一种同时采集衬砌图像和三维空间信息的隧道检测设备的制作方法

[0001]
本发明属于隧道工程信息化技术领域，具体涉及一种同时采集衬砌图像和三维空间信息的隧道检测设备。


背景技术：

[0002]
随着高速铁路的总里程的增加，我国的既有隧道的数量也在逐渐增多。目前我国主流的既有隧道的检测方法，还是以人工检测为主流。但是往往由于隧道每天只能空出一到两小时的检测时间，并且人工成本高，在没有专业设备的辅助的情况下，工人很难快速的精确获得隧道病害的信息。
[0003]
现有技术中也有隧道检测专用设备，专利cn209051374u是由弧型支架以及多个工业相机组成，通过弧型支架以求能与隧道内壁正对保证相机获取清晰的图像。实现了在对隧道内壁进行检测之前，操作人员可以通过安装部调整工业相机在本体的第一弧形段上的位置，以及调整工业相机在安装部上的俯仰位置，待工业相机的镜头调整到位后，可以通过锁止部将安装部的位置固定，以及将工业相机的位置固定，从而实现了在对隧道内壁进行检测时，相机支架上的所有工业相机的视角可以完全覆盖半幅隧道，且相邻两台工业相机的视野有部分交叠，从而使得工业相机能够拍取到清晰的图像信息。
[0004]
但其技术仍存在问题，设备庞大，不易移动，成本高，并且对于不同断面类型的隧道适应能力弱，检测的隧道类型较为单一。并且采集到的数据类型也较为单一，仅能检测隧道裂缝。


技术实现要素：

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本发明的目的在于提供一种同时采集衬砌图像和三维空间信息的隧道检测设备，结合相机、热成像仪、激光雷达等模块，快速、全面、高精度的采集既有隧道状况，以解决当前技术存在的上述问题。
[0006]
为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种同时采集衬砌图像和三维空间信息的隧道检测设备，包括移动组件、转轴、多个直线驱动器、多个数据采集组件、带动转轴升降的升降驱动装置，升降驱动装置位于移动组件上；多个数据采集组件呈螺旋状排布；各直线驱动器分别固定在转轴与各数据采集组件之间，以驱动各数据采集组件沿转轴径向伸缩；每个数据采集组件包括固定于直线驱动器的采集座，采集座上固定有热成像仪、激光雷达和工业相机。
[0007]
作为进一步可选方案，还包括光源组件。
[0008]
作为进一步可选方案，所述光源组件包括固定于转轴、且与各数据采集组件对应的多个扇形盘，扇形盘的外圆面排布有多个照明灯；各扇形盘的扇形开口分别对应在各数据采集组件外。
[0009]
作为进一步可选方案，所述升降驱动装置包括两个分别位于转轴两端的伸缩组件；每个伸缩组件均包括两个直线驱动元件，两直线驱动元件呈夹角设置，且一端与转轴铰
接，另一端与移动组件铰接。
[0010]
作为进一步可选方案，还包括安装于转轴的惯性导航单元，用于获取设备位置和数据采集组件旋转姿态参数。
[0011]
作为进一步可选方案，相邻两所述数据采集组件间的圆周夹角相等。
[0012]
作为进一步可选方案，多个所述数据采集组件所占的圆周不少于2/3个圆周。
[0013]
作为进一步可选方案，所述直线驱动器为伸缩杆。
[0014]
作为进一步可选方案，所述移动组件包括底座，底座的底部安装有行走轮。
[0015]
本发明的有益效果是：
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1、对于不同隧道断面类型的既有隧道具有较高的适应性。通过直线驱动式结构，并且在数据采集组件集成了激光雷达，可以准确测量采集组件到隧道衬砌的距离，以便于调整伸缩距离，适应不同隧道断面类型。
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2、本发明采集到的数据类型多样。不仅有相机拍照得到的衬砌图片，还有包括热成像仪生成的热成像图片以及激光雷达生成的点云数据，通过设备的相对位置关系，能够将所有数据结合在一起进行分析。
[0018]
3、本发明分析出的成果多样。除了检测裂缝，本发明还配备了热成像仪可来识别渗漏水，以及激光雷达来检测隧道净空。
[0019]
4、本发明采用升降装置和直线驱动伸缩结构，所以将数据采集组件等缩回后很容易移动。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1是本发明实施例提供的同时采集衬砌图像和三维空间信息的隧道检测设备的结构示意图，数据采集组件为伸出状态；
[0022]
图2是图1所示隧道检测设备的主视图；
[0023]
图3是图2的侧视图；
[0024]
图4是图2的俯视图；
[0025]
附图标记：1-移动组件；2-转轴；3-直线驱动器；4-直线驱动元件；5-采集座；6-热成像仪；7-激光雷达；8-工业相机；9-扇形盘；10-照明灯。
具体实施方式
[0026]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。
[0027]
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学
术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0028]
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
[0029]
图1至图4示出了本发明提供的同时采集衬砌图像和三维空间信息的隧道检测设备，包括移动组件1、转轴2、多个直线驱动器3、多个数据采集组件、带动转轴2升降的升降驱动装置，升降驱动装置位于移动组件1上；多个数据采集组件呈螺旋状排布；各直线驱动器3分别固定在转轴2与各数据采集组件之间，以驱动各数据采集组件沿转轴2径向伸缩；每个数据采集组件包括固定于直线驱动器3的采集座5，采集座5上固定有热成像仪6、激光雷达7和工业相机8。
[0030]
热成像仪6、激光雷达7和工业相机8集成在一起组成数据采集模块，并且经直线驱动器3与转轴2相连，控制数据采集模块的伸缩。激光雷达7可位于热成像仪6和工业相机8之间。通过控制数据采集组件旋转以达到适应隧道断面大小采集数据的目的。转轴2连接驱动其转动的如电机等的驱动器件。
[0031]
本设备还包括光源组件，用于采集数据时的照明，跟随设备移动，不需另外设置照明。光源组件可采用照明灯，将照明灯安装在设备上。本实施例中的光源组件包括固定于转轴2、且与各数据采集组件对应的多个扇形盘9，扇形盘 9的外圆面排布有多个照明灯10；各扇形盘9的扇形开口分别对应在各数据采集组件外，照明灯10集成在扇形盘9上，和数据采集组件一同随转轴2转动，利于数据采集，使光源更加均匀。
[0032]
直线驱动器3为伸缩杆，具体可采用电动推杆，伸缩调整方便快捷。升降驱动装置包括两个分别位于转轴2两端的伸缩组件；每个伸缩组件均包括两个直线驱动元件4，两直线驱动元件4呈夹角设置，且一端与转轴2铰接，另一端与移动组件1铰接。直线驱动元件4也可为伸缩杆，具体可采用电动推杆，通过调整四根杆的长短以调整转轴2的位置。
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本设备还包括安装于转轴2的惯性导航单元，用于获取设备位置和数据采集组件旋转姿态参数，以解决设备的定位以及姿态参数问题，图中未示出，可直接购买。移动组件1包括底座，底座的底部安装有行走轮。也可替换成铁路用的轨道车、手推车以及汽车等。
[0034]
相邻两所述数据采集组件间的圆周夹角相等，均匀且利于相邻数据采集组件的采集衔接。多个数据采集组件所占的圆周不少于2/3个圆周，保障隧道信息采集的适宜有效面积。
[0035]
进入隧道前，对于双线隧道可以通过升降驱动装置提前调整上部设备的姿态。通过移动组件1使设备行驶入隧道。进入隧道后转轴2开始旋转，通过激光雷达7开始测量各方向其距离隧道衬砌的距离。据此，直线驱动器3开始伸缩以适应隧道的断面大小，然后照明灯的电源启动，热成像仪6、激光雷达7 和工业相机8开始正式采集数据。
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本检测设备结合激光雷达7以及工业相机8，能够快速的进行隧道衬砌以及净空检测，通过惯性导航单元来确定检测设备的位置以及姿态参数。本设备的应用可以解决人工检测速度慢的问题，同时又结合了工业相机8拍摄裂缝的精度高以及激光扫描仪测量净空的精度高的优点，对于既有隧道的检测具有重要意义。
[0037]
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。