一种钢-混凝土组合件受力变形的实时检测装置及其的检测方法

文档序号:8920855阅读:237来源:国知局
一种钢-混凝土组合件受力变形的实时检测装置及其的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于压力装置对混凝土柱的动态力学试验时的实时监测与预测领域,特别 涉及一种钢-混凝土组合件受力变形的实时检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 混凝土是使用最为广泛的建筑材料,而因地震、城市建设改造产生了大量的废弃 建筑垃圾。为了提高再生资源利用和抗震性,把再生混凝土与普通混凝土混合放入型钢(例 如:圆钢、方钢)内,形成钢-再生混凝土柱这种新型装配式组合件,提高其综合力学性能。 人们采用压力装备对这种新型组合件进行静态和动态力学试验,采用压力传感器记录其变 形情况,试验直到试件发生鼓曲和裂纹,通过压力传感器检测可以得到压力与时间的函数 关系。但是很难知道鼓曲和裂纹什么时间开始发生,到什么时间的变形程度和变形的大小, 也就是压力量与时间量的函数关系无法确定。而在实际柱梁受动态力或者地震时,如果柱 产生了一个小的变形或裂纹,也能通过科学的方法测量获得时间量-变形量的关系,特别 在大地震时,如果能获得1分钟时间与柱断裂的函数关系,也可以通过科学预警,就可尽最 大能力减少不必要的人和物的损伤,这样是意义重大的。这对组合件极限受力时,变形、裂 纹实时检测技术和装置提出了很高的要求。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种钢-混凝土组合件受力变形的实时 检测装置,本发明的检测装置可实时精确得到试件受压过程中鼓曲和裂纹情况。
[0004] 本发明的另一目的在于提供一种钢-混凝土组合件受力变形的实时检测装置的 检测方法。本发明检测方法操作简单,方便实用。
[0005] 为了实现上述目的,本发明采取的方案:本发明的钢-混凝土组合件受力变形的 实时检测装置,包括机架、用于放置试件的工作台、压力装置、计算机、多个用于检测试件受 力变形所受压力的压力传感器、多个用于采集试件图像的视觉传感器,视觉传感器和压力 传感器分别与计算机连接,压力装置安装在机架上,工作台位于压力装置的下方,视觉传感 器分别与计算机连接。
[0006] 本发明的钢-混凝土组合件受力变形的实时检测装置的检测方法,包括如下步 骤: 1) 压力装置对放置在工作台上的试件加压,同时视觉传感器对试件拍摄,得到实时 的目标图像;压力传感器实时检测试件所受的瞬时压力,计算机建立压力与时间的函数关 系; 2) 计算机利用模板匹配原理将采集到实时目标图像与预设的图像库中的图像模板进 行匹配,通过实时目标图像与图像库中的图像模板的相似程度作为判断试件表面有鼓曲、 裂缝的依据,若相似度足以判断为鼓曲、裂缝,则进一步计算其鼓曲程度、裂缝长度和宽度, 得到一系列的数据点后,最终利用曲线拟合的方法得到鼓曲程度、裂缝长度和宽度与时间 的函数关系; 3)利用步骤2)得到鼓曲程度、裂缝长度和宽度与时间的函数关系和步骤1)建立的压 力与时间的函数关系,以时间作为连接变量,最终得到压力与时间和鼓曲程度、裂缝长度和 宽度的关系。
[0007] 与现有方法相比,本发明具有如下优点: (1)本发明通过利用视觉传感器实时检测钢-混凝土组合件试件在受压过程中的变化 图像,利用模板匹配原理将采集到实时目标图像与预设的图像库中的图像模板进行匹配, 通过实时目标图像与图像库中的图像模板的相似程度作为判断试件表面有鼓曲、裂缝大小 的依据,若相似度足以判断为鼓曲、裂缝,则进一步计算其鼓曲程度、裂缝大小和宽度,得到 一系列的数据点后,最终利用曲线拟合的方法得到鼓曲程度、裂缝长度和宽度与时间的函 数关系。相比于传统方法,即可以精确得到鼓曲和裂纹是什么时候产生的,并且可以精确得 出鼓曲的程度、裂纹的长度和宽度。
[0008] (2)本发明采用模板匹配原理,这种方法的优点在于匹配算法较为简单、数据处理 能力强、在图像变化微弱的情况下识别率高,这对检测精度的提高有重大意义。
[0009] (3)本发明可以实现全自动化检测和实时监控功能,与传统的钢-混凝土组合件 的检测方法相比,进一步减少人工干预的环节,节省人力物力,具有重大意义。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明实施例的检测装置使用时的主视图。
[0011] 图2是本发明实施例的视觉传感器与试件安装位置关系俯视图。
[0012]图3是本发明实施例的视觉传感器与试件安装位置关系立体图。
[0013] 图4是本发明实施例的支撑台的调节机构的传动原理图。
[0014] 图5是本发明实施例的支撑台的俯视图。
[0015] 图6是本发明实施例的检测装置网络控制图。
[0016] 图7是本发明实施例的检测装置的总工作流程图。
[0017] 图8是本发明实施例的检测装置的视觉传感器预处理流程图。
[0018]图9是本发明实施例的检测装置的视觉传感器获取鼓曲程度的流程图。
[0019]图10是本发明实施例的检测装置的视觉传感器获取裂缝长度和宽度的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明做进一步的描述,但本发明的实施方式并不限于此。在本 发明的描述中,需要理解的是,若有术语"上"、"下"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述, 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因 此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。 实施例
[0021] 本实施例的钢-混凝土组合件受力变形的实时检测装置的结构如图1至6所示, 包括机架1、用于放置试件8的工作台2、压力装置3、计算机4、多个用于检测试件8受力变 形所受压力的压力传感器5、多个用于采集试件8图像的视觉传感器6,其中,压力传感器5、 视觉传感器6分别通过网络数据线与交换机9连接,交换机9与计算机4连接。所述视觉 传感器6设置在工作台2的圆周周围,试件8位于工作台2中部,视觉传感器6能对试件8 进行拍摄,压力传感器5环形分布于试件8的侧壁,且装在试件8下方容易产生鼓曲、裂缝 的位置,一般离试件8底部约20mm的位置。
[0022] 本实施例中,视觉传感器6有三个,三个视觉传感器6均布在工作台2的圆周周 围。
[0023]上述工作台2的周围还设有多个支撑台7,支撑台7的数量与视觉传感器6的数 量一致,支撑台7包括台板71和台脚,台板71安装在台脚上,台板71能相对台脚转动,视 觉传感器6安装在支撑台7的台板71的上面,为了便于视觉传感器6的安装,视觉传感器 6与台板71之间设有插装板72,视觉传感器6与插装板72螺纹连接,插装板72与台板71 上的插装板槽配合连接,每个支撑台7上设有可使台板71水平方向转动的调节机构,本实 施例中,所述调节机构包括相互啮合的第一圆锥齿轮61和第二圆锥齿轮62、相互啮合的第 一直齿轮63和第二直齿轮64,第二圆锥齿轮62与第一直齿轮63的转轴连接,使得第二圆 锥齿轮62与第一直齿轮63同步转动,支撑台7的台板71与第二直齿轮64的转轴连接,第 二直齿轮64通过轴65传动带动支撑台7的台板71转动,从而使得视觉传感器6、插装板 72与台板71同步转动,第一圆锥齿轮61还连接有调节轮10,通过转动调节轮10带动第一 圆锥齿轮61转动,再通过齿轮传动,使视觉传感器6可以实现一定范围的转动,并且通过合 理选择齿轮传动比,可以实现视觉传感器6转动角度的微调。
[0024] 为了对试件安装工作区到保护作用,工作台2的周围设有护栏11。
[0025] 本发明的检测装置使用时,首先建立图像库和色彩模型分类库:安装在支撑台7 的视觉传感器6是在采集到需要的图像后利用色彩模型、模板匹配原理与优化决策判断理 论,先分类建立一个图像库和色彩模型分类库。色彩模型分类库包括不同颜色空间下图像 应有的参数,以便模板匹配前把图像转换特定的颜色空间上,提前选择好最佳颜色分量进 行模板匹配和裂缝、鼓曲检测。图像库包括无鼓曲、裂缝图的样本、符合正常限制标准的鼓 曲、裂缝图的模板样本,还包括不符合限制标准的鼓曲、裂缝图像的模板样本,它包括不同 宽度大小的裂缝、相同宽度的不同长度裂缝、多种鼓曲直径图像的模板,并给出危害和危险 程度分类,以便模板匹配后对比,决策判断。
[0026] 本发明的检测装置的检测方法包括如下步骤,如图7至10所示。
[0027] 步骤1 :先把钢管试件8放在工作台2中部,并在试件8侧面加刷红色的颜色标记 15,压力装置3对放置在工作台2上的试件8加压,同时视觉传感器6对试件8拍摄,得到 实时的目标图像,压力传感器5实时检测试件8所受压力,计算机4建立压力与时间的函数 关系。
[0028] 步骤2 :对步骤1得到的目标图像进行预处理:首先从预设的色彩模型分类库中选 取R颜色分量,即可明显区别出试件8和周边的物体,把实验环境周边的设备、工作台2等 颜色与红色差别较大的杂物的噪声去除。然后把图像转换为灰度图像,再进行灰度增强操 作,如增大对比度,这样就可以把裂缝或鼓曲特征充分凸显出来。此外,由于设备或环境因 素的影响,图像上常常会出现一些与图像无关的噪声,经过平滑去噪可以大大减少噪声,便 于后续的图
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