本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的非接觸振動(dòng)檢測(cè)方法，屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本方法為非接觸式測(cè)量，通過配置多個(gè)攝像頭實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)和在線測(cè)試，無需在被測(cè)對(duì)象上安裝傳感器，沒有任何負(fù)載效應(yīng)，容易實(shí)施。圖像信息直接數(shù)字化，構(gòu)成全自動(dòng)全數(shù)字化振動(dòng)測(cè)試處理、記錄系統(tǒng)，信息量比傳統(tǒng)方法大。其中使用ROI(Regions?of?Interest)技術(shù)，縮小圖像跟蹤區(qū)域和計(jì)算量大小，并使用SURF方法加速特征點(diǎn)的提取速度，使用拉伊達(dá)準(zhǔn)則剔除“離群點(diǎn)”改進(jìn)SURF方法的精度；提高了現(xiàn)有技術(shù)中起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及，屬于檢測(cè)
技術(shù)介紹
起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)檢測(cè)方法中最常用的是用電測(cè)法對(duì)塔機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變應(yīng)力測(cè)量。應(yīng)變電測(cè)法是用電阻應(yīng)變片測(cè)出構(gòu)件的應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系式來確定構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)的一種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法。其測(cè)量系統(tǒng)通常由應(yīng)變片、應(yīng)變儀、記錄儀及計(jì)算分析設(shè)備等4部分組成。這種實(shí)驗(yàn)方法要求在起重機(jī)上貼多個(gè)應(yīng)變片，由于起重機(jī)是運(yùn)動(dòng)的，而且外形尺寸巨大，不可能完全使用導(dǎo)線把應(yīng)變片的信號(hào)集中起來，所以信號(hào)要引入專用無線信號(hào)發(fā)射設(shè)備，再使用接收設(shè)備在來接收信號(hào)。通過接收到的信號(hào)使用專用的分析設(shè)備，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，來分析結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全可靠性。這種方法設(shè)備復(fù)雜，操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)時(shí)還要使用人工敲擊的方法，并且會(huì)影響起重機(jī)的生產(chǎn)，也不能反映真實(shí)的工作情況下的振動(dòng)。近年來，由于傳感器的可靠性大大提高也有人使用加速度傳感器對(duì)起重機(jī)的振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。這種測(cè)試使用了性能比應(yīng)變片更為可靠穩(wěn)定的加速度傳感器和信號(hào)存儲(chǔ)和分析系統(tǒng)。可以較好的采集振動(dòng)信息。然而，這種方法，由于加速度傳感器價(jià)格昂貴，安裝困難，電線敷設(shè)都相當(dāng)復(fù)雜；另外，測(cè)量的點(diǎn)的數(shù)目也很有，使得其應(yīng)用的范圍受限。隨著虛擬儀器技術(shù)的興起，虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可一次測(cè)試十幾個(gè)測(cè)點(diǎn)，稍加擴(kuò)展可測(cè)試幾十個(gè)甚至上百個(gè)測(cè)點(diǎn)，且具有測(cè)試速度快、精度高和成本低等特點(diǎn)。虛擬儀器技術(shù)也必須使用應(yīng)變片或者傳感器，只不過它們可以使用總線技術(shù)和軟件技術(shù)，代替了過去昂貴的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理硬件，取而代之的是一種虛擬儀器技術(shù)。但是，虛擬儀器技術(shù)還是無法擺脫安裝應(yīng)變片、加速度傳感器，電線敷設(shè)復(fù)雜，測(cè)量的點(diǎn)還是有限。也使得這種技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用受到限制。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和大型通用有限元程序的應(yīng)用，使用軟件仿真對(duì)起重機(jī)的振動(dòng)的研究變?yōu)榭赡堋Ｊ褂糜邢拊浖?duì)起重機(jī)結(jié)構(gòu)建立有限元模型，必須對(duì)各個(gè)桿件和節(jié)點(diǎn)的處理必須根據(jù)其真實(shí)的受力特點(diǎn)進(jìn)行合理的分析和優(yōu)化，這樣才可以使計(jì)算模型更接近于實(shí)際結(jié)構(gòu)，得到的計(jì)算結(jié)果才更加真實(shí)可信，從而可以在一定程度上代替現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。而且利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只需知道材料的有關(guān)性能和結(jié)構(gòu)情況，且能夠?qū)Σ煌瑯?gòu)件(材料、幾何形狀和尺寸等)進(jìn)行優(yōu)選。有限元法速度快，大大減少了試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，提高了工作效率。然后，只有在了解結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，并且使用合理的模型簡(jiǎn)化才能使起重機(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)仿真可信。振動(dòng)檢測(cè)是起重機(jī)安全評(píng)價(jià)重要方面在國(guó)外，塔機(jī)技術(shù)中出現(xiàn)的遙控技術(shù)、無級(jí)調(diào)速技術(shù)都對(duì)塔機(jī)的操作安全增加了可靠性，加上微機(jī)和電子技術(shù)的引入，出現(xiàn)了許多種優(yōu)秀的安全裝置和診斷系統(tǒng)，如利波海爾公司采用的Litronic系統(tǒng)是一種電子式顯示監(jiān)控系統(tǒng)，它通過塔機(jī)實(shí)際工作時(shí)所發(fā)生的信號(hào)和預(yù)先儲(chǔ)存的安全工作數(shù)值進(jìn)行比較，達(dá)到報(bào)警的目的；法國(guó)華爾夫公司采用的PLCS控制系統(tǒng)能對(duì)各工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控并自動(dòng)診斷故障。從發(fā)展趨勢(shì)來看，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)對(duì)塔機(jī)的安全使用都極為重視，在結(jié)構(gòu)上使用了各種安全裝置以保證塔機(jī)的安全使用。隨著我國(guó)塔機(jī)的生產(chǎn)量、擁有量不斷增加的同時(shí)，事故也在不斷增加，所造成的損失也越來越大。由于塔機(jī)不僅具有一般建筑機(jī)械都有的不利因素工作環(huán)境惡劣、連續(xù)作業(yè)、頻繁轉(zhuǎn)換場(chǎng)地等，同時(shí)還有比一般建筑機(jī)械更高的安全要求，其突出的特點(diǎn)有二 ①塔機(jī)本身是高達(dá)幾十米到百余米、重十幾噸到幾十噸的龐然大物，且不論在工作狀態(tài)還是非工作狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)件都處于受力狀態(tài)，這樣一個(gè)處于不平衡狀態(tài)的高大結(jié)構(gòu)件一旦發(fā)生事故，其損失十分巨大，影響甚為惡劣；②塔機(jī)的轉(zhuǎn)場(chǎng)必須拆卸運(yùn)輸和重新安裝，因此其安全度和質(zhì)量不是設(shè)計(jì)或制造出廠就能永久得到保證，維修正確與否或操作使用都可能影響其安全性和可靠性，因此塔機(jī)的安全問題應(yīng)提高到首要的位置，安全指標(biāo)應(yīng)是考察塔機(jī)性能最重要的指標(biāo)。在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)當(dāng)中廣泛存在著振動(dòng)疲勞問題，嚴(yán)重危及起重機(jī)的結(jié)構(gòu)安全可靠性，振動(dòng)又往往又是造成疲勞的直接原因。由于塔機(jī)的工作情況復(fù)雜，其性能安全檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較難確定。我國(guó)GB13752 “塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范”中要求循環(huán)次數(shù)大于16000的塔機(jī)結(jié)構(gòu)件要進(jìn)行疲勞計(jì)算，設(shè)計(jì)壽命按15 30年計(jì)算，GB3811 “起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范”中也沒有提出使用年限問題，僅規(guī)定A6級(jí)以上級(jí)別應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算。由于塔機(jī)的工作環(huán)境較為惡劣，因此對(duì)塔機(jī)的結(jié)構(gòu)性能要求很高，在其它環(huán)境工作正常的零部件在塔機(jī)系統(tǒng)中就不能保證其可靠性，為此需對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行定性和定量的評(píng)價(jià)，對(duì)事故發(fā)生的可能性進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而向決策人提供可靠的信息，以采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。建立在用塔機(jī)技術(shù)安全狀況評(píng)價(jià)系統(tǒng)的整體模型，構(gòu)建評(píng)價(jià)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。目前正在服役的不少老式起重機(jī)并沒有進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算，然而隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的增多，塔機(jī)的工作頻率加重、滿載率加大，有些已在高應(yīng)力水平下運(yùn)行，部分塔機(jī)工作年限已達(dá)到15年以上，疲勞問題日益嚴(yán)重。塔式起重機(jī)的剩余壽命的估計(jì)就變得非常重要了。通常采用反向推理法進(jìn)行塔機(jī)剩余疲勞壽命估算，基本步驟為①通過對(duì)塔機(jī)群的疲勞試驗(yàn)分析、載荷譜統(tǒng)計(jì)、疲勞可靠性分析，獲得塔機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞可靠度曲線，建立在用塔機(jī)技術(shù)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定原則；②分析在用塔機(jī)的歷史數(shù)據(jù)、工作級(jí)別和應(yīng)力水平等數(shù)據(jù)，采用反向推理法計(jì)算在用塔機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的剩余壽命。另外，根據(jù)Miner線性累積損傷理論，機(jī)械的壽命由S-N曲線確定。但是，若各應(yīng)力循環(huán)造成裂紋的擴(kuò)展，通過無損檢測(cè)手段可以檢測(cè)得到的最小裂紋稱為初始裂紋，從初始裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展到臨界裂紋長(zhǎng)度，所經(jīng)歷的載荷循環(huán)測(cè)試疲勞載荷譜編制則要按結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命來確定結(jié)構(gòu)的壽命。目前也有使用基于概率的壽命計(jì)算方法，也有基于未確知理論的起重機(jī)的安全評(píng)價(jià)方法。但是這些方法必須要獲得塔式起重機(jī)的載荷譜統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行塔機(jī)疲勞試驗(yàn)的才能對(duì)塔式起重機(jī)的剩余壽命進(jìn)行評(píng)估計(jì)，而且我國(guó)的塔式起重機(jī)生產(chǎn)廠家多，生產(chǎn)質(zhì)量水平高低不一。因此在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝和技術(shù)手段下載荷譜的獲取較為困難，這里使用一種非接觸的振動(dòng)檢測(cè)方法來對(duì)塔式起重機(jī)的振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而通過后處理程序可以獲得塔式起重機(jī)的載荷譜的統(tǒng)計(jì)，另外，這種非接觸的方法還可以對(duì)塔式起重機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提出狀態(tài)預(yù)警。·數(shù)字圖像處理算法在起重機(jī)振動(dòng)中的應(yīng)用數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)把目標(biāo)圖像作為檢測(cè)和傳遞信息的載體并加以利用。測(cè)量基本原理是取結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化前的一幅圖像作為參考圖像，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的各種狀態(tài)采集一幅或多幅圖像，比較結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化前后的數(shù)字圖像，計(jì)算圖像上特征區(qū)域的變形，經(jīng)換算得到對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形。目前采用的主要方法有數(shù)字圖像相關(guān)法和數(shù)字圖像邊緣檢測(cè)法。基于視頻圖像技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)近年來發(fā)展迅速，已有眾多的學(xué)者將該技術(shù)應(yīng)用到了土木工程領(lǐng)域，例如有力學(xué)實(shí)驗(yàn)中材料表面形變測(cè)量、鋼結(jié)構(gòu)撓度變形監(jiān)測(cè)、巖體裂隙測(cè)量、砼變形量測(cè)、預(yù)應(yīng)力反拱度測(cè)量、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)位移測(cè)量、隧道沉降監(jiān)測(cè)、橋梁變形檢測(cè)等等。檢測(cè)塔機(jī)振動(dòng)時(shí)，首先經(jīng)過圖像增強(qiáng)和濾波處理，圖像質(zhì)量得到提高。再經(jīng)過灰度處理和二值化處理，數(shù)據(jù)計(jì)算量可以極大的減少，之后使用矩法可以得到振動(dòng)的曲線，但這種運(yùn)算精度不能達(dá)到亞像素級(jí)別。所以提出一種改進(jìn)的SURF算法，可用于檢測(cè)塔機(jī)的振動(dòng)，檢測(cè)的精度可以達(dá)到亞像素的精度。要測(cè)量視頻圖像中可動(dòng)部分的振動(dòng)，實(shí)際本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的非接觸振動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1，采用工業(yè)級(jí)CCD攝像頭對(duì)塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍攝，得到一幅目標(biāo)圖像和一路塔機(jī)運(yùn)行過程中的視頻，并對(duì)視頻進(jìn)行分解，得到多幅連續(xù)的視頻分解圖像；步驟2，對(duì)目標(biāo)圖像和視頻分解圖像分別使用ROI方法獲取感興趣區(qū)域；并將目標(biāo)圖像的感興趣區(qū)域作為對(duì)比圖像，將視頻分解圖像的感興趣區(qū)域作為圖像跟蹤區(qū)域；步驟3，根據(jù)步驟2得到的圖像跟蹤區(qū)域，在步驟1得到的每一幅視頻分解圖像中，選取對(duì)應(yīng)區(qū)域的圖像作為待匹配圖像；步驟4，對(duì)步驟2得到的對(duì)比圖像以及步驟3得到的多幅待匹配圖像，分別進(jìn)行Hessian變換，并從中提取興趣點(diǎn)；步驟5，對(duì)步驟4得到的兩組興趣點(diǎn)分別進(jìn)行Harr小波變換，并提取特征點(diǎn)，得到兩個(gè)特征點(diǎn)集；步驟6，對(duì)步驟5得到的兩個(gè)特征點(diǎn)集進(jìn)行粗匹配，得到各個(gè)待匹配圖像與對(duì)比圖像之間的匹配點(diǎn)集；粗匹配采用最鄰近向量匹配方法，具體實(shí)現(xiàn)過程如下：采用特征點(diǎn)的特征向量的歐式距離作為相似性測(cè)度，設(shè)N1和N2分別是對(duì)比圖像P和任意一幅待匹配圖像Q的特征點(diǎn)集合，對(duì)于N1中的第m個(gè)特征點(diǎn)pm，在N2中與pm的特征向量的歐氏距離最小的特征點(diǎn)為qmj和q′mj，對(duì)應(yīng)的歐氏距離分別為dmj和d′mj，如果dmj/d′mj≤T，T為閾值，則認(rèn)為pm和qmj為對(duì)應(yīng)匹配點(diǎn)；步驟7，采用拉伊達(dá)準(zhǔn)則，對(duì)步驟6得到的多個(gè)匹配點(diǎn)集分別進(jìn)行精確匹配，剔除“離群”點(diǎn)；對(duì)其中一個(gè)匹配點(diǎn)集的精確匹配方法為：求得該匹配點(diǎn)集中所有粗匹配點(diǎn)的歐氏距離平均值令常數(shù)設(shè)yi＝xi?a0，其中xi為第i對(duì)粗匹配點(diǎn)的歐氏距離；則xi＝y(tǒng)i+a0；得到用常數(shù)a0以及所有粗匹配對(duì)的歐氏距離與a0的差表示的平均值表達(dá)式：x‾=1nΣi=1nxi=1nΣi=1n(yi+a0)=a0+1nΣi=1nyi;帶入到貝賽爾公式得到標(biāo)準(zhǔn)差為：σ=1n-1Σi=1n(xi-a0-1nΣi=1nyi)2=1n-1[Σi=1nyi2-1n(Σi=1nyi)2]計(jì)算歐氏距離值xi的偏差設(shè)定一個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)k＝k0+kw，k0為一個(gè)恒定的初始值，kw為k的變化梯度；濾波過程中實(shí)時(shí)調(diào)整kw，直到濾波處理后數(shù)據(jù)的有效匹配點(diǎn)個(gè)數(shù)小于濾波前個(gè)數(shù)且大于濾波前個(gè)數(shù)的3/4；若|vi|＞kσ，則判定此匹配點(diǎn)為離群點(diǎn)，剔除其對(duì)應(yīng)的匹配對(duì)，得到精確匹配點(diǎn)集；步驟8，對(duì)步驟7得到的多個(gè)精確匹配點(diǎn)集進(jìn)行特征點(diǎn)亞像素內(nèi)插；步驟9，用最近領(lǐng)域法，在步驟8得到的亞像素內(nèi)插點(diǎn)找到最匹配的亞像素內(nèi)插點(diǎn)；步驟10，將待匹配圖像中亞像素內(nèi)插點(diǎn)與目標(biāo)圖像中的亞像素內(nèi)插點(diǎn)相減，得到圖像跟蹤區(qū)域內(nèi)塔式起重機(jī)感興趣區(qū)域的振動(dòng)曲線。FSA00000819704000011.tif,FSA00000819704000012.tif,FSA00000819704000021.tif,FSA00000819704000023.tif...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的非接觸振動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1，采用工業(yè)級(jí)CCD攝像頭對(duì)塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍攝，得到一幅目標(biāo)圖像和一路塔機(jī)運(yùn)行過程中的視頻，并對(duì)視頻進(jìn)行分解，得到多幅連續(xù)的視頻分解圖像； 步驟2，對(duì)目標(biāo)圖像和視頻分解圖像分別使用ROI方法獲取感興趣區(qū)域；并將目標(biāo)圖像的感興趣區(qū)域作為對(duì)比圖像，將視頻分解圖像的感興趣區(qū)域作為圖像跟蹤區(qū)域； 步驟3，根據(jù)步驟2得到的圖像跟蹤區(qū)域，在步驟I得到的每一幅視頻分解圖像中，選取對(duì)應(yīng)區(qū)域的圖像作為待匹配圖像； 步驟4，對(duì)步驟2得到的對(duì)比圖像以及步驟3得到的多幅待匹配圖像，分別進(jìn)行Hessian變換，并從中提取興趣點(diǎn)； 步驟5，對(duì)步驟4得到的兩組興趣點(diǎn)分別進(jìn)行Harr小波變換，并提取特征點(diǎn)，得到兩個(gè)特征點(diǎn)集； 步驟6，對(duì)步驟5得到的兩個(gè)特征點(diǎn)集進(jìn)行粗匹配，得到各個(gè)待匹配圖像與對(duì)比圖像之間的匹配點(diǎn)集； 粗匹配采用最鄰近向量匹配方法，具體實(shí)現(xiàn)過程如下 采用特征點(diǎn)的特征向量的歐式距離作為相似性測(cè)度，設(shè)N1和N2分別是對(duì)比圖像P和任意一幅待匹配圖像Q的特征點(diǎn)集合，對(duì)于N1中的第m個(gè)特征點(diǎn)pm，在N2中與Pm的特征向量的歐氏距離最小的特征點(diǎn)為和q, μ，對(duì)應(yīng)的歐氏距離分別為Clnu和d' w...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姚峰林，趙婕，寧少慧，高崇仁，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：太原科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。