一种混凝土表面裂缝的检测装置及方法

本发明属于混凝土损伤检测，具体为一种混凝土表面裂缝的检测装置及方法。

背景技术：

1、近年来，桥梁、隧道、楼房等结构数量逐渐增多，而混凝土材料由于其易于取材，施工方法简单的特点而广泛应用在基础设施建设中。随着使用年限的增加，混凝土结构数量逐年增多，破损情况也逐年增多，为保证人们的生命财产安全和混凝土结构健康安全，对混凝土损伤情况进行检测评定是一项基础性检测项目。

2、混凝土裂缝是一种难以避免的混凝土结构损伤，混凝土裂缝检测是一项非常重要的检测项目。混凝土裂缝出现位置和结构物的受力方式有较大关系，例如混凝土梁裂缝大多出现在梁底部或者梁侧面，混凝土隧道裂缝主要出现在拱顶位置，楼房框架结构经常出现不均匀裂缝等。

3、对于混凝土裂缝出现的位置，普遍的情况是检测人员不易到达，损伤检测不够彻底。现有无人化检测方法例如基于无人机技术的桥梁检测方法，该检测方法优点是机动性较强且对桥梁结构的覆盖面广，检测方法大多基于机器视觉和图像采集，而裂缝宽度数据在毫米级，基于无人机技术的桥梁检测方法无法对桥梁表面进行高精度检测。对于固定在桥梁结构上的大型桥梁检测装置虽然可以对裂缝进行高精度检测，但其只能对特定位置进行检测与维修，覆盖面局限性大，机动性差。

技术实现思路

1、就以上裂缝检测过程中存在的问题，本发明的目的是提供一种混凝土表面裂缝的检测装置及方法，制作成本低，在保证人员安全的情况下，可以提高检测范围和裂缝检测精确度。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、一种混凝土表面裂缝的检测装置，包括裂缝观测单元，以及若干个个数相同的受力平衡单元和转向驱动单元，受力平衡单元和转向驱动单元依次首尾相连后形成辅助框体，裂缝观测单元固定在辅助框体的中心；

4、所述受力平衡单元包括旋转电机和支撑环，旋转电机固定在支撑环的中心，旋转电机的输出端固定有若干水平分布在支撑环内的扇叶；

5、所述转向驱动单元包括支撑架、均呈空心筒状的驱动电机和转向电机，驱动电机转动设置在固定轴上，驱动电机外侧端上安装有轮胎，固定轴远离轮胎的一端固定有竖向分布的定位件，转向电机沿轴向转动设置在定位件中且伸出定位件，固定轴上驱动电机和定位件之间的位置固定有限位块，支撑架包括两沿水平方向平行的圆弧边组成的弧形框体，所述框体的底面高于轮胎的底面，内侧圆弧边开设有与限位块纵截面相同的弧形通槽，限位块位于弧形通槽中，外侧圆弧边位于内侧的表面转向轨道，转向电机轮缘上的齿与转向轨道的齿槽相啮合，固定轴沿水平方向分布，轮胎的底面与待检测混凝土表面接触；

6、所述裂缝观测单元包括定位箱体和微距摄像头，定位箱体的下表面固定有推动电机，微距摄像头固定在推动电机位于下侧的输出端，微距摄像头的摄像头朝下设置。

7、优选的，所述的旋转电机包括一个转动部件和固定部件，所有的扇叶沿周向均匀固定在转动部件的外壁上，固定部件分别位于转动部件竖直方向的两端，支撑环内固定有一对连杆组件，分别沿水平方向与固定部件的上下端一一对应，每个连杆组件包括4～8个沿支撑环径向均匀分布的连接杆，每个连接杆的外侧端固定在支撑环的内壁上，每个连接杆的内侧端固定在固定部件上。

8、优选的，所述的定位件包括u型支架和中心轴，中心轴沿竖直方向设置在u型支架的两个顶点之间，中心轴位于u型支架的外侧，中心轴上固定有芯轴，芯轴上转动设置有转向电机。

9、优选的，所述的限位块为弧形块，限位块的弧度对应的曲率与支撑架中内侧圆弧相应的曲率相同，限位块中开设有内径与固定轴直径相同的通孔，限位块通过所述通孔固定在固定轴上。

10、优选的，还包括定位架，所述的定位架包括分布在轮胎两侧的第一定位架与第二定位架，第一定位架下侧的圆型通孔固定插接在驱动电机上，固定轴的外侧端与驱动电机的外侧端留有间距，第二定位架下侧的圆型通孔穿过驱动电机的外侧端后固定在固定轴和驱动电机的结合处。

11、进一步，所述的定位架还包括旋转块和条形块，条形块位于旋转块的下表面；

12、所述第一定位架与第二定位架均为l型，第一定位架与第二定位架的水平边分别固定在条形块宽度方向的两侧，支撑架还包括开设有圆型通槽的定位帽，定位帽与弧形框体固定连接，旋转块转动设置在定位帽的圆型通槽中。

13、进一步，所述的定位帽高于弧形框体，定位帽通过一组内弧形连杆组件和一组外弧形连杆组件与弧形框体的上端面固定连接；

14、所述的内弧形连杆组件和外弧形连杆组件均各自由3～5个弧度相同的弧形连杆组成，所有内弧形连杆的下端在内侧圆弧边上表面的两端和之间均匀分布，所有内弧形连杆的上端在定位帽相应位置的侧壁上均匀分布，所有外弧形连杆的下端在外侧圆弧边上表面的两端和之间均匀分布，所有外弧形连杆的上端在定位帽相应位置的侧壁上均匀分布，所有外弧形连杆上端在定位帽上的位置高于所有内弧形连杆上端在定位帽上的位置。

15、优选的，所述的推动电机为直线步进电机，定位箱体下表面的中心固定有一个矩形框体，直线步进电机为若干个，每个直线步进电机各自贴合固定在所述矩形框体的内壁上，微距摄像头外侧中心各自固定在相应直线步进电机的输出端，直线步进电机在未工作时，矩形框体的内壁与微距摄像头的外壁贴合设置。

16、进一步，所述定位箱体上表面的中心布置有操作面板，定位箱体内腔的中心位置自上而下布置有电路板和信号收发装置，操作面板与电路板电连接，用于与远程终端设备配对，信号收发装置、微距摄像头、旋转电机、驱动电机、转向电机和直线步进电机分别与电路板电连接，信号收发装置与远程终端设备进行信息交互。

17、一种混凝土表面裂缝的检测方法，基于上述任意一项所述的混凝土表面裂缝的检测装置，包括如下步骤：

18、当在平面的混凝土上表面进行检测时：

19、s1，需要转向时，停止所有驱动电机转动，根据需要调转的方向控制所有转向电机旋转，转向电机轮缘上的齿在圆弧型转向轨道的齿槽中转动，转向电机通过定位件带动限位块在支撑架内侧圆弧边的弧形通槽中移动，使水平方向分布的固定轴做转向运动，带动轮胎在混凝土上表面完成需要的转动量，之后停止所有转向电机转动；

20、s2，需要移动时，停止所有转向电机转动，控制所有驱动电机在固定轴上保持转动，根据移动距离控制驱动电机的转动量，驱动电机带动轮胎在混凝土上表面完成需要的移动量，之后停止所有驱动电机的转动；

21、s3，微距摄像头到达检测位置后根据拍摄需要控制推动电机，使微距摄像头移动到最大行程，微距摄像头的最下端贴在混凝土表面，再拍摄混凝土表面的裂缝图像，之后控制推动电机将微距摄像头收回，微距摄像头将裂缝图像数据传递给远程终端设备进行分析，计算得到图像中的裂缝宽度；

22、当在竖向、底部或倾斜的混凝土表面进行检测时，控制所有旋转电机开始转动，驱动水平分布的扇叶在支撑环内转动，搅动空气形成垂直于混凝土表面的推力作用在受力平衡单元上，使依次首尾相连的受力平衡单元和转向驱动单元稳定地保持在所述的混凝土表面，进而使所有轮胎稳定保持在混凝土表面，需要转向时，按照s1中相应的过程进行，需要移动时，按照s2中相应的过程进行，之后按照s3中相应的过程完成混凝土表面裂缝的检测。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

24、本发明一种混凝土表面裂缝的检测装置，个数相同的受力平衡单元和转向驱动单元可保证检测装置外部结构的平衡受力，这样裂缝观测单元位于其中心方便稳定地对混凝土表面进行观测。旋转电机可驱动扇叶转动，搅动空气形成垂直的推力，对于竖向、底部、倾斜面的混凝土表面，在推力作用下，轮胎与混凝土间产生摩擦力，倾斜面摩擦力与推力的合力可与重力相平衡，竖向的摩擦力与重力相平衡，底部的混凝土表面推力与重力相平衡，从而使检测装置稳定在混凝土表面上。驱动电机在固定轴上转动，可带动轮胎在混凝土表面转动，转向电机轮缘上的齿与转向轨道齿槽啮合可实现转向电机的运动，限位块和定位件均固定在固定轴上，转向电机带动定位件运动，定位件进而带动限位块在支撑架的弧形框体内侧圆弧边中的弧形通槽中移动，将固定轴限制为水平方向的转向运动，实现了轮胎在水平位置的转向运动。推动电机可上下移动，带动微距摄像头在定位箱体下方上下直线运动，可满足拍摄混凝土表面裂缝图像的需要。该裂缝检测装置降低了人员风险，实现了裂缝检测过程无人化，最大限度保证检测人员安全。本发明减少了人工成本，可多个检测装置同时工作，检测人员可根据需要设置检测位置，转向电机和驱动电机可移动到检测位置，在保持机动性能的前提下提高了测量精确度，加快了检测效率。对于桥梁结构或者隧道等整体性结构，可根据需要在远程终端设备上生成结构整体的裂缝分布图像，为后期检测方案制定提供参考。