盾構(gòu)隧道管片彈性密封墊斷面檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于隧道及地下工程工程領(lǐng)域，涉及盾構(gòu)隧道管片彈性密封墊斷面檢測(cè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)地下工程防水規(guī)范《GB50108 - 2008》規(guī)定，溝槽的凈面積與密封墊的凈面積 之比在1~1. 15之間，如果密封墊的凈面積由于生產(chǎn)公差的原因而縮小，則會(huì)對(duì)防水性能 影響較大。
[0003] 密封墊間的張開量對(duì)于防水性能影響較大，如果密封墊生產(chǎn)中出現(xiàn)了較大的負(fù)公 差，將直接影響到防水的效果。
[0004] 在上海地鐵盾構(gòu)管片彈性橡膠密封墊（三元乙丙）生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（STB -DQ - 010201)中明確規(guī)定了密封墊的生產(chǎn)公差控制范圍：
[0005] 表1密封墊公差控制要求
[0007] 從表1可以看出，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于密封墊高度、頂面、腰部以及腿部的公差做出了細(xì)致 的規(guī)定，尤其高度不允許出現(xiàn)負(fù)公差。
[0008] 公差的定義也是完全出于可量測(cè)的角度，施工人員完全可以依靠卡尺對(duì)密封墊試 件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，來考核這些指標(biāo)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，對(duì)于密封墊含孔洞的和多條曲 線組成的不規(guī)則斷面來講，其凈面積是依靠常規(guī)手段無法輕易得到的，而這個(gè)指標(biāo)卻是關(guān) 系到防水效果的重要參數(shù)，因此必須在量測(cè)手段上得到突破。傳統(tǒng)的接觸式直徑檢測(cè)方法、 往往采用精密量具進(jìn)行，存在很大局限性，并且精確度不高。客觀上需要設(shè)計(jì)一種基于機(jī)器 視覺的非接觸尺寸檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種盾構(gòu)隧道管片彈性密封墊斷面檢測(cè)方法，可以大大提 高檢測(cè)準(zhǔn)確性。
[0010] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下解決方案：
[0011] 一種盾構(gòu)隧道管片彈性密封墊斷面檢測(cè)方法，采用基于機(jī)器視覺的非接觸尺寸檢 測(cè)方法來檢測(cè)含孔洞的和多條曲線組成的不規(guī)則密封墊斷面。
[0012] 進(jìn)一步，所述的非接觸尺寸檢測(cè)方法為CCD面陣檢測(cè)法，包括以下步驟：獲得數(shù)字 圖像、圖像二值化處理、密封墊斷面邊緣識(shí)別、輪廓追蹤及生成矢量化文件、物理標(biāo)定、測(cè)量 與標(biāo)注、得到尺寸公差、判斷密封墊斷面是否合格。
[0013] 在所述獲得數(shù)字圖像的步驟中，選用LED光源，并采用控制光源亮度的控制器；將 密封墊切成3~5_的薄片，置于試驗(yàn)臺(tái)架上，在充足光源照度的情況下拍攝獲得密封墊斷 面圖像。
[0014] 在所述圖像二值化處理步驟中，直接設(shè)置灰度峰值作為一個(gè)閾值，以便清晰得判 別出圖像中密封墊的邊緣。
[0015] 在所述密封墊斷面邊緣識(shí)別步驟中采用Laplace算子來提取邊緣。
[0016] 在輪廓追蹤與生成矢量化文件步驟中，在獲得邊緣輪廓后，采用輪廓追蹤技術(shù)依 次將輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)記錄成矢量文件，最后移交矢量化軟件中進(jìn)行幾何測(cè)量與分析。
[0017] 在所述測(cè)量與標(biāo)注步驟中，通過matlab在測(cè)量分析之前，對(duì)像素所表達(dá)的幾何意 義進(jìn)行物理標(biāo)定；由于鏡頭畸變等原因?qū)⒃斐蓤D像的失真，進(jìn)而會(huì)影響局部的測(cè)量效果，都 要對(duì)于攝像機(jī)、照相機(jī)進(jìn)行鏡頭校正；若影響在公差測(cè)量的允許范圍內(nèi)，則無需進(jìn)行校正。
[0018] 在所述測(cè)量與標(biāo)注步驟中，將實(shí)際識(shí)別的密封墊的圖像按照標(biāo)定系數(shù)換算成實(shí)際 的尺寸，并將實(shí)際尺寸標(biāo)注。
[0019] 在所述測(cè)量與標(biāo)注步驟中，對(duì)于孔洞信息需要采用形位公差的方式進(jìn)行標(biāo)注；為 了確定各孔洞的位置與設(shè)計(jì)孔洞位置之間的形位公差，則需要定義一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)；定義外輪 廓的面積矩中心即外輪廓的形心作為形位公差的基準(zhǔn)點(diǎn)；各孔洞的基準(zhǔn)點(diǎn)也同樣處理。
[0020] 在所述測(cè)量與標(biāo)注步驟中，孔洞取"當(dāng)量孔徑"進(jìn)行比較，當(dāng)量孔徑為：
[0022] 式中，D為當(dāng)量孔徑，S為測(cè)量的孔洞面積。
[0023] 換言之，本發(fā)明：一種盾構(gòu)隧道管片彈性密封墊斷面監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用基于機(jī)器視覺 的非接觸尺寸檢測(cè)方法（如CCD面陣檢測(cè)法）來檢測(cè)含孔洞的和多條曲線組成的不規(guī)則密 封墊斷面。
[0024] 利用數(shù)字圖像進(jìn)行測(cè)量的原理在于：CCD面陣的排列非常規(guī)則，因此獲得的數(shù)字 圖像精度較高，可以將CCD陣列比喻成繪圖的米格坐標(biāo)紙，密封墊斷面的影響投射在"坐標(biāo) 紙"上，通過獲得的數(shù)字圖像可以詳細(xì)地得到試件的輪廓各點(diǎn)的精細(xì)坐標(biāo)，進(jìn)而對(duì)其幾何量 進(jìn)行測(cè)量，得到十分精確的測(cè)量結(jié)果。
[0025] 檢測(cè)步驟包括：獲得數(shù)字圖像、圖像二值化處理、密封墊斷面邊緣識(shí)別、輪廓追蹤、 生成矢量化文件、物理標(biāo)定、測(cè)量與標(biāo)注、得到尺寸公差、判斷密封墊斷面是否合格。
[0026] 首先通過選用合適的光源拍照得到數(shù)字圖像；
[0027] 然后進(jìn)行圖像處理。拍照后，計(jì)算機(jī)可以獲得圖像函數(shù)。圖像函數(shù)的函數(shù)值表示 的是圖像中各點(diǎn)處光的強(qiáng)度，稱為強(qiáng)度或灰度，其為正實(shí)數(shù)，取值范圍為〇 < f(x，y) < B。 其中B表示一幅圖像的最大亮度。然后對(duì)所得的圖像函數(shù)進(jìn)行二值化處理，即只取灰度的 兩個(gè)極端值，0和225。然后通過邊緣檢測(cè)局部算子法得到圖像的邊緣。
[0028] 在獲得邊緣輪廓后，采用輪廓追蹤技術(shù)依次將輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)記錄成矢量文件，最 后移交矢量化軟件中進(jìn)行幾何測(cè)量與分析。
[0029] 通過matlab對(duì)在測(cè)量分析之前必須對(duì)像素所表達(dá)的幾何意義進(jìn)行物理標(biāo)定，一 般情況下由于鏡頭畸變等原因?qū)⒃斐蓤D像的失真，進(jìn)而會(huì)影響局部的測(cè)量效果，都要對(duì)于 攝像機(jī)、照相機(jī)進(jìn)行鏡頭校正。但是若影響在公差測(cè)量的允許范圍內(nèi)，則無需進(jìn)行校正。
[0030] 標(biāo)定模板如圖3所示。
[0031] 將實(shí)際識(shí)別的密封墊的圖像按照標(biāo)定系數(shù)換算成實(shí)際的尺寸，并將實(shí)際尺寸標(biāo) 注。
[0032] 對(duì)于孔洞信息則需要采用形位公差的方式進(jìn)行標(biāo)注。
[0033] 為了確定各孔洞的位置與設(shè)計(jì)孔洞位置之間的形位公差，則需要定義一個(gè)基準(zhǔn) 點(diǎn)。由于密封墊的截面積對(duì)于防水和壓縮的影響是巨大的，因此定義外輪廓的面積矩中心 即外輪廓的形心作為形位公差的基準(zhǔn)點(diǎn)。
[0034] 各孔洞的基準(zhǔn)點(diǎn)也同樣處理?？锥慈?當(dāng)量孔徑"進(jìn)行比較，當(dāng)量孔徑為
[0036] 式中，D為當(dāng)量孔徑，S為測(cè)量的孔洞面積。
[0037] 最后計(jì)算得到密封墊尺寸公差，判斷其是否滿足密封墊公差控制要求。
[0038] 由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0039] 1)、有效地提高盾構(gòu)隧道管片彈性密封墊斷面檢測(cè)的精度；
[0040] 2)、而且操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0041] 圖1為無接觸密封墊斷面檢測(cè)方法原理圖。
[0042] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例(XD檢測(cè)法流程示意圖。
[0043] 圖3(a)為本發(fā)明實(shí)施例密封墊斷面自然光照情況下密封墊拍攝效果圖。
[0044] 圖3(b)為本發(fā)明實(shí)施例密封墊斷面照度不足情況下密封墊拍攝效果圖。
[0045] 圖3(c)為本發(fā)明實(shí)施例密封墊斷面照度充足情況下密封墊拍攝效果圖。
[0046] 圖4(a)為本發(fā)明實(shí)施例密封墊斷面拍攝效果灰度直方圖分析之一（Matlab)。
[0047] 圖4(b)為本發(fā)明實(shí)施例密封墊斷面拍攝效果灰度直方圖分析之二（Matlab)。
[0048] 圖4(c)為本發(fā)明實(shí)施例密封墊斷面拍攝效果灰度直方圖分析之三（Matlab)。
[0049] 圖5(a)為本發(fā)明實(shí)施例Sobel算子的檢測(cè)結(jié)果圖。
[0050] 圖5 (b)為本發(fā)明實(shí)施例Laplace算子的檢測(cè)結(jié)果圖。
[0051] 圖5 (c)為本發(fā)明實(shí)施例Kirsch算子的檢測(cè)結(jié)果圖。
[0052] 圖5 (d)為本發(fā)明實(shí)施例Prewitt算子的檢測(cè)結(jié)果圖。
[0053] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定板的識(shí)別結(jié)果圖。
[0054] 圖7(a)為本發(fā)明實(shí)例斷面1檢測(cè)結(jié)果圖。
[0055] 圖7(b)為本發(fā)明實(shí)例斷面2檢測(cè)結(jié)果圖。
[0056] 圖7(c)為本發(fā)明實(shí)例斷面3檢測(cè)結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057] 本發(fā)明采用面陣CCD法檢測(cè)含孔洞的和多條曲線組成的不規(guī)則密封墊斷面。面陣 CCD檢測(cè)法直接將待測(cè)零件通過成像系統(tǒng)成像到CCD靶面上，通過圖像處理和CCD像元尺寸 換算的方法，計(jì)算工件的尺寸大小，并得到不規(guī)則度、圓度誤差信息，進(jìn)而判斷密封墊尺寸 是否在規(guī)范規(guī)定的公差允許范圍內(nèi)。相較于傳統(tǒng)的接觸式密封墊斷面檢測(cè)法，面陣CCD檢 測(cè)法具有省時(shí)、高效、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
[0058] 以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0059] 如圖1所示，根據(jù)凸透鏡呈像原理，在充足的光源照射下，試件的像呈現(xiàn)在C⑶感 光元件上。CCD又稱為電荷耦合器，是一種特殊的半導(dǎo)體材料。它是由許多單個(gè)感光二極 管組成的陣列，整體呈正方形，然后像砌磚一樣將這些感光二極管砌成陣列來組成可以輸 出一定解析度圖像的CCD感光元件。它的成像原理是使用感光二極管將光線轉(zhuǎn)換為電荷， 當(dāng)對(duì)焦完畢按下快門的時(shí)候，光線通過打開的快門透過試件射入在CCD感光元件上，感光 二極管在接受光子的撞擊后釋放電子，所產(chǎn)生電子的數(shù)目與該感光二極管感應(yīng)到的光成正 比。當(dāng)本次曝光結(jié)束之后，每個(gè)感光二極管上含有不同數(shù)量的電子，而在顯示器上面看到 的數(shù)碼圖像就是通過電子數(shù)量的多與少來進(jìn)行表示和儲(chǔ)存，然后控制電路從CCD中讀取圖 像，進(jìn)行紅R、綠G和藍(lán)B三原色合成，并且放大和將其數(shù)字化，這些數(shù)字信號(hào)被存入數(shù)碼相 機(jī)的緩存內(nèi)，最后寫入存儲(chǔ)介質(zhì)完成對(duì)密封墊斷面的拍攝。通過獲得的數(shù)字圖像可以詳細(xì) 地得到試件的輪廓各點(diǎn)的精細(xì)坐標(biāo)，進(jìn)而對(duì)其幾何量進(jìn)行測(cè)量。
[0060] 系統(tǒng)各組成部分及主要相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表2。
[0061] 表2數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)的組成
[0063] 檢測(cè)過程主要分成以下幾個(gè)步驟：獲得數(shù)字圖像、圖像二值化處理、密封墊斷面邊 緣識(shí)別、輪廓追蹤、生成矢量化文件、物理標(biāo)定、測(cè)量與標(biāo)注、得到尺寸公差、判斷密封墊斷 面是否合格，如圖2的方法流程框圖所示。
[0064] 運(yùn)用USB工業(yè)相機(jī)獲得數(shù)字圖像，數(shù)字圖像的成像質(zhì)量關(guān)系到圖像處理的結(jié)果， 如果圖像的邊緣輪廓清晰則判別的