一种基于双目散斑测量的隧道管片自动化检测装置

1.本实用新型涉及一种基于双目散斑测量的隧道管片自动化检测装置，属于轨道施工技术领域。


背景技术：

2.盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。为了能够保证盾构管片在安装时的拼接稳定性，在盾构管片生产完成后，需要对盾构管片的宽度、厚度、弧长等关键尺寸进行测量，以保证拼装时的对接质量。
3.传统隧道盾构管片检测方法一般采用游标卡尺和钢卷尺或软质测量尺等，检测效率低，检测精度低，检测结果与检测人员的熟练程度有关，检测质量难以保证，且耗费大量的人力。目前较为通用的高精度测量方式，一般使用跟踪仪、扫描仪来完成，但也需要人工操作使用。因此亟需设计一种检测装置，相对于传统的检测方法，能够对管片关键尺寸进行自动检测，同时兼顾可移动到其他场景继续使用。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种基于双目散斑测量的隧道管片自动化检测装置，其能够自动升降、自动旋转，完成对盾构管片外形轮廓的全方位扫描。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种基于双目散斑测量的隧道管片自动化检测装置，包括可移动的agv小车、升降机构以及旋转检测机构；
7.升降机构安装在agv小车上，以agv小车安装升降机构的表面为x轴和y轴构成的平面，垂直于agv小车表面的方向为z轴，建立三维坐标系，旋转检测机构安装在升降机构上，且旋转检测机构沿着z轴方向移动；
8.前述的旋转检测机构能够旋转，其旋转形成检测范围包括垂直于x轴和y轴构成的平面以及平行于x轴和y轴构成的平面；
9.作为本实用新型的进一步优选，所述的升降机构包括型材架、滑台安装板以及螺杆滑台，型材架为立柱状结构，其垂直安装在agv小车上，在型材架的一侧覆设滑台安装板，螺杆滑台安装在滑台安装板上；
10.所述螺杆滑台包括主动带轮、从动带轮、螺杆以及第一伺服电机，在滑台安装板的顶端与底端分别安装轴承座，螺杆的两端分别嵌入轴承座，且螺杆垂直于agv小车表面，螺杆顶端伸出位于滑台安装板顶端的轴承座；
11.在型材架的顶端安装从动带轮和主动带轮，从动带轮套设在螺杆伸出的顶端上，型材架的顶端还安装第一伺服电机，第一伺服电机的电机轴上套设主动带轮，主动带轮与从动带轮通过同步带连接；
12.旋转检测机构安装在螺杆上；
13.作为本实用新型的进一步优选，在agv小车表面安装转接板，转接板上竖立型材架；
14.作为本实用新型的进一步优选，所述的旋转检测机构包括滑块连接板、旋转轴、旋转连接板、上夹块、下夹块、外立板以及第二伺服电机，滑块连接板固定在螺杆上，旋转连接板的一端固定在滑块连接板上，旋转连接板的另一端固定在外立板上，且外立板与旋转连接板平行布设；
15.在外立板与旋转连接板之间安装旋转轴，旋转轴伸出外立板的一端通过联轴器与第二伺服电机的电机轴连接；
16.在旋转轴靠近旋转连接板以及外立板的两端，分别安装一组夹块组合，每组夹块组合包括上夹块和下夹块，在z轴方向上，下夹板位于上夹块的上方，且上夹块与下夹块贴合包覆在旋转轴上；
17.检测安装板底面固定在两个下夹块上，在检测安装板的表面中间位置安装投影仪，在投影仪两侧的检测安装板上分别安装检测相机工业滑轨，每个检测相机工业滑轨上滑动连接检测相机；
18.作为本实用新型的进一步优选，所述旋转检测机构还包括定位安装板和角度调整轴，角度调整轴的底端固定在检测安装板上，角度调整轴的顶端与定位安装板的中心位置连接，且定位安装板相对角度调整轴可旋转；
19.定位安装板以中心为对称点，对称安装定位相机工业滑轨，每个定位相机工业滑轨上滑动连接定位相机；
20.作为本实用新型的进一步优选，每个定位相机固定在滑块上，滑块与定位相机工业滑轨匹配，在滑块的一侧安装固定螺栓，当定位相机调整至定位相机工业滑轨指定位置时，锁紧固定螺栓，对定位相机进行定位。
21.通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
22.1、本实用新型采用的agv小车，其导航方式为激光导航，能够自创建地图，再根据自带惯性单位imu定位，依据规划路径自动运动，在对其他管片或者应用场景实施时，仅需重新建图编程即可继续使用，无需增加硬件投入，机动性强；
23.2、本实用新型提供的自动化检测装置覆盖了盾构管片宽度、厚度、弧长等关键尺寸的高精度检测，升降机构和旋转检测机构均使用了伺服电机，精度高，响应速度快，根据预设程序自动完成检测；
24.3、本实用新型提供的自动化检测装置中，两个检测相机在检测相机工业滑轨上可滑动，两个定位相机也可以在定位相机工业滑轨上滑动，检测相机通过第二伺服电机旋转形成的检测范围辐射垂直于x轴和y轴构成的平面，定位相机旋转形成的检测范围辐射平行于x轴和y轴构成的平面，完成对盾构管片全外形轮廓的扫描，操作方便，省时省力，灵活性高。
附图说明
25.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
26.图1是本实用新型提供的优选实施例的整体结构示意图；
27.图2是本实用新型提供的优选实施例中升降机构的结构示意图；
28.图3是本实用新型提供的优选实施例中旋转检测机构的结构示意图；
29.图4是本实用新型提供的旋转检测机构中旋转轴处的结构示意图；
30.图5是本实用新型提供的旋转检测机构中定位安装板处的结构示意图。
31.图中：1为升降机构，2为旋转检测机构，3为agv小车，10为转接板，11为型材架，12为螺杆滑台，13为滑台安装板，14为第一伺服电机，20为滑块连接板，21为下夹块，22为上夹块，23为定位相机，24为旋转连接板，25为定位安装板，26为角度调整轴，27为投影仪，28为外立板，29为第二伺服电机，30为检测相机，31为检测相机工业滑轨，32为检测安装板，33为旋转轴，34为联轴器。
具体实施方式
32.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。本技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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实用新型和简化描述，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
33.如背景技术中阐述的，在对隧道盾构管片检测的方法中，目前较为通用的高精度测量方式中，常常是使用跟踪仪和扫描仪完成，然后跟踪仪和扫描仪也是基于人工操作使用，并未真正意义上达到较为自动化的检测。因此本技术提供了如图1所示的一种基于双目散斑测量的隧道管片自动化检测装置，包括可移动的agv小车3、升降机构1以及旋转检测机构2；首先agv小车的设置，其基于激光导航的方式根据规划路径即可绕着盾构管片运动一周，当选定相关位置时，升降机构在高度上进行调整，旋转检测机构满足不同角度的检测，三者配合使用，即可完成对盾构管片的全方位辐射。
34.这里为了方便描述升降机构的具体结构，申请人以agv小车安装升降机构的表面为x轴和y轴构成的平面，垂直于agv小车表面的方向为z轴，建立三维坐标系，旋转检测机构安装在升降机构上，且旋转检测机构沿着z轴方向移动；旋转检测机构能够旋转，其旋转形成检测范围包括垂直于x轴和y轴构成的平面以及平行于x轴和y轴构成的平面。
35.接下来对各个机构进行具体阐述，如图2所示，升降机构安装在agv小车上，所述的升降机构包括型材架11、滑台安装板13以及螺杆滑台12，型材架为立柱状结构，其垂直安装在agv小车上，在型材架的一侧覆设滑台安装板，螺杆滑台安装在滑台安装板上；所述螺杆滑台包括主动带轮、从动带轮、螺杆以及第一伺服电机14，在滑台安装板的顶端与底端分别安装轴承座，螺杆的两端分别嵌入轴承座，且螺杆垂直于agv小车表面，螺杆顶端伸出位于滑台安装板顶端的轴承座；在型材架的顶端安装从动带轮和主动带轮，从动带轮套设在螺杆伸出的顶端上，型材架的顶端还安装第一伺服电机，第一伺服电机的电机轴上套设主动带轮，主动带轮与从动带轮通过同步带连接；旋转检测机构安装在螺杆上。启动第一伺服电机，其电机轴旋转，主动带轮通过同步带带动从动带轮运转，螺杆在从动带轮的带动下实现旋转检测机构在z轴向上的移动，即图2视图角度的上下移动。
36.本技术给出的优选实施例中，型材架作为固定支架，其材质采用铝型材，第一伺服电机作为动力，螺杆滑台作为传动介质，为了保证型材架安装在agv小车上的稳定性，在agv
小车表面安装转接板10，转接板上竖立型材架。
37.图3所示，所述的旋转检测机构包括滑块连接板20、旋转轴33、旋转连接板24、上夹块22、下夹块21、外立板28以及第二伺服电机29，滑块连接板固定在螺杆上，旋转连接板的一端固定在滑块连接板上，旋转连接板的另一端固定在外立板上，且外立板与旋转连接板平行布设；图4所示，在外立板与旋转连接板之间安装旋转轴，旋转轴伸出外立板的一端通过联轴器34与第二伺服电机的电机轴连接；在旋转轴靠近旋转连接板以及外立板的两端，分别安装一组夹块组合，每组夹块组合包括上夹块和下夹块，在z轴方向上，下夹板位于上夹块的上方，且上夹块与下夹块贴合包覆在旋转轴上，也就是说上夹块和下夹块通过抱夹的方式夹住旋转轴；检测安装板32底面固定在两个下夹块上，在检测安装板的表面中间位置安装投影仪27，在投影仪两侧的检测安装板上分别安装检测相机工业滑轨31，每个检测相机工业滑轨上滑动连接检测相机30，即检测相机在检测相机工业滑轨上的位置可以根据实际需求进行调整。启动第二伺服电机，旋转轴转动，带动检测安装板进行旋转，以图3的视图角度为例，检测安装板通过旋转轴的转动实现360度的旋转，从而使得检测相机的辐射范围同样为360度视角。前述有提到上夹块和下夹块是以抱夹的方式夹住旋转轴，此种布设方式可以保证检测安装板在旋转时的稳固性。
38.本技术还有一个较为突出的创新点，即旋转检测机构还包括定位安装板25和角度调整轴26，角度调整轴的底端固定在检测安装板上，图5所示，角度调整轴的顶端与定位安装板的中心位置连接，且定位安装板相对角度调整轴可旋转；定位安装板以中心为对称点，对称安装定位相机工业滑轨，每个定位相机工业滑轨上滑动连接定位相机23。定位相机工业滑轨的设置，同样可以满足定位相机的位置实时调节，这里需要注意一点的是，定位相机并未设计成检测相机那样通过伺服电机实现自动运转，这是因为在实际操作时，定位相机因为不确定向哪个方向拍摄使得效果更好精度更高，所以这里做成了手动旋转形式，当定位相机的拍摄角度找准后，即达到最佳拍摄角度后，定位相机就无需调整位置，因此若给定位相机设置匹配的伺服电机反而是一种浪费。
39.本技术采用的检测相机或者定位相机均是两两一组进行布置，形成双目模式，可以满足在同一个界面的较为广阔的范围测量。
40.前述提到定位安装板相对角度调整轴可以发生转动，以满足定位相机在平行于x轴和y轴构成的平面内的拍摄范围，这里要满足定位安装板发生转动的结构有多种，本技术中是在定位安装板的中心加工腰型槽的方式实现的，同样的也可以采用转动轴承的连接方式实现转动，因此这里不做赘述。
41.图5可以看出，每个定位相机固定在滑块上，滑块与定位相机工业滑轨匹配，在滑块的一侧安装固定螺栓，当定位相机调整至定位相机工业滑轨指定位置时，锁紧固定螺栓，对定位相机进行定位，当定位相机位置选定后，无需调整位置，即可满足当下的拍摄范围。
42.通过上述阐述，可知本技术在对盾构隧道管片进行自动化检测时，agv小车绕着管片行驶一周，旋转检测机构自动升降自动旋转，完成对管片的外形轮廓扫描，自动化程度高，且方便移动。
43.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意
义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
44.本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
45.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
46.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。