CN105091767B - 一种手持式板材安装质量检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式板材安装质量检测仪，属于光学检测仪器技术领域。检测仪包括支架和检测头；检测头上装有显示屏、激光发生器、摄像机、扳机、锂电池和DSP处理单元，激光发生器照射板材表面后形成一个井字形光斑，DSP处理单元对摄像机拍摄的照片进行图像处理，计算出待测板材与基准板材之间缝隙的宽度以及待测板材与基准板材之间的平行度和倾斜度，并将计算结果通过显示屏显示出来；本发明能够在保证检测检测精度的同时，提高检测效率，并避免由于检测人员的疏忽等因素导致的检测错误。

Description

一种手持式板材安装质量检测仪

技术领域

发明涉及一种板材安装质量检测仪器，具体涉及一种检测幕墙安装质量的仪器，属于光学检测技术领域。

背景技术

大部分写字楼外墙都安装装饰板材，以大理石板材和玻璃幕墙为主，板材安装的质量直接影响到大楼的建筑质量及美观。

幕墙安装质量的检测指标主要有：相邻板材的距离、相邻板材的平行度以及板材凹凸程度等三个指标。目前的检测手段为人工拿着卷尺、靠尺等简单工具进行测量，这种方法效率低，而且精度差，由于检测人员的素质不同，可能出现检测错误等情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种手持式板材安装质量检测仪，能够在保证检测检测精度的同时，提高检测效率，并避免由于检测人员的疏忽等因素导致的检测错误。

一种手持式板材安装质量检测仪，包括支架和检测头；

其中，所述支架的前端为矩形框，该矩形框端面的三个顶角上装有定位块，三个定位块与作为基准的三块板材相对应，使支架的前端面处于一个垂直的检测基准面内；支架的后端为连接端，用于连接检测头；所述检测头包括外壳、显示屏、激光发生器、摄像机、扳机、锂电池和DSP处理单元，所述DSP处理单元对摄像机拍摄的照片进行图像处理，计算出待测板材与基准板材之间缝隙的宽度以及待测板材与基准板材之间的平行度和倾斜度，并将计算结果通过显示屏显示出来；

所述外壳为T字型结构，所述激光发生器为两个，激光发生器的出光口为十字形缝隙结构，所述激光发生器发出的光线照射到板材表面后形成十字形的光斑，两个激光发生器共同照射板材表面后形成一个井字形光斑；两个激光发生器分别安装在T字型结构水平部分的两端，激光发生器发出的光在水平方向和竖直方向与法线方向呈锐角；所述摄像机安装在T字型结构水平部分中部且位于两个激光发生器之间，所述显示屏固定安装在T字型结构水平部分上与摄像机相对的一侧；所述锂电池和DSP处理单元安装在所述壳体内部，所述锂电池为显示屏、激光发生器、摄像机和DSP处理单元供电，所述扳机安装在T字型结构的竖直部分上，所述扳机控制检测头内部供电电路的通断；

所述检测头通过外壳固定连接在所述支架的后端，所述两个激光发生器分别对应支架的前端的两根立柱，所述摄像机位于矩形框投影的正中心。

进一步地，所述摄像机镜头的前端装有滤光片，滤光片的颜色与激光的颜色一致，滤光片能够滤掉不必要的反射光线，摄像机拍到的图像可以不经过DSP的复杂图像处理就能得到理想的图像。

一种利用手持式板材安装质量检测仪检测待测板材与基准板材之间缝隙宽度和平行度的检测方法，其检测步骤为：

第一步：将待测墙面的最外侧相邻的行列相交处的三块板材作为测量基准板材，在测量之前应保证这三块板材处于竖直平面内；

第二步：将支架前端的三块定位块抵触在基准板材的表面，定位块与测量基准板材一一对应；

第三步：按动扳机，两个激光发生器照射在待测板材上之后形成井字形光斑，该光斑经过板材之间的间隙后延长至与待测板材相邻的两块测量基准板材的表面上，同时，摄像机拍摄下光斑的图像并传送至DSP处理单元；

第四步：DSP处理单元计算待测板材与基准板材之间的缝隙宽度和平行度；当光线照射到待测板材与基准板材的接缝处时，接缝位置基墙的表面与板材的表面不在同一平面内，光线与法线方向存在夹角，根据光线直线传播的原理，光线经过接缝处时会产生断线，断线之间的距离则为待测板材与基准板材之间的缝隙宽度，井字形光斑中的两根平行光线能够得到两个缝隙宽度值，两个缝隙宽度值之间的差值除以两平行光线之间的垂直距离，则为待测板材与基准板材之间的平行度；

第五步：DSP处理单元将计算出的待测板材与基准板材的缝隙大小和平行度显示在显示屏上。

一种利用手持式板材安装质量检测仪检测待测板材与基准板材之间倾斜度的检测方法，其检测步骤为：

第一步：将待测墙面的最外侧相邻的行列相交处的三块板材作为测量基准板材，在测量之前应保证这三块板材处于竖直平面内；

第二步：将支架前端的三块定位块抵触在测量基准板材的表面，定位块与测量基准板材一一对应；

第三步：按动扳机，两个激光发生器照射在待测板材上之后形成井字形光斑，该光斑经过板材之间的间隙后延长至与待测板材相邻的两块测量基准板材的表面上，同时，摄像机拍摄下光斑的图像并传送至DSP处理单元；

第四步：DSP处理单元计算待测板材与基准板材之间的倾斜度；所述倾斜度为待测板材与水平方向和竖直方向的夹角；

当井字形光线照射到待测板材与基准板材时，井字形光线中水平方向的两条光线与法线的夹角分别为α₁、β₁，该夹角为事先调好并已知，分析水平方向第一条光线，若照在待测板材的直线比照射在基准板材的直线靠上，两直线间距离为d₁，说明检测的该点凹进基准面，根据几何关系，凹进的距离l₁为d₁×cotα₁；若照在待测板材的直线比照射在基准板材的直线靠下，两直线间距离为d₁,，说明检测的该点凸出基准面，由于凸出与凹进方向相反，因此定义凸出为负值，根据几何关系，凸出的距离l₁为-d₁×cotα₁；上式中的d₁由拍摄的图片经过图像处理得到；同理，通过分析第二条水平光线，照射待测板材与基准板材的光线之间距离为d₂，该点凹进或凸出距离l₂为±d₂×cotβ₁；照在待测板材的两条水平光线之间的竖直距离D₁可以通过图像处理得到，根据几何关系，待测板材与竖直方向的夹角γ₁为arctan((l₁-l₂)/D₁)，即待测板材相对于竖直方向的倾斜度；

井字形光线中竖直方向的两条光线与法线的夹角分别为α₂、β₂，该夹角为事先调好并已知；最右侧的光线照在待测板材和基准板材上，若照在待测板材的直线比照射在基准板材的直线靠右，两直线间距离为d₃，说明检测的该点凹进基准面，根据几何关系，该点凹进距离l₃为d₃×cotα₂；若照在待测板材的直线比照射在基准板材的直线靠左，两直线间距离为d₃，说明检测的该点凸出基准面，由于凸出与凹进方向相反，因此定义凸出为负值，根据几何关系，凸出的距离l₃为-d₃×cotα₂；通过分析左侧竖直光线，照射待测板材与基准板材的光线之间距离为d₄，该点凹进或凸出距离l₄为±d₄×cotβ₂；照在待测板材的两条水平光线之间的竖直距离D₂可以通过图像处理得到，根据几何关系，可以得到待测板材与水平方向的夹角γ₂为arctan((l₃-l₄)/D₂)，即待测板材相对于水平方向的倾斜度；

第五步：DSP处理单元将计算出的待测板材与基准板材之间的倾斜度显示在显示屏上。

有益效果：

1、本发明通过DSP处理单元对摄像机拍摄的由激光发生器发光照射待测板材后的图片进行图像处理，得出待测板材与基准板材缝隙的宽度、平行度以及待测板材与基准板材之间的倾斜度，并且在显示屏上显示出来。该检测仪取代了人工检测的方式，能够缩短检测时间，去除人为因素所造成的测量误差，并对检测结果进行实时存储，极大的提升了检测精度和准确性，同时也节省了人工成本。

2、本发明首先对图像进行滤波、二值化处理，然后将二值化后的图像中通过canny算法寻找直线，然后求出相邻的待测板材之间的缝隙、平行度和倾斜度，将现有的图像处理技术运用到光学检测领域中，促进了检测技术的自动化水平的提高。

3、本发明的支架采用矩形框架结构，检测头的外壳为T型结构，检测头与支架连接成一体，整体结构便于手持操作和观察检测结果，操作简单并易于检修维护。

附图说明

图1为本发明的整体三维结构示意图(正向)；

图2为本发明的整体三维结构示意图(侧向)；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明在测量时的状态示意图；

图5为本发明的激光发生器照射在待测墙面上产生的井字形光斑；

图6为本发明检测缝隙和平行度的原理图；

图7、8为本发明检测倾斜度的原理图。

其中，1-支架，2-检测头、3-摄像机、4-激光发生器、5-扳机、6-显示屏、7-基准板材、8-待测板材、9-定位块。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种手持式板材安装质量检测仪，包括支架1和检测头2；

其中，所述支架1的前端为矩形框，该矩形框端面的三个顶角上装有定位块9，三个定位块9与作为基准的三块板材相对应，使支架1的前端面处于一个垂直的检测基准面内；支架1的后端为连接端，用于连接检测头2；所述检测头包括外壳、显示屏6、激光发生器4、摄像机3、扳机5、锂电池和DSP处理单元，所述DSP处理单元对摄像机3拍摄的照片进行图像处理，计算出待测板材8与基准板材7之间缝隙的宽度以及待测板材8与基准板材7之间的平行度和倾斜度，并将计算结果通过显示屏6显示出来；

所述外壳为T字型结构，所述激光发生器4为两个，激光发生器4的出光口为十字形缝隙，所述激光发生器4发出的光线照射到板材表面后形成十字形的光斑，两个激光发生器4共同照射板材表面后形成一个井字形光斑；两个激光发生器4分别安装在T字型结构水平部分的两端，激光发生器4发出的光线与法线方向呈锐角；所述摄像机3安装在T字型结构水平部分中部且位于两个激光发生器4之间，所述摄像机3镜头的前端装有滤光片，滤光片的颜色与激光的颜色一致，滤光片能够滤掉不必要的反射光线，摄像机拍到的图像可以不经过DSP的复杂图像处理就能得到理想的图像。

所述显示屏6固定安装在T字型结构水平部分上与摄像机相对的一侧；所述锂电池和DSP处理单元安装在所述壳体内部，所述锂电池为显示屏6、激光发生器4、摄像机3和DSP处理单元供电，所述扳机5安装在T字型结构的竖直部分上，所述扳机5控制检测头2内部供电电路的通断；

如附图3所示，所述检测头2通过外壳固定连接在所述支架1的后端，所述两个激光发生器4分别对应支架1的前端的两根立柱，所述摄像机3位于矩形框投影的正中心。

一种利用手持式板材安装质量检测仪检测待测板材8与基准板材7之间缝隙宽度和平行度的检测方法，其检测步骤为：

第一步：将待测墙面的最外侧相邻的行列相交处的三块板材作为测量基准板材7，在测量之前应保证测量基准板材7处于竖直平面内；

第二步：将支架1前端的三块定位块9抵触在基准板材7的表面，定位块与测量基准板材7一一对应；

第三步：按动扳机5，两个激光发生器4照射在待测板材8上之后形成井字形光斑，该光斑经过板材之间的间隙后延长至与待测板材8相邻的两块测量基准板材7的表面上，如附图4所示；同时，摄像机3拍摄下光斑的图像并传送至DSP处理单元；

第四步：DSP处理单元计算待测板材8与基准板材7之间的缝隙宽度和平行度；当光线照射到待测板材8与基准板材7的接缝处时，接缝位置基墙的表面与板材的表面不在同一平面内，光线与法线方向的夹角为锐角，根据光线直线传播的原理，光线经过接缝处时会产生断线，断线之间的距离则为待测板材8与基准板材7之间的缝隙宽度，根据d₁和d₂的均值得到待测板材8与左侧的基准板材7之间的缝隙大小，根据d₁和d₂的差值求得待测板材8与左侧基准板材7平行度；同理，根据d₃和d₄的均值得到待测板材8与下方基准板材7之间的缝隙大小，根据d₁和d₂的差值求得待测板材8与下方基准板材7平行度；

第五步：DSP处理单元将计算出的待测板材8与基准板材7的缝隙大小和平行度显示在显示屏6上。

一种利用手持式板材安装质量检测仪检测待测板材8与基准板材7之间倾斜度的检测方法，其检测步骤为：

第一步：将待测墙面的最外侧相邻的行列相交处的三块板材作为测量基准板材7，在测量之前应保证这三块板材处于竖直平面内；

第二步：将支架前端的三块定位块抵触在测量基准板材7的表面，定位块与测量基准板材7一一对应；

第三步：按动扳机5，两个激光发生器照射在待测板材8上之后形成井字形光斑，该光斑经过板材之间的间隙后延长至与待测板材8相邻的两块测量基准板材7的表面上，同时，摄像机拍摄下光斑的图像并传送至DSP处理单元；

第四步：DSP处理单元计算待测板材8与基准板材7之间的倾斜度；所述倾斜度为待测板材8与水平方向和竖直方向的夹角；

当井字形光线照射到待测板材8与基准板材7时，井字形光线中水平方向的两条光线与法线的夹角分别为α₁、β₁，该夹角为事先调好并已知，分析水平方向第一条光线，若照在待测板材8的直线比照射在基准板材7的直线靠上，两直线间距离为d₁，说明检测的该点凹进基准面，根据几何关系，凹进的距离l₁为d₁×cotα₁；若照在待测板材8的直线比照射在基准板材7的直线靠下，两直线间距离为d₁,，说明检测的该点凸出基准面，由于凸出与凹进方向相反，因此定义凸出为负值，根据几何关系，凸出的距离l₁为-d₁×cotα₁；上式中的d₁由拍摄的图片经过图像处理得到；同理，通过分析第二条水平光线，照射待测板材8与基准板材7的光线之间距离为d₂，该点凹进或凸出距离l₂为±d₂×cotβ₁；照在待测板材8的两条水平光线之间的竖直距离D₁通过图像处理得到，根据几何关系，待测板材8与竖直方向的夹角γ₁为arctan((l₁-l₂)/D₁)，即待测板材8相对于竖直方向的倾斜度；

井字形光线中竖直方向的两条光线与法线的夹角分别为α₂、β₂，该夹角为事先调好并已知；最右侧的光线照在待测板材8和基准板材7上，若照在待测板材8的直线比照射在基准板材7的直线靠右，两直线间距离为d₃，说明检测的该点凹进基准面，根据几何关系，该点凹进距离l₃为d₃×cotα₂；若照在待测板材8的直线比照射在基准板材7的直线靠左，两直线间距离为d₃，说明检测的该点凸出基准面，由于凸出与凹进方向相反，因此定义凸出为负值，根据几何关系，凸出的距离l₃为-d₃×cotα₂；通过分析左侧竖直光线，照射待测板材8与基准板材7的光线之间距离为d₄，该点凹进或凸出距离l₄为±d₄×cotβ₂；照在待测板材8的两条水平光线之间的竖直距离D₂可以通过图像处理得到，根据几何关系，得到待测板材8与水平方向的夹角γ₂为arctan((l₃-l₄)/D₂)，即待测板材8相对于水平方向的倾斜度；

第五步：DSP处理单元将计算出的待测板材8与基准板材7之间的倾斜度显示在显示屏6上。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种手持式板材安装质量检测仪，其特征在于，包括支架(1)和检测头(2)；

其中，所述支架(1)的前端为矩形框，该矩形框端面的三个顶角上装有定位块(9)，三个定位块(9)与作为基准的三块板材相对应，使支架(1)的前端面处于一个垂直的检测基准面内；支架(1)的后端为连接端，用于连接检测头(2)；所述检测头包括外壳、显示屏(6)、激光发生器(4)、摄像机(3)、扳机(5)、锂电池和DSP处理单元，所述DSP处理单元对摄像机(3)拍摄的照片进行图像处理，计算出待测板材(8)与基准板材(7)之间缝隙的宽度以及待测板材(8)与基准板材(7)之间的平行度和倾斜度，并将计算结果通过显示屏(6)显示出来；

所述外壳为T字型结构，所述激光发生器(4)为两个，激光发生器(4)的出光口为十字形缝隙，所述激光发生器(4)发出的光线照射到板材表面后形成十字形的光斑，两个激光发生器(4)共同照射板材表面后形成一个井字形光斑；两个激光发生器(4)分别安装在T字型结构水平部分的两端，激光发生器(4)发出的光线与法线方向呈锐角；所述摄像机(3)安装在T字型结构水平部分中部且位于两个激光发生器(4)之间；所述显示屏(6)固定安装在T字型结构水平部分上与摄像机相对的一侧；所述锂电池和DSP处理单元安装在所述外壳内部，所述锂电池为显示屏(6)、激光发生器(4)、摄像机(3)和DSP处理单元供电，所述扳机(5)安装在T字型结构的竖直部分上，所述扳机(5)控制检测头(2)内部供电电路的通断；

所述检测头(2)通过外壳固定连接在所述支架(1)的后端，所述两个激光发生器(4)分别对应支架(1)的前端的两根立柱，所述摄像机(3)位于矩形框投影的正中心。

2.如权利要求1所述的手持式板材安装质量检测仪，其特征在于，所述摄像机(3)镜头的前端装有滤光片，滤光片的颜色与所述激光发生器(4)发出激光的颜色一致。

3.一种利用如权利要求1所述的手持式板材安装质量检测仪检测待测板材(8)与基准板材(7)之间缝隙宽度和平行度的检测方法，其检测步骤为：

第一步：将待测墙面的最外侧相邻的行列相交处的三块板材作为测量基准板材(7)，在测量之前应保证测量基准板材(7)处于竖直平面内；

第二步：将支架(1)前端的三块定位块(9)抵触在基准板材(7)的表面，定位块与测量基准板材(7)一一对应；

第三步：按动扳机(5)，两个激光发生器(4)照射在待测板材(8)上之后形成井字形光斑，该光斑经过板材之间的间隙后延长至与待测板材(8)相邻的两块测量基准板材(7)的表面上，同时，摄像机(3)拍摄下光斑的图像并传送至DSP处理单元；

第四步：DSP处理单元计算待测板材(8)与基准板材(7)之间的缝隙宽度和平行度；当光线照射到待测板材(8)与基准板材(7)的接缝处时，接缝位置基墙的表面与板材的表面不在同一平面内，光线与法线方向的夹角为锐角，根据光线直线传播的原理，光线经过接缝处时会产生断线，断线之间的距离则为待测板材(8)与基准板材(7)之间的缝隙宽度，当井字形光斑中水平方向的两根平行光线经过接缝处时产生的两个缝隙宽度值为d₁和d₂，根据d₁和d₂的均值得到待测板材(8)与左侧的基准板材(7)之间的缝隙大小，根据d₁和d₂的差值求得待测板材(8)与左侧基准板材(7)平行度；当井字形光斑中竖直方向的两根平行光线经过接缝处时产生的两个缝隙宽度值为d₃和d₄，同理，根据d₃和d₄的均值得到待测板材(8)与下方基准板材(7)之间的缝隙大小，根据d₃和d₄的差值求得待测板材(8)与下方基准板材(7)平行度；

第五步：DSP处理单元将计算出的待测板材(8)与基准板材(7)的缝隙大小和平行度显示在显示屏(6)上。

4.一种利用如权利要求1所述的手持式板材安装质量检测仪检测待测板材(8)与基准板材(7)之间倾斜度的检测方法，其检测步骤为：

第一步：将待测墙面的最外侧相邻的行列相交处的三块板材作为测量基准板材(7)，在测量之前应保证这三块板材处于竖直平面内；

第二步：将支架前端的三块定位块抵触在测量基准板材(7)的表面，定位块与测量基准板材(7)一一对应；

第三步：按动扳机(5)，两个激光发生器照射在待测板材(8)上之后形成井字形光斑，该光斑经过板材之间的间隙后延长至与待测板材(8)相邻的两块测量基准板材(7)的表面上，同时，摄像机拍摄下光斑的图像并传送至DSP处理单元；

第四步：DSP处理单元计算待测板材(8)与基准板材(7)之间的倾斜度；所述倾斜度为待测板材(8)与水平方向和竖直方向的夹角；

当井字形光线照射到待测板材(8)与基准板材(7)时，井字形光线中水平方向的两条光线与法线的夹角分别为α₁、β₁，该夹角为事先调好并已知，分析水平方向第一条光线，若照在待测板材(8)的直线比照射在基准板材(7)的直线靠上，两直线间距离为d₁，说明检测的点凹进基准面，根据几何关系，凹进的距离l₁为d₁×cotα₁；若照在待测板材(8)的直线比照射在基准板材(7)的直线靠下，两直线间距离为d₁，说明检测的该点凸出基准面，由于凸出与凹进方向相反，因此定义凸出为负值，根据几何关系，凸出的距离l₁为-d₁×cotα₁；上式中的d₁由拍摄的图片经过图像处理得到；同理，通过分析第二条水平光线，照射待测板材(8)与基准板材(7)的光线之间距离为d₂，该点凹进或凸出距离l₂为±d₂×cotβ₁；照在待测板材(8)的两条水平光线之间的竖直距离D₁通过图像处理得到，根据几何关系，待测板材(8)与竖直方向的夹角γ₁为arctan((l₁-l₂)/D₁)，即待测板材(8)相对于竖直方向的倾斜度；

井字形光线中竖直方向的两条光线与法线的夹角分别为α₂、β₂，该夹角为事先调好并已知；最右侧的光线照在待测板材(8)和基准板材(7)上，若照在待测板材(8)的直线比照射在基准板材(7)的直线靠右，两直线间距离为d₃，说明检测的该点凹进基准面，根据几何关系，该点凹进距离l₃为d₃×cotα₂；若照在待测板材(8)的直线比照射在基准板材(7)的直线靠左，两直线间距离为d₃，说明检测的该点凸出基准面，由于凸出与凹进方向相反，因此定义凸出为负值，根据几何关系，凸出的距离l₃为-d₃×cotα₂；通过分析左侧竖直光线，照射待测板材(8)与基准板材(7)的光线之间距离为d₄，该点凹进或凸出距离l₄为±d₄×cotβ₂；照在待测板材(8)的两条水平光线之间的竖直距离D₂通过图像处理得到，根据几何关系，得到待测板材(8)与水平方向的夹角γ₂为arctan((l₃-l₄)/D₂)，即待测板材(8)相对于水平方向的倾斜度；

第五步：DSP处理单元将计算出的待测板材(8)与基准板材(7)之间的倾斜度显示在显示屏(6)上。