技术领域
[0001] 本
发明属于隧道病害检测的技术领域，具体涉及一种基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置。
背景技术
[0002] 隧道结构常见病害主要表现为衬砌裂缝、断面
变形、错台错缝、渗漏
水、蜂窝麻面、剥落剥离等。目前运营隧道的日常监测工作，大多离不开人工作业。例如，隧道衬砌裂缝的检测，是采用人工肉眼识别，然后用标尺测量，相机拍照记录裂缝特质形态，人工记录裂缝
位置信息。对于拱腰以上和拱顶的衬砌裂缝检测，则需要采用
脚手架或者高空升降平台车，检测人员才能近距离
接触到隧道内壁，采用
手电筒照明，肉眼查看拱腰和拱顶的病害。该方法检测到的衬砌裂缝准确率低，容易漏检，在检测工程中，人员安全性差，检测效率低，1公里隧道10个人需要1小时完成。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于针对
现有技术中的上述不足，提供一种基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置，以解决现有隧道病害检测效率低的问题。
[0004] 为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0005] 一种基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置，其包括检测车、安装于检测车上的
底板和固定于底板上的凸型台；检测车的
车轮上安装光电
编码器；
[0006] 凸型台包括第一凸型台和第二凸型台；第一凸型台和第二凸型台通过滑轨分别滑动固定于底板的两端；第一凸型台的左侧板、右侧板、中间横板和第二凸型台的中间横板上均设置激光测距仪；第二凸型台的左侧板和右侧板上分别设置隧道
曲率分析相机和工业面阵CCD相机；第一凸型台和第二凸型台的顶板上均设置
电机安装座，电机安装座内容置
驱动电机；驱动电机的
输出轴与
连接杆的一端通过
联轴器连接，连接杆的另一端固定在承载圆盘底部；承载圆盘底部分别与四根伸缩杆的一端连接，四根伸缩杆的另一端固定于电机安装座顶部；承载圆盘顶部装载3D激光
扫描仪和光照强度
传感器；
[0007] 位于两根滑轨的外侧均匀分布有若干个旋转灯，两根滑轨之间设置控制盒；控制盒内集成有
控制器、以及分别与控制器电连接的电源和通信模
块；激光测距仪、隧道曲率分析相机、工业面阵CCD相机、驱动电机、3D激光扫描仪、光照强度传感器、旋转灯和光电编码器均与控制器电连接；通信模块分别与外部计算机和车载计算机
信号连接。
[0008] 优选地，第一凸型台和第二凸型台的左侧板和右侧板底部均开设有用于与滑轨配合的滑槽。
[0009] 优选地，旋转灯包括灯筒和
定位板；灯筒两端通过旋转臂固定于定位板上；旋转臂上设有调节灯筒转向的调节
螺栓。
[0010] 优选地，旋转灯为无影灯照明。
[0011] 优选地，通信模块通过数据线与检测车车载计算机连接，并通过LORA无线传输与外部计算机无线连接。
[0012] 优选地，工业面阵CCD相机靶面距离隧道壁的径向距离为2.0m-2.2m。
[0013] 优选地，两根滑轨通过螺栓固定于底板上。
[0014] 优选地，驱动电机为25BYT-2直线电机。
[0015] 本发明提供的基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置，具有以下有益效果：
[0016] 本发明通过工业面阵CCD相机、隧道曲率分析相机和3D激光扫描仪等
电子仪器采集隧道衬砌断面图、获取隧道衬砌断面的轮廓尺寸图像，其中，扫描获得的图像位置信息与光电编码器里程定位中的里程对应，同时将采集的图像数据信息进行图像拼接，生成隧道展布图，并进行
图像识别分析，提取跨断层隧道病害信息。本发明基于检测车实现各个检测装置的装载，在检测车运行的同时，实现跨断层隧道的病害检测，替代了人工检测，检测效率和
精度都大大提高了。
附图说明
[0017] 图1为基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置的底板结构图。
[0018] 图2为基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置的凸型台结构图。
[0019] 图3为基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置的旋转灯结构图。
[0020] 图4为基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置检测车的结构图。
[0021] 其中，1、底板；2、第一凸型台；3、第二凸型台；4、控制盒；5、滑轨；6、旋转灯；7、激光测距仪；8、隧道曲率分析相机；9、工业面阵CCD相机；10、3D激光扫描仪；11、光照强度传感器；12、车轮；13、光电编码器；14、检测车；21、右侧板；22、左侧板；23、顶板；24、电机安装座；25、驱动电机；26、连接杆；27、伸缩杆；28、承载圆盘；29、中间横板；61、灯筒；62、定位板；63、调节螺栓；64、旋转臂。
具体实施方式
[0022] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于
本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的
权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0023] 根据本
申请的一个
实施例，参考图1-图4，本方案的基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置，包括检测车14、安装于检测车14上的底板1和固定于底板1上的凸型台，检测车14的车轮12上安装光电编码器13，用于记录检测车14行走的行程，并将扫描获得的图像位置信息与光电编码器13里程定位中的里程对应。
[0024] 凸型台包括结构相同的第一凸型台2和第二凸型台3，第一凸型台2和第二凸型台3均包括左侧板22、右侧板21和顶板23，中间横板29固定于顶板23下端。
[0025] 第一凸型台2和第二凸型台3的左侧板22和右侧板21底部均开设有滑槽，滑槽与滑轨5配合，实现第一凸型台2和第二凸型台3在底板1上的移动，进而调节第一凸型台2和第二凸型台3之间的距离。
[0026] 电机安装座24固定于第一凸型台2和第二凸型台3的顶板23上，电机安装座24内容置驱动电机25，驱动电机25为25BYT-2直线电机，可将旋转运动自主转换为线性运动。
[0027] 驱动电机25的输出轴与连接杆26的一端通过联轴器连接，即驱动电机25作业可实现连接杆26上下运动。
[0028] 连接杆26的另一端固定在承载圆盘28底部，承载圆盘28底部分别与四根伸缩杆27的一端连接，四根伸缩杆27的另一端固定于电机安装座24顶部，承载圆盘28顶部装载3D激光扫描仪10和光照强度传感器11。
[0029] 3D激光扫描仪10高度调节的原理为：
[0030] 驱动电机25作业带动连接杆26向上(或向下)运动，进而推动承载圆盘28一起向上运动，承载圆盘28向上运动进而带动四根伸缩杆27一起向上运动，即实现承载圆盘28内的光照强度传感器11和3D激光扫描仪10向上运动。即实现了光照强度传感器11和3D激光扫描仪10高度的调节，以期将3D激光扫描仪10调节至最佳的扫描高度，进而提高扫描精度。
[0031] 其中，3D激光扫描仪10用于扫描隧道衬砌断面的轮廓尺寸，而在第一凸型台2和第二凸型台3的承载圆盘28上个各设置一个3D激光扫描仪10，采用两台3D激光扫描仪10进行隧道的扫描和数据的获取，用于数据的误差补偿和修正，增加数据的真实性和准确性，提高扫描精度。
[0032] 第一凸型台2的左侧板22、右侧板21、中间横板29和第二凸型台3的中间横板29上均设置激光测距仪7，第二凸型台3的左侧板22和右侧板21上分别设置隧道曲率分析相机8和工业面阵CCD相机9。
[0033] 工业面阵CCD相机9靶面距离隧道壁的径向距离为2.0m-2.2m。激光测距仪7用于测量工业面阵CCD相机9与隧道表面距离并记录，工业面阵CCD相机9用于采集隧道衬砌断面图，采集隧道表面病害图像数据。
[0034] 本发明在多个方向上均设置激光测距仪7，可用于测量到隧道壁的多个距离，在进行激光测距时同时成像，可以获得包含激光光斑的隧道内壁图像。
[0035] 病害检测原理为：
[0036] 将3D激光扫描仪10扫描获得的图像位置信息与光电编码器13里程定位中的里程对应，并将其轮廓扫描采集的隧道轮廓
数据处理后生成隧道断面图；进而根据采集的隧道衬砌断面图进行图像拼接，生成隧道展布图，并进行图像识别分析，提取隧道病害信息。
[0037] 位于两根滑轨5的外侧均匀分布有若干个旋转灯6，旋转灯6包括灯筒61和定位板62，灯筒61两端通过旋转臂64固定于定位板62上，旋转臂64上设有调节灯筒61转向的调节螺栓63，可根据实际需要将灯筒61旋转至最佳位置，提高检测设备的拍摄精度。
[0038] 旋转灯6为无影灯照明，不会产生阴影，不会影响隧道曲率分析相机8、工业面阵CCD相机9和3D激光扫描仪10的
数据采集。
[0039] 旋转灯6受控于控制器，当检测车14进入隧道后，光照强度实时采集当前位置的光照强度，并将采集的光照强度信息传送至控制器内。控制器接收该信息，并判断当前光照强度是否位于预设的光照强度范围值内(隧道曲率分析相机8、工业面阵CCD相机9和3D激光扫描仪10拍摄的正常范围值)，若不处于(一般情况下，隧道的光照强度较低)且低于预设的光照强度范围值内时，控制器控制开启旋转灯6，并旋转开启旋转灯6的个数，以满足隧道曲率分析相机8、工业面阵CCD相机9和3D激光扫描仪10对光照强度的要求。
[0040] 控制盒4设置于两根滑轨5之间，控制盒4内集成有控制器、以及分别与控制器电连接的电源和通信模块；激光测距仪7、隧道曲率分析相机8、工业面阵CCD相机9、驱动电机25、3D激光扫描仪10、光照强度传感器11、旋转灯6和光电编码器13均与控制器电连接；通信模块分别与外部计算机和车载计算机信号连接。
[0041] 通信模块可以为RJ45
接口，用于与检测车14车载控制室有线连接，实现数据的传送和接收。也可以为LORA无线传输模块，实现与外部计算机的连接。
[0042] 其中，控制器为
单片机、PLC或者其它控制结构，主要用于控制数据的采集和信息的接收、储存，并将接收的数据传送至检测车14车载控制室和外部计算机，实现对隧道病害的检测。
[0043] 本方案的基于激光技术的跨断层隧道病害检测装置的工作原理为：
[0044] 将底板1以及底板1上的各个检测电子元器件固定于检测车14上，工作人员驾驶检测车14进入隧道，并在进入隧道的同时，通过下达指令至控制器控制广电编码器、激光测距仪7、隧道曲率分析相机8、工业面阵CCD相机9、驱动电机25、3D激光扫描仪10、光照强度传感器11开启作业。
[0045] 光照强度实时采集当前位置的光照强度，并将采集的光照强度信息传送至控制器内。控制器接收该信息，并判断当前光照强度是否位于预设的光照强度范围值内，若不处于且低于预设的光照强度范围值内时，控制器控制开启旋转灯6，并旋转开启旋转灯6的个数，以满足隧道曲率分析相机8、工业面阵CCD相机9和3D激光扫描仪10对光照强度的要求。
[0046] 同时，控制驱动电机25将3D激光扫描仪10调节至最佳(光照强度最佳、距离隧道
墙壁的距离适中)的扫描高度。
[0047] 3D激光扫描仪10扫描隧道衬砌断面的轮廓尺寸，采用两台3D激光扫描仪10进行隧道的扫描和数据的获取，用于数据的误差补偿和修正。激光测距仪7测量工业面阵CCD相机9与隧道表面距离并记录，工业面阵CCD相机9采集隧道衬砌断面图，进而采集隧道表面病害图像数据；将采集的多个隧道信息通过通信模块传送至检测车14车载控制室和外部计算机中。
[0048] 3D激光扫描仪10扫描获得的图像位置信息与光电编码器13里程定位中的里程对应，将3D激光扫描仪10进行轮廓扫描采集的隧道轮廓数据处理后生成隧道断面图；进而根据采集的隧道衬砌断面图进行图像拼接，生成隧道展布图，并进行图像识别分析，提取隧道病害信息。
[0049] 本发明利用检测车14实现各个检测装置的装载，在检测车14运行的同时，基于激光技术实现跨断层隧道的病害检测，替代了人工检测，检测效率和精度都大大提高了。
[0050] 虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本
专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种
修改和变形仍属本专利的保护范围。
