CN112945107A - 一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，采用工业内窥镜伸入套筒内进行图像获取，在图像中进行插入深度测量，以及偏转角度测量，结束后将当前的图像进行保存，得到检测图片，对检测图片中的套筒和钢筋进行中心点查找，并以套筒的中心点建立十字坐标轴，记录钢筋的中心点位于十字坐标轴象限的象限位置，然后将钢筋的中心点与十字坐标轴的轴心连接形成角分线，测量角分线与X轴或者Y轴之间的夹角；通过钢筋插入套筒内的尺寸、偏转角、十字坐标轴、角分线、夹角、套筒尺寸和钢筋尺寸进行建模，随后通过有限元软件进行灌浆分析进行判断。本发明能够准确提供建模数据，从而更真实的模拟连接状态下的连接稳定性，结果更为精确。

Description

一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法

技术领域

本发明涉及装配式建筑检测技术领域，具体涉及一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法。

背景技术

钢筋套筒灌浆连接是目前快速发展的装配式混凝土建筑的一种常用链接形式，其连接质量关乎结构整体质量。对于现浇混凝土结构而言，在进行混凝土浇筑前，可对钢筋连接进行隐蔽前的验收以保证浇筑成型后的工程质量；然而目前，对于装配式建筑套筒内的钢筋则基本无法进行全面和妥善的验收。根据相关的检测标准，通常只能对钢筋的插入长度进行检测以对连接钢筋的质量进行评估，而这是远远不够的。钢筋在套筒内的偏位量和偏转量，以及其偏位和偏转的方向等都是影响最终连接质量的因素。一是，由于产生应力集中等不利影响，容易引起节点连接耐久不足；二是，实际情况，钢筋的偏位或偏转还可能导致灌浆孔或出浆孔的灌浆料流通不畅，导致灌浆缺陷等更大问题出现，必须予以关注。

由于构件生产、调运及存放、运输和装配等过程中，都可能发生钢筋的偏位和偏转情况，在工人进行安装时，为节省工期一般不会主动进行校正(有时也无法进行校正)，甚至为了适应套筒位置以顺利安装而主动将钢筋掰歪，这都给结构连接埋下隐患。

因此，针对套筒内钢筋必须予以全面和妥善的检测验收，通过对其插入长度、偏位量及方向、偏转量及方向等实施检测，还原钢筋于套筒内的实际状态，根据数据结果进行三维建模，以实现对其实际工况下的受力性能分析，并评估其连接的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，能够准确提供建模数据，从而更真实的模拟连接状态下的连接稳定性，结果更为精确。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，在上层构件安装在下层构件的上表面后进行判断，下层构件的钢筋伸入上层构件的套筒内，套筒内壁设置有沿套筒轴向均匀布置的多个环形肋条；包括以下操作步骤：

S1、在内窥镜上安装侧视镜头，随后将内窥镜伸入套筒内，并对钢筋的端部和环形肋条进行图像获取，获取的图像中包括套筒内壁全貌，并且保证环形肋条位于图像中部位置；

S2、在图像中进行插入深度测量，通过点到面的测量功能，测量钢筋端部至侧视镜头表面的距离，然后根据侧视镜头所在高度计算钢筋插入套筒内的尺寸；

S3、在图像中进行偏转测量，选择与侧视镜头相邻的环形肋条，并在该环形肋条与套筒内壁的相交处选择三点，形成基准平面，然后在钢筋的纵肋边缘上选择一点E和一点F，其中点E的选择位置靠近纵肋顶部，点F的选择位置位于基准平面的下方，利用点到面的测量功能，测量点E到该水平基准面的距离H1，测量点F到该基准面的距离H2，利用点到点的测量功能，测量点E到点F沿纵肋的直线距离L1，则cosα＝(H2+H1)/L1；其中，α为钢筋沿套筒轴向的偏转角，点E和点F位于同一纵肋且同一侧的边缘上；

S4、将当前的图像进行保存，得到检测图片，对检测图片中的套筒和钢筋进行中心点查找，查找结束后在检测图片上建立十字坐标轴，十字坐标轴的轴心与套筒的中心点重合，记录钢筋的中心点位于十字坐标轴象限的象限位置，然后将钢筋的中心点与十字坐标轴的轴心连接形成角分线，测量角分线与X轴或者Y轴之间的夹角；

S5、通过钢筋插入套筒内的尺寸、偏转角、十字坐标轴、角分线、夹角、套筒尺寸和钢筋尺寸进行建模，随后通过有限元软件进行灌浆分析，得到连接性能数据并进行结果判断。

进一步地，在套筒的中心点查找中，先选择S3中选择的环形肋条，在环形肋条与套筒内壁的交界处任意选一点A，然后通过实时平移尺寸显示功能在相对应的另一侧交界处选点进行查找点B，当选择点的平移尺寸显示最大时，该位置选定为点B，在点A附近的交界处选择一点C，然后通过实时平移尺寸显示功能在相对应的另一侧交界处选点进行查找点D，当选择点的平移尺寸显示最大时，该位置选定为点D,点A和点B的连线与点C和点D的连线相交形成套筒的中心点。

进一步地，在钢筋的中心点查找中，先确定钢筋端部的圆形本体与两个纵肋形成的四个交点，通过两两交错选择连线，形成钢筋的中心点。

进一步地，十字坐标轴的Y轴与出浆口轴向方向一致。

进一步地，还包括不锈钢细管和定位塞，定位塞套设在不锈钢细管表面，定位塞塞入上层构件的出浆口内并固定不锈钢细管，内窥镜通过不锈钢细管伸入套筒内。

进一步地，通过钢筋插入套筒内的尺寸、角分线的尺寸、点A和点B的连线尺寸以及套筒的直径计算钢筋沿套筒轴向的偏转验证角α’，求α’和α的平均偏转角度，通过平均偏转角度进行建模。

本发明的有益效果：

1、本发明通过工业的内窥镜可以直接测量建模所需参数，通过快速的建模可以直接模拟现场情况下灌浆后的连接情况，从而可以得到接近真实的检测判断结果，更具信服力。

2、通过建立十字坐标轴的方式，能够有效的确定钢筋倾斜后轴线所处的平面，因此能够快速的还原钢筋偏位情况，建模后还原效果好。

3、通过内窥镜的尺寸测量技术，将测量钢筋偏转和倾斜转化为测量钢筋纵肋上两个点到平面的相对距离和两个点的直线距离，通过数学三角函数计算得到钢筋在套筒内相对于轴向的偏转角度，判断钢筋是否偏转或倾斜，并定量计算，检测准确性高。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的检测操作示意图；

图3是本发明的插入深度测量操作视图；

图4是本发明的偏转测量操作视图；

图5是本发明中心查找操作示意图；

图6是本发明象限定位操作示意图；

图7是本发明定位器的使用结构示意图；

图8是本发明的定位器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法的一实施例，在上层构件1安装在下层构件2的上表面后进行判断操作，其中已经确定了钢筋端部的高度并未超过套筒3的出浆口底部边缘，因此钢筋存在实际插入深度接近设计值的问题；本方法也基于现有市面上常用的带肋套筒进行，即套筒内壁设置有沿套筒轴向均匀布置的多个环形肋条4；具体方法包括：

先在内窥镜5上安装侧视镜头，随后将内窥镜伸入套筒内，并对钢筋8的端部和环形肋条进行图像获取，获取的图像中包括套筒内壁全貌，并且保证环形肋条位于图像中部位置；其中，为了便于钢筋插入深度的测算，可以采用不锈钢细管6和定位塞7的配合辅助，定位塞套设在不锈钢细管表面，不锈钢细管位于定位塞中部，定位塞塞入上层构件的出浆口内并固定不锈钢细管，使得不锈钢细管位置固定，内窥镜通过不锈钢细管伸入套筒内，从而保证内窥镜高度位置固定，便于计算插入深度，参照图2所示；

随后在图像中进行插入深度测量，参照图3所示，通过点到面的测量功能，测量钢筋端部至侧视镜头表面的距离，由于不锈钢细管的设置，内窥镜被定位了高度，无法上下移动，也就是出浆口的中心位置上，即出浆口轴向高度，通过套筒的型号尺寸能够得到套筒底部至出浆口中心的高度尺寸，高度尺寸减去测量得到的距离即可得到钢筋插入套筒内的尺寸，即为钢筋插入深度；

然后进行偏转测量，参照图4所示，选择与侧视镜头相邻的环形肋条，该环形肋条能够成像清晰，并且在制备时，定义该环形肋条的上表面位于钢筋插入高度设计值的水平位置上；在该环形肋条与套筒内壁的相交处选择三点，形成基准平面，然后在钢筋的纵肋边缘上选择一点E和一点F，其中点E的选择位置靠近纵肋顶部，点F的选择位置位于点E的下方，利用点到面的测量功能，测量点E到该水平基准面的距离H1，测量点F到该基准面的距离H2，利用点到点的测量功能，测量点E到点F沿纵肋的直线距离L1，则cosα＝(H2+H1)/L1；其中，α为钢筋沿套筒轴向的偏转角，点E和点F位于同一纵肋且同一侧的边缘上；

随后将当前的图像进行保存，得到检测图片，参照图5所示，对检测图片中的套筒和钢筋进行中心点查找，查找时，先选上述偏转测量中选择的环形肋条，在环形肋条与套筒内壁的交界处任意选一点A，然后通过实时平移尺寸显示功能在相对应的另一侧交界处选点进行查找点B，当选择点的平移尺寸显示最大时，该位置选定为点B，在点A附近的交界处选择一点C，然后通过实时平移尺寸显示功能在相对应的另一侧交界处选点进行查找点D，当选择点的平移尺寸显示最大时，该位置选定为点D,点A和点B的连线与点C和点D的连线相交形成套筒的中心点O1；在钢筋的中心点查找中，先确定钢筋端部的圆形本体与两个纵肋形成的四个交点，四个交点完全能够在图像中被清晰的观察到，然后以交错的方式两两交错选择连线，形成X交线，交点即为钢筋的中心点O2；

随后以套筒的中心点作为零点，并建立十字坐标轴，参照图6所示，十字坐标轴的Y轴与出浆口轴向方向一致，在后续建模中，根据十字坐标轴能够确定套筒的朝向；建立完成后记录钢筋的中心点位于十字坐标轴象限内的象限位置，然后将钢筋的中心点与十字坐标轴的轴心连接形成角分线，测量角分线与X轴或者Y轴之间的夹角；

至此，能够将建模所需要的参数收集完毕，随后可以进行建模；建模时，根据钢筋插入套筒内的尺寸，从基准面的圆点起向下可以绘制套筒的下段本体，通过套筒的总长度减去钢筋插入套筒内的尺寸，可以绘制套筒的上段本体，然后根据套筒设计尺寸，还能够将出浆口、灌浆口以及内部环形肋进行绘制；

通过钢筋插入套筒内的尺寸，从基准面的圆点往下即可找到钢筋轴向的起始点，基于钢筋是从套筒中心伸入的基础，即起始点至基准面的圆点的连线垂直于基准面，使得起始点从建模中方便找寻，根据基准面的圆点、十字坐标轴、角分线以及夹角可以建立沿角分线且垂直于基准面的竖向的第二基准面，由于第二基准面沿着角分线建立，因此基准面的圆点、钢筋顶部的中心点以及起始点均在第二基准面内，最后基于起始点和倾斜角度，在第二基准面内绘制钢筋即可；

最后通过有限元软件进行灌浆分析，得到连接性能数据并进行结果判断。

在一实施例中，为了减少测量的误差，通过钢筋插入套筒内的尺寸、角分线的尺寸(在将钢筋的中心点与十字坐标轴的轴心连接形成角分线时尺寸既能够显示，为图片测量尺寸)、点A和点B的连线尺寸(也为图片测量尺寸)以及套筒的直径(实际尺寸)，计算钢筋沿套筒轴向的偏转验证角α’，首先要计算角分线的实际长度，角分线的实际长度＝套筒的直径/点A和点B的连线尺寸*角分线的尺寸，通过勾股定理可以求得tanα’＝钢筋插入套筒内的尺寸/角分线的实际长度，随后求α’和α的平均偏转角度，进行，通过平均偏转角度进行钢筋的绘制，能够大大降低测量误差。

在一实施例中，由于在检测插入深度和偏转角时，需要操作内窥镜主机，操作时存在牵扯内窥镜导致移动的问题出现，因此还设计了定位器，参照图7和图8所示，定位器包括保护套120、卡套121和塑料电缆接头122，保护套套设固定在不锈钢细管远离可视开口的外端部上，保护套沿轴向的两端上均设置有限位凸环123，卡套为U型结构，卡套的两侧边内壁上对称设置有挤压凸部124，两个挤压凸部与U型结构配合形成C型卡槽，卡套通过C型卡槽向外形变后卡设在保护套的两个限位凸环之间，卡设固定后卡套无法沿轴向移动，并且在不施加径向外力时，卡套也无法沿径向移动，不施加周向外力时，也无法沿保护套表面自转，卡套底部还通过连接臂125与塑料电缆接头的底部连接，塑料电缆接头的轴线与不锈钢细管的轴线重叠设置，卡套的两侧边外壁上对称设置有两个加强凸部126，加强凸部与定位弹片127一端固定，定位弹片另一端与塑料电缆接头连接，两个定位弹片与连接臂配合形成三点固定结构。

使用时，保护套与不锈钢细管固定为一体结构，保护套可以作为端部手持部使用，保护套可以避免在卡设过程中卡套对不锈钢细管挤压形变造成损坏，图中示出了一个限位凸环，两个限位凸环形成工字型限位效果，卡套通过U型结构的开口朝向保护套推入，推入时，先由挤压凸部抵触到保护套并在不断的推入中向外挤压，使得卡套的两侧边向外形变，当推入过半后，由于保护套圆柱面结构的形态，挤压凸部受阻变小，卡套的两侧边逐渐复位，当完全卡入保护套内后，挤压凸部是无法完全复位的，卡套的两侧边还处于向外形变的状态，有效保证拉紧效果，保证安装稳定性；由于卡套的两侧边处于向外形变的状态，因此定位弹片也会被向外弯曲并形成作用力，能够进一步的保证三点固定结构的稳定性，在操作塑料电缆接头时以及操作内窥镜主机时，也不会有振动或者晃动的问题，更为稳定可靠。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，其特征在于，在上层构件安装在下层构件的上表面后进行判断，下层构件的钢筋伸入上层构件的套筒内，套筒内壁设置有沿套筒轴向均匀布置的多个环形肋条；包括以下操作步骤：

S1、在内窥镜上安装侧视镜头，随后将内窥镜伸入套筒内，并对钢筋的端部和环形肋条进行图像获取，获取的图像中包括套筒内壁全貌，并且保证环形肋条位于图像中部位置；

S2、在图像中进行插入深度测量，通过点到面的测量功能，测量钢筋端部至侧视镜头表面的距离，然后根据侧视镜头所在高度计算钢筋插入套筒内的尺寸；

S3、在图像中进行偏转测量，选择与侧视镜头相邻的环形肋条，并在该环形肋条与套筒内壁的相交处选择三点，形成基准平面，然后在钢筋的纵肋边缘上选择一点E和一点F，其中点E的选择位置靠近纵肋顶部，点F的选择位置位于基准平面的下方，利用点到面的测量功能，测量点E到该水平基准面的距离H1，测量点F到该基准面的距离H2，利用点到点的测量功能，测量点E到点F沿纵肋的直线距离L1，则cosα＝(H2+H1)/L1；其中，α为钢筋沿套筒轴向的偏转角，点E和点F位于同一纵肋且同一侧的边缘上；

S4、将当前的图像进行保存，得到检测图片，对检测图片中的套筒和钢筋进行中心点查找，查找结束后在检测图片上建立十字坐标轴，十字坐标轴的轴心与套筒的中心点重合，记录钢筋的中心点位于十字坐标轴象限的象限位置，然后将钢筋的中心点与十字坐标轴的轴心连接形成角分线，测量角分线与X轴或者Y轴之间的夹角；

S5、通过钢筋插入套筒内的尺寸、偏转角、十字坐标轴、角分线、夹角、套筒尺寸和钢筋尺寸进行建模，随后通过有限元软件进行灌浆分析，得到连接性能数据并进行结果判断。

2.如权利要求1所述的一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，其特征在于，在套筒的中心点查找中，先选择S3中选择的环形肋条，在环形肋条与套筒内壁的交界处任意选一点A，然后通过实时平移尺寸显示功能在相对应的另一侧交界处选点进行查找点B，当选择点的平移尺寸显示最大时，该位置选定为点B，在点A附近的交界处选择一点C，然后通过实时平移尺寸显示功能在相对应的另一侧交界处选点进行查找点D，当选择点的平移尺寸显示最大时，该位置选定为点D,点A和点B的连线与点C和点D的连线相交形成套筒的中心点。

3.如权利要求1所述的一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，其特征在于，在钢筋的中心点查找中，先确定钢筋端部的圆形本体与两个纵肋形成的四个交点，通过两两交错选择连线，形成钢筋的中心点。

4.如权利要求1所述的一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，其特征在于，十字坐标轴的Y轴与出浆口轴向方向一致。

5.如权利要求1所述的一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，其特征在于，还包括不锈钢细管和定位塞，定位塞套设在不锈钢细管表面，定位塞塞入上层构件的出浆口内并固定不锈钢细管，内窥镜通过不锈钢细管伸入套筒内。

6.如权利要求5所述的一种基于图像识别及数据模拟的构件连接检测方法，其特征在于，通过钢筋插入套筒内的尺寸、角分线的尺寸、点A和点B的连线尺寸以及套筒的直径计算钢筋沿套筒轴向的偏转验证角α’，求α’和α的平均偏转角度，通过平均偏转角度进行建模。

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