斜拉索pe保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置及其控制電路、控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠在橋梁拉索、吊桿上爬行的機(jī)械裝置，尤其是能在橋梁拉索表面上下移動(dòng)并攜帶相關(guān)檢測(cè)設(shè)備對(duì)橋梁拉索表面狀況檢測(cè)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)社會(huì)迅速發(fā)展，大跨度橋梁越來(lái)越多，斜拉橋、懸索橋已經(jīng)成為現(xiàn)代大跨度橋梁的廣泛采用橋型。長(zhǎng)期暴露在空氣中使用，斜拉索表面的聚乙烯(PE)保護(hù)層容易出現(xiàn)不同程度的損壞現(xiàn)象，危及橋梁的安全。因此，需要定期對(duì)橋梁斜拉索進(jìn)行定期檢測(cè)與維護(hù)。目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的橋梁纜索檢測(cè)機(jī)器人因?yàn)橹亓刻?、智能化程度不高、使用不方便等缺點(diǎn)，并沒(méi)有在行業(yè)內(nèi)普及使用。為了解決這一問(wèn)題，中國(guó)專(zhuān)利CN201110285061公開(kāi)的一種橋梁纜索爬行檢測(cè)裝置，通過(guò)在穿套在斜拉索上的環(huán)形機(jī)器人上均布3個(gè)攝像頭，在機(jī)器人沿斜拉索爬行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全方位對(duì)斜拉索表面進(jìn)行圖像信息采集，采集到的信息經(jīng)無(wú)線(xiàn)傳遞給終端檢測(cè)裝置，終端檢測(cè)裝置對(duì)機(jī)器人傳遞來(lái)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，檢測(cè)到斜拉索表面損壞的地方，這種結(jié)構(gòu)具有重量輕、安裝簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。但這種結(jié)構(gòu)的檢測(cè)裝置需要將三個(gè)攝像頭采集的全部圖像數(shù)據(jù)傳遞給終端裝置進(jìn)行處理，不僅檢測(cè)的實(shí)時(shí)性不好，且需要傳遞的數(shù)據(jù)量龐大，無(wú)線(xiàn)通信的負(fù)擔(dān)較重，而且該裝置不具有攝像頭防抖動(dòng)結(jié)構(gòu)，攝像頭在檢測(cè)過(guò)程中因抖動(dòng)拍攝的模糊照片不僅無(wú)用且占用無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，為提高檢測(cè)裝置的實(shí)時(shí)性并降低無(wú)線(xiàn)通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，本發(fā)明提供一種斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置，具體技術(shù)方案如下:
[0004]—種斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置，包括爬行機(jī)構(gòu)和圖像采集裝置，所述爬行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)所述圖像采集裝置在斜拉索外表面上下移動(dòng)，所述圖像采集裝置用于采集斜拉索PE保護(hù)層的損傷信息并實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸，其關(guān)鍵在于:所述圖像采集裝置包括一用于固定攝像頭的安裝座，該安裝座設(shè)置在一環(huán)形導(dǎo)軌上，所述環(huán)形導(dǎo)軌與所述爬行機(jī)構(gòu)相連，且能套接在斜拉索上，在所述安裝座中設(shè)置有一旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸上連接有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的帶動(dòng)下，所述安裝座能夠帶著攝像頭在所述環(huán)形導(dǎo)軌上繞著斜拉索做圓周運(yùn)動(dòng)。
[0005]基于這種結(jié)構(gòu)的斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置只需要一個(gè)攝像頭即可采集斜拉索表面的全部圖像，在一定程度上減少了需要處理的圖像數(shù)據(jù)量，并且結(jié)合后面的控制電路及控制電路的控制方法，能夠快速有效檢測(cè)PE保護(hù)層受損情況。
[0006]進(jìn)一步地，由于攝像頭在檢測(cè)裝置爬行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，攝像頭在抖動(dòng)狀態(tài)下采集的圖像不清晰且有重影，這樣會(huì)加大微控制器對(duì)圖像處理的工作量，且圖像處理的結(jié)果會(huì)有較大誤差；為加強(qiáng)檢測(cè)裝置的穩(wěn)定性，減小因裝置抖動(dòng)對(duì)圖像處理帶來(lái)的麻煩，在所述環(huán)形導(dǎo)軌上、下表面分別設(shè)置有兩圈環(huán)形的導(dǎo)向槽，在所述安裝座上設(shè)置有與所述導(dǎo)向槽相適應(yīng)的定位柱，在環(huán)形導(dǎo)軌的側(cè)壁上設(shè)置有縱向齒條，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為一齒輪機(jī)構(gòu)，且與所述環(huán)形導(dǎo)軌側(cè)壁上的縱向齒條嚙合；所述爬行機(jī)構(gòu)包括環(huán)形支撐架和三組均勻分布的爬行輪，所述環(huán)形支撐架的上端與所述環(huán)形導(dǎo)軌相連，所述三組爬行輪分別通過(guò)彈性連桿連接在所述環(huán)形支撐架上，每一組爬行輪由上下兩個(gè)滾輪構(gòu)成，其中一組爬行輪作為主動(dòng)輪與爬行電機(jī)相連，在所述爬行電機(jī)的帶動(dòng)下，所述爬行機(jī)構(gòu)可沿斜拉索的外表面上下移動(dòng)。
[0007]更進(jìn)一步地，在所述爬行機(jī)構(gòu)上還設(shè)置有用于獲取位置信息的加速度傳感器和用于檢測(cè)是否到達(dá)斜拉索頂端的超聲波傳感器。
[0008]除此之外，本發(fā)明還提出了一種用于斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置的控制電路，其關(guān)鍵在于:所述爬行機(jī)構(gòu)、圖像采集裝置、加速度傳感器以及超聲波傳感器均連接在微控制器上，其中圖像采集裝置中的攝像頭、加速度傳感器以及超聲波傳感器分別連接在微控制器的輸入端，爬行機(jī)構(gòu)中的爬行電機(jī)和圖像采集裝置中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)分別連接在微控制器的輸出端，在所述微控制器上還連接有無(wú)線(xiàn)通信模塊，所述無(wú)線(xiàn)通信模塊用于實(shí)現(xiàn)與地面終端之間的無(wú)線(xiàn)通信，所述無(wú)線(xiàn)通信模塊為雙向通信，微控制器可經(jīng)無(wú)線(xiàn)通信模塊向地面終端發(fā)送數(shù)據(jù)，地面終端也可經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊訪(fǎng)問(wèn)微控制器或檢測(cè)裝置上的SD卡；上述各個(gè)模塊還通過(guò)移動(dòng)電源供電。
[0009]針對(duì)上述檢測(cè)裝置和控制電路，本發(fā)明還提出了一種斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置控制電路的控制方法，其關(guān)鍵在于按照以下步驟進(jìn)行:
[0010]S1:系統(tǒng)初始化；
[0011]S2:微控制器按照角度Θ作為步進(jìn)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，且攝像頭每一步拍攝一張照片傳遞給微控制器進(jìn)行圖像處理；當(dāng)圖像處理結(jié)果顯示PE保護(hù)層受損時(shí)，微處理器將該張照片保存至SD卡，并根據(jù)加速度傳感器信息標(biāo)定該圖片對(duì)應(yīng)的斜拉索位置信息，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊傳遞給地面終端；
[0012]其中，圖像處理的過(guò)程包括:
[0013]S21:使用中值濾波法對(duì)原圖像去噪；
[0014]S22:背景減除法提取斜拉索圖像；
[0015]S23:對(duì)步驟S22中獲得的斜拉索圖像二值化；
[0016]S24:對(duì)二值化圖像進(jìn)一步去噪并提取黑色區(qū)域的輪廓，即為PE保護(hù)層上損傷區(qū)域；
[0017]S25:判定圖像中黑色區(qū)域的面積是否超過(guò)閾值，如果是，則判定為PE保護(hù)層受損，否則，認(rèn)定PE保護(hù)層完好。
[0018]S3:判斷攝像頭是否旋轉(zhuǎn)一圈，是則轉(zhuǎn)向步驟S4 ;否則返回步驟S2 ;
[0019]S4:微控制器根據(jù)超聲波傳感器所檢測(cè)的信息判定爬行機(jī)構(gòu)是否達(dá)到斜拉索的頂端，是則控制爬行電機(jī)反轉(zhuǎn)，回收檢測(cè)裝置；否則進(jìn)入步驟S5 ;
[0020]S5:微控制器控制爬行電機(jī)正轉(zhuǎn)，使得爬行機(jī)構(gòu)向上移動(dòng)距離為H，返回步驟S2循環(huán)檢測(cè)。
[0021]有益效果:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)攝像頭經(jīng)巧妙設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)對(duì)斜拉索表面的全方位圖像采集，且機(jī)器人自帶的微處理器對(duì)斜拉索表面損壞部位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，將檢測(cè)到的斜拉索表面損壞的坐標(biāo)信息等發(fā)送給地面終端，無(wú)線(xiàn)傳送的數(shù)據(jù)量驟減；機(jī)器人自帶的SD卡用于存儲(chǔ)存在損壞情況的圖像，便于施工人員確認(rèn)斜拉索檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的圖像采集裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的圖像采集裝置剖面圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的爬行結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0026]圖5為本發(fā)明的控制電路框圖；
[0027]圖6為本發(fā)明的控制方法流程圖；
[0028]圖7為本發(fā)明的圖像處理算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]如圖1和圖2所示的一種斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置，包括爬行機(jī)構(gòu)I和圖像采集裝置2，所述爬行機(jī)構(gòu)I用于帶動(dòng)所述圖像采集裝置2在斜拉索外表面上下移動(dòng)，所述圖像采集裝置2用于采集斜拉索PE保護(hù)層的損傷信息并實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸，其關(guān)鍵在于:所述圖像采集裝置2包括一用于固定攝像頭2d的安裝座2a，該安裝座2a設(shè)置在一環(huán)形導(dǎo)軌2b上，所述環(huán)形導(dǎo)軌2b與所述爬行機(jī)構(gòu)I相連，且能套接在斜拉索上，在所述安裝座2a中設(shè)置有一旋轉(zhuǎn)電機(jī)2e，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)2e的輸出軸上連接有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2c，在所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)2e的帶動(dòng)下，所述安裝座2a能夠帶著攝像頭2d在所述環(huán)形導(dǎo)軌2b上繞著斜拉索做圓周運(yùn)動(dòng)。
[0031]基于這種結(jié)構(gòu)的斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測(cè)裝置只需要一個(gè)攝像頭即可采集斜拉索表面的全部圖像，在一定程度上減少了需要處理的圖像數(shù)據(jù)量，并且結(jié)合后面的控制電路及控制電路的控制方法，能夠快速有效檢測(cè)PE保護(hù)層受損情況。
[0032]進(jìn)一步地，由于攝像頭在檢測(cè)裝置爬行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，攝像頭在抖動(dòng)狀態(tài)下采集的圖像不清晰且有重影，這樣會(huì)加大微控制器對(duì)圖像處理的工作量，且圖像處理的結(jié)果會(huì)有較大誤差；為加強(qiáng)檢測(cè)裝置的穩(wěn)定性，減小因裝置抖動(dòng)對(duì)圖像處理帶來(lái)的麻煩，從圖3可以看出，為加強(qiáng)攝像頭2d在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性，所述環(huán)形導(dǎo)軌2b上、下表面分別設(shè)置有兩圈環(huán)形的導(dǎo)向槽2bl，在所述安裝座2a上設(shè)置有與所述導(dǎo)向槽2bl相適應(yīng)的定位柱2al，在環(huán)形導(dǎo)軌2b的側(cè)壁上設(shè)置有縱向齒條，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2c為一齒輪機(jī)構(gòu)，且與所述環(huán)形導(dǎo)軌2b側(cè)壁上的縱向齒條嚙合；從圖4可以看出，為增加檢測(cè)裝置在斜拉索上爬行過(guò)程中的穩(wěn)定性，在所述爬行機(jī)構(gòu)I的環(huán)形支撐架Ia上設(shè)置三組均勻分布的爬行輪lb，所述環(huán)形支撐架Ia的上端與所述環(huán)形導(dǎo)軌2b相連，所述三組或四組爬行輪Ib分別通過(guò)彈性連桿Ic連接在所述環(huán)形支撐架Ia上，每一組爬行輪Ib由上下兩個(gè)滾輪構(gòu)成，其中一組爬行輪Ib作為主動(dòng)輪與爬行電機(jī)Ie相連，在所述爬行電機(jī)Ie的帶動(dòng)下，所述爬行機(jī)構(gòu)I可沿斜拉索的外表面上下移動(dòng)，為了適應(yīng)斜拉索的需要，爬行輪Ib的表面設(shè)置為凹形。
[0033]更進(jìn)一步地，在所述爬行機(jī)構(gòu)I上還設(shè)置有用于獲取位置信