基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置及控制方法与流程

本发明涉及混凝土浇筑施工质量控制领域，特别是一种基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置及控制方法。

背景技术：

1、随着我国对交通基础设施的大力投入与建设，混凝土在高速公路、铁路上的应用日益广泛，对外观上的要求也越来越高，混凝土外观质量的评价是关乎整个工程质量评定的重要指标之一，在工程质量中占据着十分重要的地位。气泡作为混凝土表面的一种主要质量缺陷，是一种在浇筑完成后在混凝土表面上出现的小坑，主要表现为轮廓近似圆形的规则或不规则的凹坑，严重影响混凝土外观质量。目前，混凝土外观质量的检测主要采用人工检测的方法，需要凭借检测人员的主观判断，精度低且成本大，并且是在混凝土成型后才能进行检测。后继处理时，只能进行后期修饰。因此，准确的在混凝土振捣过程中进行混凝土外观实时检测，实时给出振捣补救措施，对改进混凝土的结构质量和外观品质具有十分重大的意义。中国专利文献cn111060521a记载了一种预制混凝土t梁表面气泡数量与面积的检测方法，其中提到图片灰度图转换、二值化处理、气泡轮廓识别、气泡轮廓图绘制等步骤，但是该方案对图像质量的依赖较高，如果透明模板表面出现难以避免的反光和倒影缺陷，识别精度大幅降低。cn110146511a一种清水混凝土气泡检测方法中也存在相同的问题。现有技术中还记载了一些装置，例如cn211179562u一种混凝土表面气泡检测装置，采用小车的结构对混凝土表面进行检测，cn210742138u一种混凝土表面气泡检测装置采用框架结构进行检测。上述的装置都结构较为复杂，而且使用不便。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置，能够实时检测混凝土的外观，而且结构简单、使用方便。

2、本发明所要解决的另一技术问题是提供一种采用基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，能够统计气泡的数据，并进行相应的振捣措施，在浇筑过程中即解决混凝土外观缺陷。

3、为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置，包括设置在模板上的透明模板，透明模板用于观察混凝土的外观；

4、在透明模板的一侧设有滑轨，在滑轨上设有滑动座，滑动座上与连杆的一端连接，连杆的另一端设有摄像头，摄像头朝向透明模板用于采集混凝土的图像。

5、优选的方案中，滑动座的横截面成“c”形结构，在滑动座的内侧侧壁设有多个压轮，压轮通过转轴安装在滑槽内，压轮的轮面压在滑轨的侧壁，在转轴与滑动座之间设有弹簧，以将轮面压紧在滑轨的侧壁，压下弹簧压轮的转轴在滑槽内滑动，轮面离开滑轨的侧壁。

6、优选的方案中，在座体上还设有电机，电机的输出轴与行走轮连接，行走轮的外缘设有齿，在滑轨的侧壁设有齿形带，行走轮与齿形带啮合连接。

7、优选的方案中，在滑动座内还设有控制板和电池，控制板与摄像头电连接，控制板还与电机电连接。

8、一种采用上述的基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，包括以下步骤：

9、s1、在模板中设置透明模板；

10、s2、采用摄像头采集混凝土表面的图像；

11、s3、获取混凝土范围图像；

12、s4、对图像进行二值化处理，进行阈值分割，获得气泡图像；

13、s5、对气泡图像中的气泡进行边缘检测，获得各个气泡的封闭边缘图像；

14、s6、根据气泡分布、气泡像素、气泡尺寸和气泡形态进行统计；

15、通过以上步骤实现混凝土外观实时检测。

16、优选的方案中，在步骤s4中，先对混凝土范围图像进行预处理，预处理的方式是复制该混凝土范围图像作为底层图像，对底层图像反色处理，并降低底层图像10%~40%的透明度，上层的混凝土范围图像与底层图像沿每个像素进行亮度运算：x×y/255； 其中x为原始图像当前像素亮度值；y为预处理后的底层图像当前像素亮度值。

17、优选的方案中，对于混凝土表面气泡面积占比较大的，采用具有排气功能的振捣装置进行振捣。

18、优选的方案中，对于处于水平面或接近水平面的混凝土表面位置的气泡，采用具有可调比重的振捣装置进行振捣。

19、优选的方案中，振捣装置的结构为：在筒体内设有转轴，转轴与偏心振动块连接，筒体的外壁为栅格结构，在栅格结构之外设有透气阻水包层，筒体通过排气管与抽气装置连接。

20、优选的方案中，振捣装置的结构为：在筒体内设有转轴，转轴与多个偏心振动块连接，在筒体内设有比重调节囊体，比重调节囊体与进管和排管连接，进管和排管用于给比重调节囊体填充不同比重的介质；

21、振捣装置被设置为通过输入不同比重的介质能够分别使整体的比重处于大于、等于和小于混凝土的比重。

22、本发明提供的一种基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置及控制方法，能够实时检测混凝土外观质量，而且采用沿单轨行走的结构即可完成混凝土外观图像的采集工作，结构非常简单，使用和操控非常便利，对各种不同结构的模板的适应性极高。本发明的方法中，能够克服反光和倒影对气泡识别的影响，识别准确率高，而且识别效率高。本发明采用振捣措施，能够通过辅助的排气功能，帮助混凝土排气，从而减少气泡，通过采用的比重调节功能，能够使振捣装置到达振捣不利的位置，例如t梁底部两翼上表面的位置，提高这些位置的混凝土外观质量。

技术特征：

1.一种基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置，其特征是：包括设置在模板上的透明模板（1），透明模板（1）用于观察混凝土（2）的外观；

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置，其特征是：滑动座（3）的横截面成“c”形结构，在滑动座（3）的内侧侧壁设有多个压轮（33），压轮（33）通过转轴（37）安装在滑槽（38）内，压轮（33）的轮面压在滑轨（6）的侧壁，在转轴（37）与滑动座（3）之间设有弹簧（32），以将轮面压紧在滑轨（6）的侧壁，压下弹簧（32）压轮（33）的转轴（37）在滑槽（38）内滑动，轮面离开滑轨（6）的侧壁。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置，其特征是：在座体（31）上还设有电机（39），电机（39）的输出轴与行走轮（34）连接，行走轮（34）的外缘设有齿，在滑轨（6）的侧壁设有齿形带（61），行走轮（34）与齿形带（61）啮合连接。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置，其特征是：在滑动座（3）内还设有控制板（35）和电池（36），控制板（35）与摄像头（5）电连接，控制板（35）还与电机（39）电连接。

5.一种采用权利要求1~4任一项所述的基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，其特征是包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的采用基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，其特征是：在步骤s4中，先对混凝土范围图像进行预处理，预处理的方式是复制该混凝土范围图像作为底层图像，对底层图像反色处理，并降低底层图像10%~40%的透明度，上层的混凝土范围图像与底层图像沿每个像素进行亮度运算：x×y/255； 其中x为原始图像当前像素亮度值；y为预处理后的底层图像当前像素亮度值。

7.根据权利要求5所述的采用基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，其特征是：对于混凝土表面气泡面积占比较大的，采用具有排气功能的振捣装置（7）进行振捣。

8.根据权利要求5所述的采用基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，其特征是：对于处于水平面或接近水平面的混凝土表面位置的气泡，采用具有可调比重的振捣装置进行振捣。

9.根据权利要求7所述的采用基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，其特征是：振捣装置（7）的结构为：在筒体（77）内设有转轴（74），转轴（74）与偏心振动块（75）连接，筒体（77）的外壁为栅格结构，在栅格结构之外设有透气阻水包层（78），筒体（77）通过排气管（71）与抽气装置连接。

10.根据权利要求7~9任一项所述的采用基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置的控制方法，其特征是：振捣装置（7）的结构为：在筒体（77）内设有转轴（74），转轴（74）与多个偏心振动块（75）连接，在筒体（77）内设有比重调节囊体（76），比重调节囊体（76）与进管（72）和排管（73）连接，进管（72）和排管（73）用于给比重调节囊体（76）填充不同比重的介质；

技术总结
本发明提供一种基于机器视觉的混凝土外观实时检测装置及控制方法，包括设置在模板上的透明模板，透明模板用于观察混凝土的外观；在透明模板的一侧设有滑轨，在滑轨上设有滑动座，滑动座上与连杆的一端连接，连杆的另一端设有摄像头，摄像头朝向透明模板用于采集混凝土的图像。使用时，通过透明模板获取混凝土范围图像；对图像进行二值化处理，进行阈值分割，获得气泡图像；根据气泡分布、气泡像素、气泡尺寸和气泡形态进行统计；通过以上步骤实现混凝土外观实时检测。本发明能够实时检测混凝土外观质量，能够识别气泡图像，从而便于在浇筑过程中采取相应措施弥补缺陷。

技术研发人员：李拔周,田唯,狄飞超,李阳,吴柯,汪华文,李立威,孙灿,刘修成
受保护的技术使用者：中交武汉港湾工程设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6