通过手动调整来控制线扫描相机500的竖直距离，以达到稳定支撑，清晰拍摄的目的。所搭载的相机500为线扫描相机，线扫描相机具有一般相机的结构，并且具有动态范围大、分辨率高、速度快、成本低的独特优点，通过线扫描相机可以得到一幅完整、无限延伸的数码图像，以满足大视场高精度的要求，后期经过算法合成可得到一幅完整的隧道衬砌表面展开图。

自驱动移动平台100为带角编码器自驱动移动平台，包括电池、一个可控式主动轮和三个从动轮，其从动轮转轴上设置有角编码器。在本实施例中角编码器的具体设置方法是将编码器与小车未安装电机的车轮同轴连接，电机转动驱动小车前进，带动安装角编码器的车轮转动，此时角编码器也将同步旋转，编码器旋转的同时会产生脉冲信号，编码器输出端与相机背面的GPIO接口相连，触发相机工作。

整个系统的工作原理是：检测小车通过电机驱动，在轨道上前行，带动与角编码器绑定的未受电机驱动的车轮转动，也将带动角编码器的旋转。角编码器每旋转一定角度，将产生一个信号脉冲。由于角编码器是与线扫描相机相连的，信号脉冲将触发线扫描相机采集单像素宽线扫描图像，该图像将传输到计算机图像输出设备端。在计算机终端，将连续脉冲触发采集的单像素宽线扫描图像合并在一起，即形成一副线扫描二维图像。在隧道模型中，连续采集的线扫描图像将合并形成完成的、能体现整条隧道长度的线扫描病害检测图像。

在图像采集过程中获得的线扫描图像，其横向分辨率由相机自身决定，要想得到用于图像处理二维图像，相机与隧道衬砌表面需要发生相对运动，因此将高分辨率的线扫描相机安装在检测小车上，由小车带其运动。线扫描相机中相机运行速度与相机拍照频率同步是很重要的，使用旋转编码器来解决此问题，编码器随车轮同轴安装，跟小车一起运动运动过程中编码器会不断产生脉冲信号，将此脉冲信号传输给相机用于相机曝光控制，这样就实现了相机速度与采集频率的同步。通过一根网线将相机输出信号传输到计算机内存或显存，使计算机能对相机拍摄到的现场图像进行实时处理、存储和显示。后期经过数字图像的处理和图像校正，生成正射影图像，并将其进行匹配和拼接，从而得到一幅完整的隧道衬砌图，通过不同的算法可以识别隧道内壁的裂纹及其他病害。