斜拉索pe保護(hù)層損傷檢測裝置及其控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型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并攜帶相關(guān)檢測設(shè)備對橋梁拉索表面狀況檢測的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會迅速發(fā)展，大跨度橋梁越來越多，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，需要定期對橋梁斜拉索進(jìn)行定期檢測與維護(hù)。目前國內(nèi)研發(fā)的橋梁纜索檢測機(jī)器人因?yàn)橹亓刻?、智能化程度不高、使用不方便等缺點(diǎn)，并沒有在行業(yè)內(nèi)普及使用。為了解決這一問題，中國專利CN201110285061公開的一種橋梁纜索爬行檢測裝置，通過在穿套在斜拉索上的環(huán)形機(jī)器人上均布3個攝像頭，在機(jī)器人沿斜拉索爬行過程中實(shí)現(xiàn)全方位對斜拉索表面進(jìn)行圖像信息采集，采集到的信息經(jīng)無線傳遞給終端檢測裝置，終端檢測裝置對機(jī)器人傳遞來的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，檢測到斜拉索表面損壞的地方，這種結(jié)構(gòu)具有重量輕、安裝簡易等特點(diǎn)。但這種結(jié)構(gòu)的檢測裝置需要將三個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，不僅檢測的實(shí)時性不好，且需要傳遞的數(shù)據(jù)量龐大，無線通信的負(fù)擔(dān)較重，而且該裝置不具有攝像頭防抖動結(jié)構(gòu)，攝像頭在檢測過程中因抖動拍攝的模糊照片不僅無用且占用無線傳輸模塊。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，為提高檢測裝置的實(shí)時性并降低無線通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，本實(shí)用新型提供一種斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測裝置，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)用于帶動所述圖像采集裝置在斜拉索外表面上下移動，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)無線傳輸，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。
[0005]基于這種結(jié)構(gòu)的斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測裝置只需要一個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PE保護(hù)層受損情況。
[0006]進(jìn)一步地，由于攝像頭在檢測裝置爬行過程中會產(chǎn)生抖動，攝像頭在抖動狀態(tài)下采集的圖像不清晰且有重影，這樣會加大微控制器對圖像處理的工作量，且圖像處理的結(jié)果會有較大誤差；為加強(qiáng)檢測裝置的穩(wěn)定性，減小因裝置抖動對圖像處理帶來的麻煩，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滾輪構(gòu)成，其中一組爬行輪作為主動輪與爬行電機(jī)相連，在所述爬行電機(jī)的帶動下，所述爬行機(jī)構(gòu)可沿斜拉索的外表面上下移動。
[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是否到達(dá)斜拉索頂端的超聲波傳感器。
[0008]除此之外，本實(shí)用新型還提出了一種用于斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測裝置的控制電路，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線通信模塊，所述無線通信模塊用于實(shí)現(xiàn)與地面終端之間的無線通信，所述無線通信模塊為雙向通信，微控制器可經(jīng)無線通信模塊向地面終端發(fā)送數(shù)據(jù)，地面終端也可經(jīng)過無線通信模塊訪問微控制器或檢測裝置上的SD卡；上述各個模塊還通過移動電源供電。
[0009]針對上述檢測裝置和控制電路，其控制方法可以按照以下步驟進(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，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，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)定該圖片對應(yīng)的斜拉索位置信息，然后通過無線通信模塊傳遞給地面終端；
[0012]其中，圖像處理的過程包括:
[0013]S21:使用中值濾波法對原圖像去噪；
[0014]S22:背景減除法提取斜拉索圖像；
[0015]S23:對步驟S22中獲得的斜拉索圖像二值化；
[0016]S24:對二值化圖像進(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)向上移動距離為H，返回步驟S2循環(huán)檢測。
[0021]有益效果:結(jié)構(gòu)簡單，只需要一個攝像頭經(jīng)巧妙設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)對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斜拉索表面損壞部位進(jìn)行實(shí)時檢測，將檢測到的斜拉索表面損壞的坐標(biāo)信息等發(fā)送給地面終端，無線傳送的數(shù)據(jù)量驟減；機(jī)器人自帶的SD卡用于存儲存在損壞情況的圖像，便于施工人員確認(rèn)斜拉索檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型的圖像采集裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為本實(shí)用新型的圖像采集裝置剖面圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型的爬行結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型的控制電路框圖；
[0027]圖6為本實(shí)用新型的控制方法流程圖；
[0028]圖7為本實(shí)用新型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)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[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用于帶動所述圖像采集裝置2在斜拉索外表面上下移動，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)無線傳輸，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。
[0031]基于這種結(jié)構(gòu)的斜拉索PE保護(hù)層損傷檢測裝置只需要一個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PE保護(hù)層受損情況。
[0032]進(jìn)一步地，由于攝像頭在檢測裝置爬行過程中會產(chǎn)生抖動，攝像頭在抖動狀態(tài)下采集的圖像不清晰且有重影，這樣會加大微控制器對圖像處理的工作量，且圖像處理的結(jié)果會有較大誤差；為加強(qiáng)檢測裝置的穩(wěn)定性，減小因裝置抖動對圖像處理帶來的麻煩，從圖3可以看出，為加強(qiáng)攝像頭2d在旋轉(zhuǎn)過程中的穩(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