堆石料粒径级配检测视频拍摄装置及方法与流程

[0001]
本发明涉及土石坝施工技术领域，尤其是一种堆石料粒径级配检测视频拍摄装置及方法。


背景技术：

[0002]
随着我国能源结构的调整和经济建设对电力的需求，近年来我国大力开展水电工程建设，我国西南地区水电资源丰富，到2020年，西部常规水电装机规模达到24000万千瓦，占全国的比例为70.6%，开发程度达到44.5%。这些地区通常位于高山峡谷地区，地质条件复杂、对外交通不便、施工环境恶劣，土石坝由于其对基础条件的良好适应性、能就地取材、能充分利用建筑物的开挖料、造价较低、结构稳定性好，在水电工程建设中得到了广泛应用。近年来，我国在西南地区修建的海拔超过200m的特高坝中，心墙堆石坝数量众多，除了已建成的糯扎渡、长河坝、瀑布沟等工程外，目前还有两河口、双江口、拉哇等工程正在建设当中。
[0003]
心墙堆石坝坝具有填筑方量大、填筑施工强度高、质量控制要求严等特点。级配是影响土石料压实后力学性能的主要因素。为了保证土石坝工程的填方压实质量，提高填方工程的抗渗性能和抗变形能力，采用合理级配的填筑料尤为重要。而土石坝填筑过程中，由于填筑方量较大，势必要对大量的土石料样本做级配检测，以保证工程质量。如何快速、准确检测并判断填筑土石料的级配的合理性一直是工程界关注的焦点问题。
[0004]
传统的土石料级配检测方法是首先通过人工随机抽取，再采用人工筛分或摇筛机对土石料进行筛分，然后由人工统计获得级配曲线。该方法虽然技术成熟，但是费时、费力、代表性不强，与现行的高效机械化填筑施工不相配套，无法快速进行大量填筑土石料的级配检测。为此，不少学者进行了大量的探索，其中最主流的方向就是基于图像识别技术的级配检测研究。图像识别技术的相关理论在当下已经得到长足的发展。然而在土石料级配检测领域中，则存在另一个新的问题，即如何获取大量石料的有效图片。有效图片是指既能清晰的分辨出待检测的每一粒石料，又能清楚的识别石料与图片背景之间的像素界限。


技术实现要素：

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本发明所要解决的技术问题是提供一种堆石料粒径级配检测视频拍摄装置及方法，为大量石料级配快速检测过程提供有效图片。
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为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：堆石料粒径级配检测视频拍摄装置，包括移动架，移动架上固定有石料传输机构， 石料传输机构的输送末端安装有视频拍摄机构；所述移动架包括底座，底座下端安装有行走轮，底座一端安装有拖曳结构；所述石料传输机构包括传送带，传送带安装在主滚轮、后副滚轮、前副滚轮、起运端承力转轴及下料端承力转轴上，并通过电机驱动；所述视频拍摄机构包括滑动板，滑动板滑动设置在底座的滑槽上，滑动板一端安装有
多个伸缩杆，伸缩杆上固定有工业摄像机或聚光灯，摄像机、聚光灯与传送带输出端下方的视频背景光幕正对。
[0007]
所述拖曳结构由横向支撑杆141、纵向承力杆142和末端拉环143组成；拖曳结构一端滑动设置在底座下端的中空滑槽内。
[0008]
所述传送带整体呈横“p”形结构。
[0009]
所述视频背景光幕为电子光幕且宽度与传送带的宽度相匹配。
[0010]
所述传送带输出端下方放置有石料收集容器。
[0011]
堆石料粒径级配检测视频拍摄方法，包括以下步骤：step1、用铲土机将待检测石料铲到传送带的靠近起运端承力轴一侧，并将石料按照一定厚度平铺；step2、根据检测石料的整体颜色，调整背景光幕的背景光，使背景光与石料颜色形成鲜明对比；step3、调整相机的位置，使其正对背景光幕的中心；step4、调整聚光灯的位置，使两个聚光灯能完全照明拍摄区域；step5、在背景光幕上测量拍摄矩形区域的实际尺寸，将数据进行记录；step6、安放石料收集容器，使下落的石料被容器完全收集；step7、设置传送带的运行速度参数；step8、打开聚光灯和相机；step9、启动电机，开始录制；step10、电机启动后，通过皮带带动主滚轮转动，主滚轮再带动传送带运动，后副滚轮和前副滚轮、起运端承力轴和下料端承力轴在传送带的带动下转动，将传送带上的平铺石料自起运端承力轴侧匀速运输至下料端承力轴侧，石料自下料端自由落下，石料落经背景光幕时，摄像机进行视频录制，记录石料下落的全过程；step11、当最后一块石料自下料端落下时，立即关闭摄像机，再关闭电机、聚光灯和背景光幕；step12、清理视频拍摄装置，完成视频录制。
[0012]
本发明一种堆石料粒径级配检测视频拍摄装置及方法，具有以下技术效果：1）、通过调整传送带的传输速率和物料的铺设厚度，可以调整拍摄端的石料滚落频率，能清晰的分辨出待检测的每一粒石料，从而获取到大量数据图片；通过改变拍摄机构中的石料滚落背景颜色，可以让视频背景色与石料颜色形成鲜明对比，能清楚的识别石料与图片背景之间的像素界限；通过对拍摄视频进行帧图提取和数据分析，保证石料级配检测过程的完整性。
[0013]
2）、通过视频图像的石料级配检测，相较于传统筛分法，在效率上提上了98%以上。
[0014]
3）、通过视频图像的石料级配检测，相较于传统筛分法，单次检测成本解决了90%以上。
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4）、通过视频图像的石料级配检测，相较于传统筛分法，由分级筛选的近似统计变为连续粒径的逐步检测 ，在检测精度上获得显著提升。
[0016]
5）、通过视频图像的石料级配检测，相较于传统筛分法，由于其检测效率、检测精度的大幅提升和经济成本的显著降低，在工程上可做更大规模的抽样检测，进一步提高检
测结果的全局代表性。
附图说明
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下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的结构示意图。
[0018]
图2为本发明的底座拖曳结构示意图。
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图3为本发明的传送机构结构示意图。
[0020]
图中：底座1，前轮11，中轮12，后轮13，拖曳结构14，横向支撑杆141，纵向承力杆142，拉环143，底座滑槽15，传送带2，电机21，皮带22，主滚轮23，后副滚轮24，前副滚轮25，中间隔板26，安全护板27，起运端承力转轴28，下料端承力转轴29，摄像机31，聚光灯32，背景光幕33，伸缩杆34，滑动板35，滑槽36。
具体实施方式
[0021]
如图1所示，堆石料粒径级配检测视频拍摄装置，包括能够在地面任意运动的移动架；包括由传送带和动力系统组成的石料传输机构；包括由摄像机、聚光灯、背景光幕等组成的视频拍摄机构。石料传输机构与视频拍摄机构相互协同，通过调整传送带的运行速率、调整物料铺设厚度和背景颜色等，完成视频图像的录制，保证每一粒石料都在视频中被单独曝光。
[0022]
具体地，移动架包括底座1，底座1下端安装有前轮11、中轮12及后轮13，底座1的右端安装有拖曳结构14，通过外部拉力拉动拖曳结构14使移动架在地面运动。
[0023]
如图2所示，拖曳结构14由横向支撑杆141、纵向承力杆142和末端拉环143组成；拖曳结构14一端滑动设置在底座1下端的中空滑槽15内。这样在拖曳结构14不使用时可缩回到底座1内部存放。
[0024]
如图3所示，具体地，所述石料传输机构包括传送带2、主滚轮23、后副滚轮24、前副滚轮25、起运端承力转轴28及下料端承力转轴29，主滚轮23、后副滚轮24、前副滚轮25、起运端承力转轴28及下料端承力转轴29通过轴承可转动安装在底座1上。传送带2绕过主滚轮23、后副滚轮24、前副滚轮25、起运端承力转轴28及下料端承力转轴29后整体呈横“p”形结构。在底座1上中间还固定有中间隔板26，中间隔板26上安装有电机21，电机21通过皮带传送机构带动主滚轮23转动，进而驱动传送带2传送物料。
[0025]
在传送带2的工作面左右安装有安全护板27，安全护板27可避免堆石料散落到地面。
[0026]
如图1所示，具体地，所述视频拍摄机构包括滑动板35，滑动板35滑动设置在底座1的滑槽36上并通过紧固螺栓进行调节固定。通过移动滑动板，滑动板可在滑槽内水平滑动，这样可控制工业摄像机31、聚光灯32到视频背景光幕33的距离。在滑动板35外端下方安装有三个伸缩杆34，伸缩杆34的伸缩原理与伞柄的伸缩原理相同。三个伸缩杆34中左右两个安装聚光灯32，中间一个安装工业摄像机31。通过设置伸缩杆，可控制工业摄像机31、聚光灯32的高度。
[0027]
另外，在传送带2输出端下方安装有视频背景光幕33，摄像机31、聚光灯32与视频背景光幕33正对。视频背景光幕33为电子光幕且宽度与传送带2的宽度相匹配。视频背景光
幕33为led显示屏，p3全彩，可任意改变背景颜色，使其与石料颜色之间形成鲜明的像素界限。
[0028]
工业摄像机31为guge工业相机，sony imx304。工业摄像机31的视频拍摄帧率大于等于每秒60帧。
[0029]
所述传送带2输出端下方放置有石料收集容器37。方便对落下的石料收集。
[0030]
堆石料粒径级配检测视频拍摄方法，包括以下步骤：step1、用铲土机将待检测石料铲到传送带2的靠近起运端承力轴28一侧，并将石料按照一定厚度平铺；step2、根据检测石料的整体颜色，调整背景光幕33的背景光，使背景光与石料颜色形成鲜明对比；step3、调整相机31的位置，使其正对背景光幕33的中心；step4、调整聚光灯32的位置，使两个聚光灯能完全照明拍摄区域；step5、在背景光幕33上测量拍摄矩形区域的实际尺寸，将数据进行记录；step6、安放石料收集容器37，使下落的石料被容器完全收集；step7、设置传送带2的运行速度参数；step8、打开聚光灯32和相机31；step9、启动电机21，开始录制；step10、电机21启动后，通过皮带22带动主滚轮23转动，主滚轮23再带动传送带2运动，后副滚轮24和前副滚轮25、起运端承力轴28和下料端承力轴29在传送带2的带动下转动，将传送带2上的平铺石料自起运端承力轴28侧匀速运输至下料端承力轴29侧，石料自下料端自由落下，石料落经背景光幕33时，摄像机31进行视频录制，记录石料下落的全过程；step11、当最后一块石料自下料端29落下时，立即关闭摄像机31，再关闭电机21、聚光灯32和背景光幕33；step12、清理视频拍摄装置，完成视频录制。

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