一种商砼集料含水率及含泥量动态数融检测装置及方法

本发明属于商砼集料质量检测，具体涉及一种商砼集料含水率及含泥量动态数融检测装置和基于动态数融检测装置的在线检测方法。

背景技术：

1、随着建筑业的快速发展，我国基建工程对混凝土的需求量急剧上升，集料作为混凝土最主要的组成部分，其粒度级配、含水率及含泥量的测定至关重要，共同影响着混凝土的强度和耐久性。但是，由于大多数的商砼生产企业仍然采用人工检测法对混凝土质量进行检测，使得检测结果的准确性和可行性极大程度依赖于检测员的操作水平，所得的检测结果也具有一定的滞后性，难以满足实际生产所需。因此，对商砼集料进行质量在线检测来改善商砼生产质量问题就显得格外具有意义。

2、中国专利cn105223114a公开了一种集料级配自动检测方法，该方法通过图像处理技术，实现对沥青混合料级配的自动检测，虽然在一定程度上提高了检测精度，但仍存在着检测速度慢等问题。中国专利cn110458119b公开了一种非接触式测量的混凝土骨料级配快速识别方法，该方法运用数字图像处理技术与深度学习相结合，虽然提高了级配识别的效率，但仍存在着检测精度低等问题。中国专利cn112748131a公开了一种基于微波原理的集料含水率的探测方法，该方法通过建立集料含水率与相关参数之间的数学模型，实现对集料含水率的检测，虽然具有快速、标定简易、检测精度高的优点，但仍存在着零漂等问题。中国专利cn114910377a公开了一种集料含泥量或0.075mm以下颗粒含量的检测装置及使用方法，虽然在一定程度上减轻人工劳力的负担，但仍然无法做到全自动检测。

3、在上述方法中，仅仅只针对单一指标进行检测，没有提出一种能够同时对商砼集料多项指标同时进行检测的方法；一些基于深度学习的网络模型虽然在一定程度上提高了检测的效率，但仍存在着检测精度低等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对上述现有技术存在的无法同时准确高效地检测商砼集料含水率及含泥量的技术问题，提供了一种商砼集料含水率及含泥量动态数融检测装置和基于动态数融检测装置的动态数融检测方法。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种商砼集料含水率及含泥量动态数融检测装置，包括集料传送机构、集料整理机构、图像采集识别及动态数融检测模块、支撑组件，所述集料传送机构、集料整理机构、图像采集识别及动态数融检测模块均设置于所述支撑组件上；

3、所述集料传送机构包括上料机构、传送带、出料仓、出料框、电机c、主动带轮、传动皮带、从动带轮和从动轴，商砼集料通过上料机构落入传送带，由传送带传送至出料仓并最终落入出料框中；所述上料机构被固定在传送带的上方，包括上料仓和流速调节器，所述流速调节器包括齿轮a、齿轮b和电机d，齿轮a与齿轮b啮合，电机d固定于齿轮b的内侧，通过控制电机d从而带动齿轮b和齿轮a有序转动，进而调节流速调节器的角度，控制商砼集料落入传送带的数量和速率，以实现有序上料；电机c固定于传送带下方，通过控制电机c的转动速度，带动主动带轮转动，转矩通过传动皮带传递至从动带轮并输出至从动轴，从而控制传送带传送商砼集料的速度；

4、所述集料整理机构包括步进电机联轴器a、步进电机a、丝杆固定座a、丝杆a、丝杆滑块a、丝杆螺母a、毛刷固定板、毛刷、光轴a、光轴滑块a、光轴固定座a；两根光轴a的两端通过光轴固定座a固定在支撑组件上并呈对称分布，两根光轴a上均设置一光轴滑块a，光轴滑块a可在光轴a上垂直移动，毛刷固定板固定在两光轴滑块上，并且毛刷固定板下端固定住毛刷，毛刷位于传送带上方，用于整理集料状态，毛刷固定板上端固定了丝杆滑块a，丝杆螺母a内嵌于丝杆滑块a中，丝杆a与丝杆滑块a连接；步进电机联轴器a连接步进电机a的输出端与丝杆a，丝杆固定座a固定住丝杆a，通过控制步进电机a转动，转矩通过步进电机联轴器a传递至丝杆a，从而带动丝杆a上的丝杆滑块a上下运动，从而带动毛刷固定板在两根光轴上垂直运动，进而调整毛刷的高度，以整理商砼集料的状态；

5、所述图像采集识别及动态数融检测模块包括步进电机 b、步进电机联轴器b、丝杆固定座b、光轴固定座b、丝杆b、光轴b、光轴滑块b、摄像机支架、软件定义摄像机、微波含水率检测仪、计算机支撑板、计算机、丝杆滑块b、丝杆螺母b；计算机固定于计算机支撑板上，计算机支撑板位于传送带侧方，两根光轴b通过光轴固定座b固定于支撑组件上并呈对称分布，两个光轴滑块b分别位于两根光轴b上，摄像机支架位于传送带上方并与两个光轴滑块b连接，软件定义摄像机和微波含水率检测仪均固定于摄像机支架上，摄像机支架上设置了丝杆滑块b，丝杆螺母b内嵌于丝杆滑块b中，并与丝杆b连接，丝杆固定座b固定住丝杆b，步进电机联轴器b两端连接步进电机 b的输出端和丝杆b，通过控制步进电机b转动，转矩通过步进电机联轴器b传递至丝杆b，能够带动丝杆滑块b垂直运动，从而调整摄像机支架及其上软件定义摄像机和微波含水率检测仪的高度，以实现商砼集料图像采集、识别以及含水率处理功能。

6、本发明的第二解决方案是提供一种基于动态数融检测装置的动态数融检测方法，包括以下步骤：

7、步骤一:使用安装在摄像机支架上的软件定义摄像机采集其内置白色环形光源照射下的商砼集料彩色图像并制作商砼集料数据集，对数据集进行人工标注并划分为训练集和验证集；对动态数融检测模块中的网络模型进行训练，将训练后的网络模型嵌入软件定义摄像机中，并设计软件定义摄像机含水率及含泥量处理算法；

8、步骤二:打开上料机构，调节流速调节器，控制商砼集料落入传送带的数量和速率，当商砼集料随着传送带运动至集料整理机构下方时，调节步进电机a使其带动毛刷固定板和毛刷移动至设定高度，整理商砼集料状态；

9、步骤三:经过整理的商砼集料经由传送带运送至图像采集识别及动态数融检测模块下方，通过安装在摄像机支架上的软件定义摄像机和微波含水率检测仪采集商砼集料图像信息和含水率数据，软件定义摄像机通过含水率及含泥量处理算法进行数据处理，并将处理后的数据传输至计算机中，确定商砼集料含水率、含泥量及粒度级配信息并显示在计算机上；经过图像采集识别及动态数融检测模块检测的商砼集料继续由传送带运送至出料仓，并最终落入出料框中。

10、可选的，所述步骤一中，含水率及含泥量处理算法基于yolov5网络架构设计ged-yolov5网络模型并进行训练，使模型的损失值达到最小；ged-yolov5模型包括gc3特征提取网络、ed3特征融合网络以及p2检测网络；所述gc3特征提取网络使用ghostbottleneck模块替换yolov5特征融合网络中所有c3模块中的bottleneck结构，用于提取输入商砼集料图像的特征；所述ed3特征融合网络通过分别在yolov5特征融合网络中第三个c3模块、sppf层以及特征融合模块中上采样后的结果添加ecanet模块，并使用深度可分离卷积替代yolov5特征融合网络中的下采样模块，所述ed3特征融合网络能够对商砼集料图像的特征进行融合；所述p2检测网络裁剪了yolov5检测网络中的大目标检测层，能够根据商砼集料图像的特征进行分类检测；

11、所述步骤一中，ged-yolov5网络模型的损失值计算如下：

12、

13、其中，、分别为2个特征检测层的边界框坐标误差损失,、分别为2个特征检测层的置信度误差损失,、分别为2个特征检测层的目标分类误差损失；、、分别为边界框坐标误差总损失、置信度误差总损失、目标分类误差总损失，、、分别为、、的权重系数。

14、可选的，所述步骤三中，图像采集识别及动态数融检测模块基于烘干法对商砼粗、细集料含水率模型进行标定，将实时采集到的含水率数据传输至软件定义摄像机中，与含水率及含泥量处理算法进行多通道数据融合，并将融合后的数据信息传输至计算机中，经过补偿校正最终确定商砼集料的细分含水率。

15、本发明与现有技术相比，具有以下优点：采用本发明能够同时实现商砼集料含水率及含泥量检测，并提高商砼集料质量检测的准确性和高效性，为商砼集料含水率及含泥量检测提供了一种动态数融检测方法，为商砼生产行业克服传统检测技术耗时费力，提高检测精度和检测效率提供了新的思路。