[發明專利]一種用于檢測隧道斷面幾何參數的裝置及其檢測方法

在審

• 申請號: 202011249714.8
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112461198A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 劉曉亮;徐順東;戴小燕
• 申請（專利權）人: 常州沃翌智能科技有限公司
• 主分類號: G01C7/06
• 分類號: G01C7/06;G01C11/00
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 楊克

1.一種用于檢測隧道斷面幾何參數的裝置，其特征在于：它包含環形光斑光源（1）、光源驅動器（4）、相機組件（5）、底座（6）、前端計算單元（10）、網絡交換機（11）、后端計算單元（12）和慣性測量傳感器（13）；環形光斑光源（1）垂直固定在底座（6）上部的支架上，底座（6）上固定有若干個相機組件（5），慣性測量傳感器（13）固定在底座（6）上方的支架上，且位于環形光斑光源（1）的下方；每個相機組件（5）均與相對應的前端計算單元（10）連接，數個前端計算單元（10）均利用網絡交換機（11）與后端計算單元（12）連接，環形光斑光源（1）與光源驅動器（4）連接，光源驅動器（4）和慣性測量傳感器（13）均與后端計算單元（12）連接。

2.根據權利要求1所述的一種用于檢測隧道斷面幾何參數的裝置，其特征在于：所述的若干個相機組件（5）與底座（6）的連接面為一個與環形光斑光源（1）的光源軸線（2）相重合的圓錐面的切面，且若干個相機組件（5）均以相同高度環繞光源軸線（2）分布設置。

3.根據權利要求1所述的一種用于檢測隧道斷面幾何參數的裝置，其特征在于：所述的相機組件（5）由相機（5a）、鏡頭（5b）和濾鏡（5c）構成；相機（5a）上固定有鏡頭（5b），鏡頭（5b）上固定有濾鏡（5c）。

4.根據權利要求1所述的一種用于檢測隧道斷面幾何參數的裝置，其特征在于：所述的前端計算單元（10）由相機數據接口（10a）、圖像處理單元（10b）、前端網絡接口（10c）和前端本地存儲器（10d）構成；相機數據接口（10a）與圖像處理單元（10b）連接，圖像處理單元（10b）與前端網絡接口（10c）連接，圖像處理單元（10b）與前端本地存儲器（10d）連接，前端網絡接口（10c）與網絡交換機（11）連接。

5.根據權利要求1所述的一種用于檢測隧道斷面幾何參數的裝置，其特征在于：所述的后端計算單元（12）由后端網絡接口（12a）、數據處理單元（12b）和后端本地存儲器（12c）構成；后端網絡接口（12a）與網絡交換機（11）連接，后端網絡接口（12a）與數據處理單元（12b）連接，數據處理單元（12b）與后端本地存儲器（12c）連接。

6.一種用于檢測隧道斷面幾何參數的檢測方法，它的操作步驟如下：

步驟（一）、環形光斑光源（1）的光源軸線（2）平行于隧道行進方向，環形光斑光源（1）在光源驅動器（4）的驅動下，以連續或間隔發射激光，其輸出光連續分布于一個垂直于光源軸線的平面（3）內，并照射到被測物體（14）表面，形成光斑（15）；

步驟（二）、相機組件（5）在前端計算單元（10）的控制下，采集投射在被測物體（14）表面上的光斑（15）所形成的圖像（16），所有的相機組件光軸（7）在空間中交匯于光源軸線（2）上一點，即為交匯點（8），相機組件光軸（7）與光源軸線（2）所成的夾角（9）的角度小于90°，且大于45°；

步驟（三）、前端計算單元（10）通過其內部的相機數據接口（10a）與其所對應的相機組件（5）通訊，控制相機組件（5）采集圖像數據，前端計算單元（10）通過程序讀取圖像（16）后，沿圖像（16）的行方向對圖像（16）的亮度數據進行搜索，計算每行圖像（16）中，以相機組件光軸（7）在圖像（16）中心位置即光心為原點（17），由環形光斑光源（1）產生的光斑（15）相對于原點（17）的行坐標和列坐標；

步驟（四）、所有前端計算單元（10）將計算出的由若干相機組件（5）采集的光斑（15）對應行坐標、列坐標、拍攝時間、相機編號信息，按照預習定義的通訊協議組織成數據包，通過前端計算單元（10）內的前端網絡接口（10c）發送，由網絡交換機（11）轉發至后端計算單元（12）；

步驟五（四）、后端計算單元（12）接收到前端計算單元（10）發來的數據包后，根據數據包所含相機編號選擇對應的標定參數，將光斑（15）對應行坐標、列坐標轉換為相對整機參考點的坐標；

步驟（六）、后端計算單元（12）讀取慣性測量傳感器（13）所采集的姿態參數，計算整機當前姿態后，修正光斑（15）對應的相對整機參考點的坐標；計算完成后的坐標數據以圖像拍攝時間為索引，保存在后端計算單元（12）內部的后端本地存儲器（12c）內。