一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪及粗糙度计算方法

本发明涉及土木工程，特别地是一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪及粗糙度计算方法。

背景技术：

1、研究表明，结合面的粗糙度对于混凝土的界面性能起着至关重要的作用。欧洲规范将结合面的粗糙度作为判定结构抗剪强度的一个重要参数，我国现行规范也对不同构件结合面的粗糙度提出了相应的设计和施工要求。因此，有必要对混凝土结合面的粗糙度做出评价，以便为其今后的维修、加固和使用打好基础。

2、目前，对于如何量化评价“粗糙度”这一指标，有学者提出了不同的计算指标，同时也有学者提出了多种测量方法。不仅适用于混凝土构件粗糙度的测量，也适用于各种构件和材料的表面粗糙度测量。根据测量的时候是否与表面接触，可分为接触式测量和非接触式测量两大类，接触式测量主要是采用探针，堆砂等方法进行测量，容易对表面造成损坏。非接触式的方法主要采用光学、声学的方式进行测量，其中光学的方法应用更加广泛，方法更加多种多样，有散射法、干涉法、光切法、激光测距法和机器视觉法等多种方法，涉及到的处理方式存在精度低、成本高、过程略显繁琐等缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有的预制混凝土粗糙度测量存在精度低，成本高，过程繁琐等缺点，提供一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪及粗糙度计算方法，不仅可用于测量混凝土构件粗糙度，也可以测量其他材料和构件的粗糙度，操作简单，适用性强，测量精度高，成本较低，容易实现量化生产。

2、本发明通过以下技术方案实现的：

3、一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪，包括激光器、相机、外壳和测距轮；所述激光器与所述相机被所述外壳盖住；所述激光器可拆卸安装于所述外壳顶部；所述相机可拆卸安装于所述外壳侧面；所述测距轮固定在所述外壳底部；所述激光器与所述相机按预设角度布置，且所述激光器与所述相机之间保持0°-90°的夹角；所述激光器用于产生一字型线激光；所述相机带有存储器，能够将拍摄得到的照片储存起来，再导入电脑利用算法进行粗糙度计算；所述测距轮用于在混凝土表面上移动，以及通过传感器控制拍摄，测距轮每滚动一周，相机进行一次拍摄。

4、进一步地，所述外壳采用不透光的材料，其长度、宽度和高度控制在1-100cm。

5、进一步地，所述测距轮设置一个以上，所述测距轮移动的速度大于0mm/s。

6、进一步地，一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量方法，包括以下步骤：

7、步骤s1，准备一个待测的混凝土构件；

8、步骤s2，对被测的混凝土粗糙面进行预处理，使其干燥，不反光；

9、步骤s3，在混凝土粗糙面上放上两条平行的垫板，使其走向和测距轮走向一致；

10、步骤s4，将测距轮放在垫板上；

11、步骤s5，打开激光器，使其在被测的粗糙面上形成一条明亮的激光线；

12、步骤s6，通过推动仪器的外壳使其前进，在垫板上滚动，通过传感器控制拍摄，测距轮每滚动一周，相机进行一次拍摄，通过拍摄即可得到一条反映轮廓线的激光线；

13、步骤s7，由换算原理图，设定a点为相机点，b点为激光线的点，c点为轮廓线基点，d点为实际的波峰，e点为实际的波谷，f点为拍摄得到的波峰，g点为拍摄得到的波谷；由于拍摄得到的波峰波谷的范围是fg，需要利用三角函数换算实际的波峰波谷范围de，由于fg远小于ac，可以近似认为∠dfc和∠cge为直角，即cf＝cd*cosθ,ce＝cg*cosθ，即可以将拍摄得到的激光线换算成实际的轮廓线形状，通过等比例缩放可以得到实际尺寸的粗糙面轮廓线；

14、步骤s8，通过具体的matlab算法对轮廓线数据进行计算，计算得到粗糙度；

15、步骤s9，等间距换一个位置滚动测距轮，对粗糙面进行新一轮的取样；

16、步骤s10，计算多段轮廓线的粗糙度，通过计算平均值得到粗糙面的粗糙度。

17、进一步地，所述步骤s8中，将拍摄得到的照片通过matlab图像识别转化为坐标轴上的点，x轴为曲线沿着的方向，y轴为曲线起伏的方向；计算曲线的粗糙度采用ccd指标，将曲线划分为平缓段和非平缓段，最终的ccd指标由平缓段和非平缓段两部分组成计算公式如下：

18、

19、yzc——正常的峰谷值

20、yd——过大的峰谷值

21、——以纵坐标均值加减两倍协方差为界限，将曲线y2的值划分为正常的y2和过大或过小的y2，除去过大或过小的y2的y的绝对值

22、m——正常峰谷值数目

23、n——过大和过小峰谷值数目

24、

25、

26、w——波峰的宽度

27、k1——正常段比总长度的比值

28、k2——平缓段比总长度的比值

29、phk——第g个平缓段的平均y值到的距离

30、cdk——第g个平缓段的长度

31、h——平缓段的数量。

32、本发明的有益效果：

33、本发明提供的一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪及粗糙度计算方法，不仅可用于测量混凝土构件粗糙度，也可以测量其他材料和构件的粗糙度，适用于工程现场快速检测粗糙度，可以用于不同角度的混凝土结合面的粗糙度测试，不限于水平面，操作简单，适用性强，测量精度高，成本较低，容易实现量化生产。

技术特征：

1.一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪，其特征在于：包括激光器、相机、外壳和测距轮；所述激光器与所述相机被所述外壳盖住；所述激光器可拆卸安装于所述外壳顶部；所述相机可拆卸安装于所述外壳侧面；所述测距轮固定在所述外壳底部；所述激光器与所述相机按预设角度布置，且所述激光器与所述相机之间保持0°-90°的夹角；所述激光器用于产生一字型线激光；所述相机带有存储器，能够将拍摄得到的照片储存起来，再导入电脑利用算法进行粗糙度计算；所述测距轮用于在混凝土表面上移动，以及通过传感器控制拍摄，测距轮每滚动一周，相机进行一次拍摄。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪，其特征在于：所述外壳采用不透光的材料，其长度、宽度和高度控制在1-100cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪，其特征在于：所述测距轮设置一个以上，所述测距轮移动的速度大于0mm/s。

4.一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量方法，其特征在于：所述步骤s8中，将拍摄得到的照片通过matlab图像识别转化为坐标轴上的点，x轴为曲线沿着的方向，y轴为曲线起伏的方向；计算曲线的粗糙度采用ccd指标，将曲线划分为平缓段和非平缓段，最终的ccd指标由平缓段和非平缓段两部分组成计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种基于激光和倾斜摄影的表面粗糙度测量仪及粗糙度计算方法，将激光束成一定角度照射到被测物体表面，在仪器外壳的笼罩下，被测物体表面会形成一道明亮的激光线，再由相机成一定角度对激光线进行拍摄，可以得到一条明亮曲线的照片。不同粗糙度的物体得到的曲线线型有所不同，通过三角函数换算可以得到实际的轮廓线，进一步计算轮廓线的参数可以得到粗糙面的粗糙度。通过手持推动的方式使仪器在粗糙面运动，轮子滚动的过程中，在传感器的控制下，每滚动一定角度通过相机对粗糙面进行拍摄，获得多段轮廓线。计算多段轮廓线的粗糙度，进而可得到粗糙面的粗糙度。本发明构造简单，原理易懂，实用性强。

技术研发人员：张敏,吴铜浩,王海洋,朱权,罗远东,张卡卡
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13