一种应用于塔机附着装置安装的监测装置及监测方法

1.本发明涉及焊缝识别技术领域，尤其涉及一种应用于塔机附着装置安装的监测装置及监测方法。


背景技术：

2.塔式起重机作为工业生产中必不可少的设备，具有体积大、自重大、运行速度高等特点，随着工业化的发展，越来越多的高层建筑，超高层建筑出现，在建造时，必不可少用到塔式起重机，当超过额定工作高度时，我们需给塔式起重机添加附着装置，附着装置会增加塔机使用高度，增强塔机稳定性以及提高塔机抗击运动载荷和风荷载的作用。
3.附着装置在安装后，需对其安装角度，水平倾角，判定附着装置是否安装完成和是否安全，目前对安装角度和水平倾角主要的测量方式是通过角度传感器，但是由于附着装置角度并非连续体，无法对其进行精确测量；这些方法需要消耗大量人力与时间。
4.需要一种新的，能够快速准确监测的监测方法和系统，从而提高对附着装置监测时的时效性和准确性，在保证塔机安全的前提下，提高塔机附着装置安装效率，节省人力和时间。


技术实现要素：

5.针对上述存在的问题，本发明提出了一种应用于塔机附着装置安装的监测方法及系统，该监测方法和系统可以准确有效监测附着装置。而且该监测方法和系统可以自动筛选图像信息，通过实时测距简化相机标定过程，提高监测精度。而且该系统包括无线传输单元和自动存储模块，可以大大降低人工，提高工作效率。
6.本发明提供如下技术方案：
7.一种应用于塔机附着装置安装的监测装置，包括底座、所述底座由抱箍固定于塔机基础节；所述底座上部有两条横支柱，两条所述横支柱之间安装有传动轴，所述传动轴连接动力装置，所述传动轴与所述横支柱之间安装有转动角度调节控制装置，所述转动轴上安装有转动角度指示装置；相机通过相机支座固定安装在传动轴上。
8.进一步地，所述转动角度调节控制装置包括与所述横支柱固定连接的圆盘，所述圆盘里面的0
°
、90
°
、180
°
、270
°
方向分别设置有一条向着圆盘的圆心方向的滑道，所述圆盘的圆心位置具有与所述转动轴固定连接的转动盘，所述转动盘上设置有一个凹槽；每个所述滑道里面设置有一个可在该滑道里面运动的制动塞，每个所述制动塞上套装有一个弹簧，制动塞与缓冲装置的动端固定连接，所述弹簧的一端与所述圆盘固定连接，所述弹簧的另一端与缓冲装置的动端固定连接，缓冲装置的静端固定与所述圆盘固定连接，缓冲装置的动端和静端之间设置有一对具有互相排斥力的永磁铁，所述圆盘的内侧表面具有刻度。
9.进一步地，所述转动角度指示装置为一个与所述转动轴固定连接的正六面体，其四条棱线分别与四个所述制动塞的中心轴线对齐。
10.本发明还提供一种应用于塔机附着装置安装的监测方法，包括如下步骤：
11.s1：在塔机附着装置的正上方和侧面分别安装所述的监测装置，通过调节指示装置保证相机的镜头与所拍摄的附着装置保持正对，进而保证像素坐标系与实际坐标系符合透视投影，并对塔机附着装置进行标记；
12.s2：通过激光测距仪实时测出相机的镜头与拍摄的附着杆之间距离并记录，在地面进行复刻，利用张正友标定法，保证同一距离，用相机拍标定板，获取相机的内参数、外参数以及畸变矩阵；
13.s3：通过相机获取图像，并对其进行图像预处理操作；
14.s4：对预处理之后的目标图像进行基于形态学的标记线图像分割，得到包含标记线的二值化图像；
15.s5：利用中心提取算法理论获取标记线的中心线，并通过中心线离散点，进行直线拟合，由拟合直线斜率计算塔机附着装置的水平倾角和安装角度。
16.进一步地，步骤s3所述通过相机获取图像的过程中，能够对相机的拍摄角度进行 0
°
、90
°
、180
°
、270
°
调节，调节的方法为：当转动动力装置，控制装置的转动盘一起转动，4个制动塞分别对应所需调节的角度0
°
、90
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、180
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、270
°
，当转动盘的三角形凹槽到达制动塞位置时，制动塞会通过缓冲装置上的磁铁，滑入凹槽，卡住传动轴从而固定住相机；当需要再次调节相机角度时，使用较大的扭矩力转动动力装置，转动盘在转动时，会压缩弹簧，使得制动塞脱离转动盘凹槽，实现相机拍摄角度的调节功能。
17.进一步地，s1所述对塔机附着装置进行标记，需在每根附着杆侧面上下边和上部一边标记特征线，在附着框架面向附着杆的外边标记特征线。
18.进一步地，s3所述对获取图像进行预处理，通过使用灰度重心法，将rgb彩色照片转化为单值的灰度照片；通过中值滤波和高斯滤波组合的方式减弱对黑线取值影响，排除冗余信息；
19.进一步地，s4所述对基于形态学的附着装置标记线图像分割，对于得到的灰度图像通过模糊聚类中心算法进行阈值化分割，分割出标记线轮廓，再进行二值化处理得到二值化图像。
20.进一步地，s5所述利用中心提取算法理论获取标记线的中心线，包括：
21.s5.1：采用动态阈值下的canny算子进行标记线边缘检测，并采用steger算法提取最终的标记线中心线；
22.s5.2：找出像素坐标系中标记线中心线上离散点坐标
23.(i1,j1)、(i2,j2)、(i3,j3)...(iz,jz),z》2；
24.s5.3:由离散点坐标通过下列公式进行直线拟合，获取直线方程
[0025][0026]
其中k，b为直线方程的斜率和截距；
[0027]
对(1)式求偏导：
[0028][0029]
将上式展开即可求得k，b：
[0030][0031]
其中
[0032]
所述步骤s5用拟合直线斜率计算塔机附着装置的水平倾角和安装角度，公式如下：
[0033]
j1＝k1i1+b1[0034]
j2＝k2i2+b2[0035]
其中j1、j2为在附着装置中标记线的直线方程。
[0036]
由角度公式：
[0037][0038]
获取安装角度和水平倾角，其中θ为附着装置中两条标记线之间的夹角，k1、k2为两条标记线的直线方程斜率。
[0039]
一种应用于塔机附着装置安装的监测系统，包括：
[0040]
启动单元，用于打开监测系统开关，开始附着装置监测；
[0041]
图像信息获取单元，用于对安装完成的附着装置进行拍摄，以得到目标图像；
[0042]
传输单元，通过相机拍摄图像，由无线通信传输，进行远程监测计算；
[0043]
处理单元，对所获图像进行灰度化，滤波以及二值化处理等操作；
[0044]
计算单元，计算获取附着装置安装角度和水平倾角信息；
[0045]
判断单元，用于在计算得到安装角度和水平倾角信息后，判断所测角度是否在标准范围区间内；所述判断单元还包括，对所获图像信息进行筛选，通过计算得到结果，并对结果分布进行分析，剔除错误结果，保证测量准确度。
[0046]
警报单元，如果超过额定标准系统发出警示；
[0047]
数据优化单元，通过工业相机工控机设定拍摄间隔，获取多张照片，对图像信息同时处理计算，自动判断合理图像，对结果取平均值，提高监测精度。
[0048]
有益效果：
[0049]
本发明一种应用于塔机附着装置安装的监测方法及系统，相对于传统的监测方法，它可以降低人力与时间的消耗，并保证施工人员的人身安全；对附着装置的水平倾角和安装角度可以通过画线法和图像处理，对非连续建立坐标系测量角度，大大减少了人工测量的难度。并且此系统操作简单，能实现精确快速实时监测，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0050]
下面结合附图对发明步步骤说明：
[0051]
图1为本发明适用于塔机附着装置安装的监测的整体装置示意图。
[0052]
图2为本发明适用于塔机附着装置安装的监测的传动装置拆分图。
[0053]
图3为本发明适用于塔机附着装置安装的监测的调节装置内部示意图。
[0054]
图4为本发明适用于塔机附着装置安装的监测的调节装置正视图。
[0055]
图5为本发明监测方法流程图。
[0056]
图6为测量起重机安装角度的前处理。
[0057]
图7、图8为测量起重机水平倾角的前处理。
[0058]
图9为计算安装角度示意图。
[0059]
图6中3-1为附着框架，3-3为附着杆，3-5为支座，3-2、3-4、3-6、3-7为标记线位置。
[0060]
图7中4-1、4-2、4-3、4-4为附着杆侧面标记线的位置，角度4-5为附着装置安装的水平倾角。
[0061]
图8中5-1、5-2、5-3、5-4为附着杆侧面标记线的位置，角度5-5为附着装置安装的水平倾角。
[0062]
图9中6-1、6-2、6-3为两条标记线的夹角，6-4、6-5、6-6为附着装置的安装角度。
具体实施方式
[0063]
下面结合本发明实例中的附图，对实施中的技术方案进行清晰完整地描述，所描述的实施方式仅为本发明的一部分实施方式，并非全部实施方式，基于本发明中的实施方式，本领域中有关人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0064]
一种应用于塔机附着装置安装的监测装置，如图1所示，包括底座1、调节装置2、相机3；底座1由抱箍4固定于塔机基础节；底座1上部有横支柱9，通过螺栓10与底座1连接；调节装置2、指示装置6通过传动轴5连接与横支柱9，由动力装置7控制传动轴5旋转；相机3通过底座8安装在传动轴5上。
[0065]
如图2所示，所述角度调节功能由调节装置2、指示装置6、传动轴3和动力装置 7协同完成。指示装置6、动力装置7留有六边形截面凹槽，传动轴3穿过凹槽将指示装置6、动力装置7组合；转动动力装置7改变相机拍摄角度，调节装置2具有角度刻度盘，由指示装置6通过刻度盘显示角度。
[0066]
如图3所示，调节装置2内部包括滑道2-1、弹簧2-2、缓冲装置2-3、转动盘2-4、制动塞2-5、六边形凹槽2-6。弹簧2-2、缓冲装置2-3可以带动制动塞2-5完成伸缩；转动盘2-5的凹槽与制动塞2-5相互啮合；六边形凹槽2-6与传动轴5啮合；调节装置 2表面具有刻度盘，显示相机的拍摄角度。当扭转动力装置时，弹簧2-1将被压缩，制动塞2-2滑出凹槽，转动盘2-4将可以进行自由转动，当指示装置6显示拍摄所需角度，转动盘2-4停止转动，弹簧2-1将会自动伸缩，带动制动塞2-2沿着滑道2-1进入转动盘2-4的凹槽2-7，通过传动装置固定相机位置。
[0067]
图5为本发明监测方法流程图,具体步骤如下：
[0068]
在附着装置的正上方和侧面分别安装监控装置，通过抱箍并保证镜头与所拍摄的附着装置保持正对，进而保证像素坐标系与实际坐标系符合透视投影，并对附着装置进行前处理，图6为对附着装置的安装角度进行监测的前处理，对于附着装置，需在每根附着杆上部一边标记黑色特征线，在附着框架面向附着杆的外边标记黑色特征线，对附着装置进行标记；图7，图8为对附着水平倾角进行监测的前处理，需在附着杆侧面上下都标记黑色特征线，对水平倾角的计算主要是监测附着杆的偏移角度，是否在一个平面，测量5的角度，即为所需监测水平倾角。
[0069]
通过激光测距仪实时测出镜头与拍摄的附着杆之间距离并记录，在地面进行复
刻，利用张正友标定法，保证同一距离，用摄像头拍标定板，获取摄像头内参数、外参数以及畸变矩阵，以便于提升图像质量；
[0070]
通过摄像头获取图像，并对其进行图像预处理操作，使用畸变矩阵消除畸变影响，再使用灰度重心法，将rgb彩色照片转化为单值的灰度照片；通过中值滤波和高斯滤波组合的方式减弱噪声、成像等对黑线取值影响，排除冗余信息；
[0071]
对预处理之后的目标图像进行基于形态学的标记线图像分割，对于得到的灰度图像通过模糊聚类中心算法进行阈值化分割，分割出标记线轮廓，在进行二值化处理得到包含标记线的二值化图像；
[0072]
利用中心提取算法理论获取标记线的中心线，采用动态阈值下的canny算子进行标记线边缘检测，并采用steger算法提取最终的标记线中心线，找出像素坐标系中标记线中心线上离散点坐标(i1,j1)、(i2,j2)、(i3,j3)...(iz,jz),z》2；
[0073]
由离散点坐标通过下列公式进行直线拟合，获取直线方程。
[0074][0075]
对(1)式求偏导：
[0076][0077]
将上式展开即可求得k、b：
[0078][0079]
其中
[0080]
用拟合直线斜率计算塔机附着装置的水平倾角和安装角度，公式如下：
[0081]
j1＝k1i1+b1[0082]
j2＝k2i2+b2[0083]
由角度公式：
[0084][0085]
获取图7，图8中4-5，5-5的角度θ1、θ2，以及图9中6-1、6-2、6-3的角度θ3、θ4、θ5。θ1、θ2的角度即为所需监测的塔机附着装置附着杆水平倾角。塔机附着装置附着杆的安装角度为图9中的6-4、6-5、6-6，分别为：
[0086][0087]
[0088][0089]
α1、α2、α3即为所需监测安装角度。
[0090]
所测得角度通过监测系统存储单元进行信息储存，传输给数据优化单元，通过摄像头，实时获取多张照片，对图像信息同时处理计算，自动判断合理图像，对结果取平均值，提高角度测量的精确度。对所获图像信息进行筛选，通过计算得到结果，对结果进行分析，自动剔除错误结果。
[0091]
优化处理后的结果与额定范围进行对比，超出范围，则自动发出警报。
[0092]
所述监测方法是通过本发明中的监测系统得以实行，包括启动单元，打开监测系统开关，开始附着装置监测；图像信息获取单元，摄像头安装在所述附着装置正上方和侧面，用于对所述安装完成的附着装置进行拍摄，以得到目标图像；传输单元，通过摄像头拍摄图像，通过网桥、网线、4g卡的路由器和远程操控平台组合设计的传输单元，完全实现异地无线传输，且可以远程实时监测计算；处理单元，对所获图像进行灰度化，滤波以及二值化处理等操作，完成标记线特征提取；计算单元，分析计算获取的标记线中心线，获取附着装置安装角度和水平倾角信息；判断单元，用于在计算得到安装角度和水平倾角信息后，判断所测角度是否在标准范围区间内；警报单元，如果超过额定标准系统发出警示。
[0093]
以上所述的具体实施操作方法，对本发明的技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述为本发明具体实施方式，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。