一种基于线结构光的高层建筑防火封堵模块缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及防火封堵模块表面缺陷检测技术领域，具体涉及一种基于线结构光的高层建筑防火封堵模块缺陷检测装置及方法。

背景技术

在高层建筑中，电气线路火灾燃烧速率较快，竖井电缆燃烧速率一般在水平电缆燃烧速率的三倍左右。此外，电缆竖井如果一旦发生火灾便很容易发生“烟囱效应”，火势的蔓延速度就会被增加若干倍，最终成为火灾蔓延的快速通道。若缺少必要的防火封堵措施，极有可能造成火势蔓延，加重生命和财产安全损失。从防火角度出发，研究防火封堵技术，对电气线路贯穿孔口予以封堵，是阻止火灾蔓延和火势发展的一种重要手段。

防火封堵系统的性能不仅取决于防火封堵材料本身的性能，还取决于防火封堵的施工工艺，缺少良好的施工工艺，再好的防火封堵材料以及施工方案也不能发挥最大功效。因此，对建设好的高层建筑防火封堵系统进行性能检测，是其投入使用的前提条件。此外，采用无损、无接触式检测检测方式，避免对防火封堵系统造成损耗，确保防火封堵系统在检测完成后保持良好性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于结构光的高层建筑电缆竖井防火封堵模块缺陷检测装置及方法，该装置及方法采用无损、无接触式方法对防火封堵模块表面建模、缺陷检测，确保检测完成后防火封堵系统保持良好性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于线结构光的高层建筑电缆竖井防火封堵模块缺陷检测装置，其特征在于，包括检测装置架构、线激光测量仪及驱动电机，所述检测装置架构包括：电机片、联轴器、测量仪安装架、线轨滑块、线轨、丝杠、轴承，所述线激光测量仪通过测量仪安装架固定于线轨滑块上，所述驱动电机固定于电机片上。

进一步地，检测装置架构采用铝合金架构，以使提高架构强度及减轻重量。

进一步地，驱动电机采用步进电机。

进一步地，联轴器连接驱动电机及丝杠，以使将驱动电机动力及运动传递到丝杠。

进一步地，线轨滑块可以在线轨上自由运动。

进一步地，丝杠一端固定于轴承上，支撑丝杠，以使减低其运动过程中的摩擦系数。

进一步地，通过传动装置将驱动电机动力传递到线轨滑块，线激光测量仪可以实现在xyz轴方向上移动。

本发明还提供了一种基于线结构光的高层建筑电缆竖井防火封堵模块缺陷检测方法，包括以下步骤：

搭上述所述的基于结构光的高层建筑电缆竖井防火封堵模块缺陷检测装置；

利用缺陷检测装置中的线结构光测量仪获取防火封堵模块表面3D点云数据，并将三维点云数据映射成二维彩色图像；

从二维彩色图像中提取出物体的外轮廓；

将物体的外轮廓与标准模板配准；

根据匹配结果，进行局部颜色比较；

根据颜色比较的结果，判断是否存在缺陷。

与现有技术先比，本发明具有以下有益效果：利用线激光测量仪获取防火封堵模块表面3D点云数据，将3D点云数据映射成二维彩色图片，通过对二维彩色图片与标准模板匹配判断是否存在缺陷。采用线结构光检测原理，替代传统2D相机图像识别，通过线激光光源投影，能够对防火封堵表面缺陷做出有效投影，且具有较高的检测精度，检测精度可达1um。该方法为无接触式、无损检测方法，避免检测过程中对防火封堵系统造成二次损害，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中颜色差异计算流程图。

图3是双线性差值示意图。

图4是颜色差异计算流程图。

图5是颜色映射表。

图1中：1-驱动电机；2-电机片；3-联轴器；4-测量仪安装架；5-线轨滑块；6-线激光测量仪；7-线轨；8-丝杠；9-轴承。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供一种基于结构光的高层建筑防火封堵模块缺陷检测装置，如图1所示，包括驱动电机1，驱动电机是步进电机，电机片2用于固定驱动电机1，通过联轴器3将驱动电机1的动力传递给丝杠8，采用测量仪安装架4将线激光测量仪6固定于线轨滑块5上，丝杠8将驱动电机的转动转化为直线运动，以使线轨滑块5可以实现在线轨7上自由滑动，基于上述机械传动装置，线激光测量仪实现了在xyz轴三个维度上的自由移动。

本发明还提供了一种缺陷检测方法，其流程图如图2所示，具体为：

将缺陷检测装置固定于待检测防火封堵模块上方，驱动电机1使线激光测量仪6在防火封堵模块上匀速运动，进而获取防火封堵模块目标区域3D点云数据，再将高度信息映射成为颜色分量，通过将颜色信息缺失的像素坐标进行插值处理，从而得到二维颜色彩色图像。

其中，采用下述步骤将高度信息映射成为颜色分量：

首先，将颜色空间划分成了五段。第一段，蓝色部分的RGB通道中蓝色通道从143开始，R和G通道则从0开始。B通道以16为间隔增加，从(0，0，143)一直到(0，0，255)；第二段，绿色G通道从0开始以16为间隔增加，即(0，0，255)一直到(0，255，255)；第三段，红色R通道以16为间隔递增，同时，B通道以16为间隔递减，即(0，255，255)到(255，255，0)；第四段，绿色G通道以16为间隔递减至0，即(255，255，0)到(255，0，0)；第五段，R通道从255以16为步长递减至128。

其次，根据颜色索引表，按式(1)可以将高度值转换成颜色索引值，然后查表得到对应点的颜色,

式中，Round[·]表示四舍五入取整；N

最后，计算出N

所述插值处理采用双线性插值，可以得到较自然的彩色图像。双线性差值如图3所示，A、B、C和D为已知点的坐标及颜色分量(以R分量为例)，对于点G，其坐标值已知，但颜色分量未知。双线性插值可按以下步骤计算：

第一步，先沿X向插值，按式(3)求得E,F点的颜色分量

同理可以求得r

第二步，再沿Y向插值，按式(4)求得G点的颜色分量

同理，其他分量也可以式(3)、(4)插值计算得到。以A(x

得到防火封堵模块二维彩色图像之后，由于测量图像位置与标准图像(CAD生成的无缺陷标准物体，并将其映射成彩色图像之后的标准图像)存在差异，因此需要将测量图像与标准图像进行基于外轮廓的ICP(Iterative Closest Point，最近点迭代算法)彩色图像配准，完成配准后，测量图像与标准的图像的特征位置相匹配。

防火封堵模块缺陷判断的依据是颜色差异，颜色差异主要通过色差体现。在RGB空间，坐标分别为x

其中，x

颜色差异的具体算法流程图如图4所示。首先根据需求，设置颜色差异的范围分辨率，即设置能识别的最小区域。当然，理想状况为单个像素大小，但是单个像素的颜色差异不具有统计意义，不能作为缺陷的判断。这里设置的区域即为ROI(Region ofInteresting，感兴趣区域)。以图像的左上角作为起点，分别计算标准产品的ROI区域与待检测产品的ROI区域内对应点的颜色差异，并取所有对应点的差异值的均值，作为当前ROI的颜色差异值；平移标准产品与待检产品的ROI区域，计算该区域的颜色差异值；直至ROI覆盖到所有图像范围，就得到所有对应位置的颜色差异值。通过设置差异阈值，即可判断是否存在缺陷。

本发明通过线激光测量仪获取防火封堵模块表面3D点云数据，将3D点云数据映射成为彩色图像，通过颜色差异算法实现防火封堵表面缺陷的识别。与传统的2D图像缺陷识别相比，其检测精度可达1um，具有检测精度高的特点。此外，传统的防火封堵模块性能评价主要采用试验方法，该方法具有破坏性，该检测方法为无损检测方法，在不破坏防火封堵模块性能的情况下对其性能做出评价，具有较好的应用前景。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。