支撑架23上，电源25和编码器设于横轴11中，电源25分别连接编码器、工业定焦相机22、控制卡24和数据交接机26，实现供电，控制卡24分别连接编码器和工业定焦相机22，工业定焦相机22通过数据交接机26与电脑连接。
[0039]环形支撑架23在采集中心起固定各个部件的功能；工业定焦相机22主要是拍摄点阵激光器照射在隧道结构上的图像信息；编码器的功能是通过转动生成电子脉冲，并把电子脉冲传递给控制卡24 ;控制卡24内部写入有控制程序，收集编码器发出的电子脉冲并判断，如果达到了控制程序设定的判定标准，那么控制卡将向工业定焦相机发送触发脉冲信号，提供工业定焦相机22的触发信号；数据交换机26收集和传输来自工业定焦相机22采集的图像信息；电源25提供控制卡24和编码器工作电源，存储数据交换机26传递的工业定焦相机22采集的隧道图像信息。
[0040]如图2所示，本实施例中，工业定焦相机22设有4个，沿环形支撑架23的环形边缘依次排列设置。工业定焦相机22在环形支撑架23的环向分布必须是固定，工业定焦相机22的固定位置是为了能够准确定位工业定焦相机22拍摄的隧道内图像信息的环向角度。点阵激光结构光源21为点阵激光器，设有1个。
[0041]横轴11上设有用于放置电源25和编码器的凹槽18，电源25的电源线及编码器的信号线布置于凹槽18内和立柱13内，编码器是放置在横轴11的端部，同时与横轴11上的踏面车轮16是无差动连接，随横轴11的踏面车轮16转动。
[0042]立柱13采用插槽方式与横轴11连接，环形支撑架23采用插槽方式与操作平台14平台连接。横轴11插槽内设置有插头，立柱13两端设置有插头，环形支撑架23底部设置有插头。立柱13内部设置有导线连接两端插头，横轴11、立柱13和环形支撑架23插头均含有连接电源25的电源线插孔和连接编码器5的信号线插孔。横轴11与立柱13通过插槽连接时连通电源25和编码器。操作平台14与环形支撑架23通过插槽连接时连通电源25和编码器。
[0043]本实施例中，上述装置中各部件的尺寸如下:横轴长度1460mm，断面形状为宽146 X高150mm，一端安装带轴踏面车轮；纵轴长度600mm，断面形状为宽146 X高150mm，两端安装带轴踏面车轮，轮中心距为450mm ;立柱高度立柱高815mm，断面形状为140X 140mm正方形，立柱两端分别设置有插头滑槽长度为50mm，而且在相对面滑槽分别为单双分布；环形支撑架外径400mm。
[0044]本装置的工作原理是:轨道行走机构1沿地铁轨道前进时，控制卡24根据编码器的电子脉冲激活工业定焦相机22，工业定焦相机22采集地铁轨道在点阵激光结构光源21下的成像数据，数据交接机26将所采集的成像数据传输给电脑，电脑获取并处理成像数据获得地铁隧道结构断面的变形。
[0045]处理成像数据获得地铁隧道结构断面的变形时，通过以下方式实现坐标转换:根据点阵激光结构光源21和工业定焦相机22构建地铁隧道结构断面变形的局部三维坐标系，同时根据轨道行走机构1及其上的关联坐标标记15构建关联坐标系，通过关联坐标系将局部三维坐标系中的点转换至全局三维坐标系，在全局三维坐标系下实现地铁隧道结构断面的变形检测。具体坐标转换的逻辑关系如图4所示:
[0046]0为地铁隧道中全局坐标系(通常是大地坐标系)的点，G1为固定于横轴11踏面轮端的坐标关联标识，G2、G3为固定于纵轴12踏面轮两端的坐标关联标识，01为以工业定焦相机22和点阵激光结构光源构成的局部三维坐标系的虚拟原点。0为已知的坐标点。G1G2、G2G3和G1G32之间的长度关系和空间关系在装置制作完成为即为已知，而且通过G1、G2、G3构成的三条线在同一平面。通过量测0G1、0G2、0G3之间的长度和夹角关系即可确定G1、G2和G3的空间坐标。从全局坐标点0到G1、G2和G3的空间坐标之间的换算关系仅与0G1、0G2、0G3之间的长度和夹角有关，可形成固定的换算关系。01为局部三维坐标系的虚拟原点，通过标定01、G1、G2和G3的之间关系，就能够得出固定的坐标转换关系。因此，在每次采用该装置进行隧道结构断面变形量测前，选取地铁隧道中已知全局坐标系(通常是大地坐标系)的点0，量取0G1、0G2、0G3之间的长度和夹角关系即可知道G1、G2和G3的空间坐标，从而可得知01以及以01为局部坐标原点的隧道结构的全局空间坐标。
[0047]本发明目前针对的是解决地铁隧道结构断面变形的快速检测问题。通过发明人对该装置及其工作原理的系统研究，不但能够实现快速检测的功能，同时还解决了连续检测时不同断面数据关联，以及向全局坐标系(通常是大地坐标系)坐标转换的问题。实际上，本发明装置及其背后的基本思路也可用于其他领域的检测工作及其装置研发中。
[0048]因此，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对该装置做出各种修改，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，本发明不限于这里的说明例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种地铁隧道结构断面变形快速检测装置，包括: 轨道行走机构(1)，设置于地铁轨道上， 采集中心(2)，设置于轨道行走机构(1)上； 其特征在于， 所述轨道行走机构(1)为T字型行走平台，包括横轴(11)、纵轴(12)和立柱(13)，所述横轴(11)与纵轴(12)连接形成T字型平台，该T字型平台底部设有踏面车轮(16)，所述立柱(13) —端与横轴(11)垂直连接，另一端上用于设置采集中心⑵的操作平台(14)， 所述采集中心(2)包括点阵激光结构光源(21)、工业定焦相机(22)和电脑，所述电脑与工业定焦相机(22)连接； 所述轨道行走机构(1)沿地铁轨道前进时，工业定焦相机(22)采集地铁轨道在点阵激光结构光源(21)下的成像数据传输给电脑，电脑接收并处理成像数据获得地铁隧道结构断面的变形。2.根据权利要求1所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述横轴(11)与纵轴(12)通过滑槽相连接形成T字型平台，且横轴(11)与纵轴(12)的上表面位于同一平面上。3.根据权利要求1所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述T字型平台的三个端部上表面分别设有用于建立关联坐标平面的关联坐标标记(15)。4.根据权利要求1所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述点阵激光结构光源(21)为点阵激光器。5.根据权利要求3所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，处理成像数据获得地铁隧道结构断面的变形时，通过以下方式实现坐标转换: 根据点阵激光结构光源(21)和工业定焦相机(22)构建地铁隧道结构断面变形的局部三维坐标系，同时根据轨道行走机构(1)及其上的关联坐标标记(15)构建关联坐标系，通过关联坐标系将局部三维坐标系中的点转换至全局三维坐标系，在全局三维坐标系下实现地铁隧道结构断面的变形检测。6.根据权利要求1所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述采集中心(2)还包括环形支撑架(23)、控制卡(24)、电源(25)、数据交接机(26)和编码器，所述环形支撑架(23)设于操作平台(14)上，所述点阵激光结构光源(21)、工业定焦相机(22)和控制卡(24)固定于环形支撑架(23)上，所述电源(25)和编码器设于横轴(11)中，所述电源(25)分别连接编码器、工业定焦相机(22)、控制卡(24)和数据交接机(26)，所述控制卡(24)分别连接编码器和工业定焦相机(22)，所述工业定焦相机(22)通过数据交接机(26)与电脑连接； 控制卡(24)根据编码器的电子脉冲激活工业定焦相机(22)，工业定焦相机(22)采集地铁轨道在点阵激光结构光源(21)下的成像数据，数据交接机(26)将所采集的成像数据传输给电脑。7.根据权利要求6所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述工业定焦相机(22)设有多个，沿环形支撑架(23)的环形边缘依次排列设置，所述工业定焦相机(22)的固定位置与工业定焦相机(22)拍摄的隧道内图像信息的环向角度相对应。8.根据权利要求6所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述横轴(11)上设有用于放置电源(25)和编码器的凹槽(18)，所述电源(25)的电源线及编码器的信号线隐蔽布置于凹槽(18)内和立柱(13)内。9.根据权利要求6所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述立柱(13)采用插槽方式与横轴(11)连接，所述环形支撑架(23)采用插槽方式与操作平台(14)连接。10.根据权利要求1所述的地铁隧道结构断面变形快速检测装置，其特征在于，所述横轴(11)上设有推行手柄(17)。
【专利摘要】本发明涉及一种地铁隧道结构断面变形快速检测装置，包括：轨道行走机构(1)，设置于地铁轨道上，采集中心(2)，设置于轨道行走机构(1)上；所述轨道行走机构(1)为T字型行走平台，包括横轴(11)、纵轴(12)和立柱(13)，所述横轴(11)与纵轴(12)连接形成T字型平台，该T字型平台底部设有踏面车轮(16)，所述立柱(13)一端横轴(11)垂直连接，另一端上用于设置采集中心(2)的操作平台(14)，所述采集中心(2)包括点阵激光结构光源(21)、工业定焦相机(22)和电脑，所述电脑与工业定焦相机(22)连接。与现有技术相比，本发明能够有效克服断面变形检测结果数据之间彼此参照、因为运动造成检测数据不稳定的问题。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN105423940
【申请号】CN201510992813
【发明人】袁勇, 艾青, 甘鹏山
【申请人】同济大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月25日