【溫馨提示】====【1】設(shè)計(jì)包含CAD圖紙 和 DOC文檔,均可以在線(xiàn)預(yù)覽,所見(jiàn)即所得,,dwg后綴的文件為CAD圖,超高清,可編輯,無(wú)任何水印,,充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======【2】若題目上備注三維,則表示文件里包含三維源文件,由于三維組成零件數(shù)量較多,為保證預(yù)覽的簡(jiǎn)潔性,店家將三維文件夾進(jìn)行了打包。三維預(yù)覽圖,均為店主電腦打開(kāi)軟件進(jìn)行截圖的,保證能夠打開(kāi),下載后解壓即可。======【3】特價(jià)促銷(xiāo),,拼團(tuán)購(gòu)買(mǎi),,均有不同程度的打折優(yōu)惠,,詳情可咨詢(xún)QQ:1304139763 或者 414951605======【4】 題目最后的備注【GC系列】為店主整理分類(lèi)的代號(hào),與課題內(nèi)容無(wú)關(guān),請(qǐng)忽視
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
學(xué) 院: 機(jī)械電子工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名: 徐博
學(xué) 號(hào): 060501516
外文出處: Seung-Nam Yu, Jae-Ho Jang,Chang-Soo Han
(用外文寫(xiě))
Department of Mechanical Engineering, Hanyang University, Seoul, Korea Accepted 8 May 2006.
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):
簽名:
年 月 日
附 件: 1.外文資料翻譯譯文;2.外文原文。
附件1:外文資料翻譯譯文
一種自動(dòng)檢測(cè)隧道內(nèi)混凝土上的裂縫的可移動(dòng)機(jī)器人
摘要:
為了評(píng)測(cè)混凝土建筑物的安全性,用肉眼觀(guān)察裂縫的檢查員會(huì)周期性地測(cè)量并且記錄裂縫。不過(guò)這種手工檢查的效率是很低的并且很容易產(chǎn)生主觀(guān)的結(jié)論。因此,這項(xiàng)研究為混凝土的結(jié)構(gòu)檢查和測(cè)量裂縫提供了一個(gè)新的方案,它能夠提供客觀(guān)的裂縫數(shù)據(jù),在評(píng)測(cè)安全性的過(guò)程中將會(huì)使用到這些數(shù)據(jù)。這個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)和一個(gè)裂縫視覺(jué)系統(tǒng)組成。移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)被一個(gè)圖象處理設(shè)備(CCD)控制著與墻保持恒定的距離。裂縫視覺(jué)系統(tǒng)運(yùn)用圖象處理技術(shù),可以由獲得的圖像中得到有關(guān)裂縫的信息。為了保證對(duì)裂縫辨認(rèn)的準(zhǔn)確性,此系統(tǒng)運(yùn)用了圖像處理程序來(lái)得到裂縫結(jié)構(gòu)的幾何學(xué)特性和模型。目前這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)室和有關(guān)這個(gè)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
2006 Elsevier B.V.版權(quán)所有。
關(guān)鍵字: 裂縫; 隧道; 檢查; 圖象處理; 移動(dòng)的機(jī)器人
1、簡(jiǎn)介:
大約70%的朝鮮地區(qū)都是多山區(qū),在這些地區(qū)修建鐵路和公路都需要很多的隧道。在保持交通通暢的情況下,有關(guān)混凝土建筑物如隧道的安全性的調(diào)查依然在進(jìn)行著。為了確定這種結(jié)構(gòu)的安全,利用非破壞性實(shí)驗(yàn)的定期檢查正在進(jìn)行。不過(guò),非破壞性的實(shí)驗(yàn)的低效率和錯(cuò)綜復(fù)雜的程序讓人們打消了用這樣的實(shí)驗(yàn)整個(gè)代替人的目測(cè)的念頭。因此,非破壞性實(shí)驗(yàn)僅僅局限于精確的檢查。[1] 視覺(jué)對(duì)混凝土建筑物的檢查與檢查員只使用他們的肉眼觀(guān)察沿結(jié)構(gòu)表面走的裂縫的措施有關(guān)。由此可知,目測(cè)的主要缺點(diǎn)是不能保證一次迅速和完整的調(diào)查。為了解決這些問(wèn)題,已經(jīng)研究出了各種各樣的使用圖象處理程序自動(dòng)檢查裂縫的方法,而且應(yīng)用到了實(shí)際的設(shè)施中,包括道路、橋梁、下水道等等。[2-6]
這項(xiàng)研究的特殊目的是要把一個(gè)裂縫察覺(jué)模件和移動(dòng)機(jī)器人的綜合系統(tǒng)應(yīng)用到隧道環(huán)境中。
類(lèi)似的學(xué)科研究正在進(jìn)行并且發(fā)展著。Komatsu 工程公司已經(jīng)研究出并且使這個(gè)能通過(guò)一臺(tái)激光掃描設(shè)備獲得道路和隧道里層的圖像的一個(gè)圖像捕獲系統(tǒng)商品化。日本的鐵路技術(shù)研究院研究出了一個(gè)使用CCD照相機(jī)得到鐵路隧道里層圖象的系統(tǒng)。來(lái)自加拿大的一個(gè)道路設(shè)備集團(tuán)股份有限公司,已經(jīng)研究出一個(gè)由一臺(tái)超聲波傳感器、一臺(tái)陀螺傳感器和一架CCD照相機(jī)組成,能夠在80千米/小時(shí)速度下得到道路圖象的系統(tǒng),并且這種系統(tǒng)已經(jīng)在市場(chǎng)上出售。[7]
這種系統(tǒng)對(duì)裂縫、滲漏、剝落和裂片圖象數(shù)據(jù)的收集非常有用;不過(guò),他們不提供自動(dòng)的裂縫檢查系統(tǒng)。如果要對(duì)裂縫數(shù)據(jù)作出迅速和客觀(guān)的評(píng)估,裂縫檢查和測(cè)量就必須是全自動(dòng)化。
照相機(jī)和激光技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在獲得建筑物表面的檢查圖象上,但是激光掃描設(shè)備的費(fèi)用很昂貴;另外,它還有一個(gè)影響系統(tǒng)維護(hù)的發(fā)熱問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題使得它在各個(gè)領(lǐng)域的工作效力都很差。照像機(jī)掃描設(shè)備比激光設(shè)備成本更低,但是它在黑暗環(huán)境里有照明問(wèn)題。因?yàn)橘M(fèi)用是在工程實(shí)施中考慮較多的一個(gè)因素,所以要更進(jìn)一步地研究表面圖像數(shù)據(jù)收集技術(shù),這樣才能保證在低成本照相機(jī)的方法下,依然能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)的高水平的安全。綜上所述,這項(xiàng)研究提議的在一個(gè)隧道里由一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人和一個(gè)裂縫察覺(jué)系統(tǒng)組成的自動(dòng)化表面裂縫檢查系統(tǒng),將會(huì)比人工的檢查更節(jié)省資源,效率更高。
2、實(shí)驗(yàn)情況
在距觀(guān)察的墻壁有一段固定位移的情況下,移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)在沒(méi)有檢查員幫助的情況下通過(guò)一臺(tái)CCD照相機(jī)獲得圖像數(shù)據(jù)。通過(guò)表格1提及的兩類(lèi)照相機(jī)與表格2的比較描述了在這個(gè)研究系統(tǒng)中使用的CCD照相機(jī)的性能規(guī)格。
為了獲得更清晰的圖像,機(jī)器人采用了一臺(tái)高功率發(fā)光器、減震設(shè)備和一個(gè)以測(cè)量系統(tǒng)速度來(lái)控制CCD照相機(jī)的傳感器。為了獲得一個(gè)0.3毫米/象素的分辨率,系統(tǒng)可以以5千米/小時(shí)的速度運(yùn)行。
裂縫檢查系統(tǒng)由能測(cè)出裂縫的厚度、長(zhǎng)度、方向的軟件組成,這些對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)表面的檢查來(lái)說(shuō)都是非常重要的因素。為了測(cè)試這個(gè)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)在如圖1中所示在大樓和道路隧道內(nèi)進(jìn)行。
圖 1
3.檢查機(jī)器人系統(tǒng)
3.1.檢查
考慮到安全的因素,混凝土的結(jié)構(gòu)被分為裂縫,滲漏,裂片和其他屬性檢查; 不過(guò),裂縫占有最重要的位置,因?yàn)樗钣绊懟炷恋臓顩r [8].
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫起因于不完善的修葺、溫度迅速降低引起的收縮、熱脹冷縮引起的波動(dòng)、和擴(kuò)大的場(chǎng)地而帶來(lái)的額外負(fù)荷。
裂縫可被分為垂直,水平,剪切和復(fù)合幾類(lèi)。 大約40%的裂縫是垂直的,11%是水平的,30%剪切,具體請(qǐng)參閱圖2。 [9].
圖2 裂縫的方向
3.2.系統(tǒng)配置
移動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)由視覺(jué),機(jī)械,和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備組成。 這些設(shè)備儲(chǔ)存著混凝土結(jié)構(gòu)的表面圖像,使裂縫和非裂縫地區(qū)的分布狀態(tài)反差最大化和當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)移動(dòng)到和結(jié)構(gòu)平行時(shí)使噪音減到最小。
裂縫探測(cè)系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)從圖象數(shù)據(jù)中篩選并且計(jì)算出裂縫的數(shù)字化信息的軟件。這個(gè)軟件選出裂縫的長(zhǎng)度,寬度和方向。假如需要精密地檢查這個(gè)結(jié)構(gòu),裂縫探測(cè)系統(tǒng)可以提供幫助信息。
移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)由一臺(tái)CCD照像機(jī),框架抓鉤,控制儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)焦距設(shè)備,減震設(shè)備,發(fā)光器和測(cè)量元件的速度和位置編碼器;如圖3所示。為了計(jì)算結(jié)構(gòu)與機(jī)器人的距離,運(yùn)用速度和位置因素,可以使照像機(jī)在無(wú)人狀態(tài)下可以自動(dòng)調(diào)節(jié)焦距。
3.3.移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)
機(jī)器人有兩個(gè)被自動(dòng)助推器獨(dú)立操作的輪子。 車(chē)輪的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型如圖4。
在圖5中,M點(diǎn)是個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),它也是機(jī)器人的重心,也是坐標(biāo)的原點(diǎn)。假設(shè)認(rèn)為機(jī)器人的車(chē)輪能不斷前進(jìn)在一個(gè)沒(méi)有邊的表面上。通過(guò)做這個(gè)假定,以下的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可被獲得。
說(shuō)明:(1)是大多數(shù)一般化的兩輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的函數(shù)。不過(guò),前兩個(gè)公式有著不能完全結(jié)合的特征,所以很難控制機(jī)器人。那個(gè)控制點(diǎn)或者車(chē)輪連接機(jī)器人的點(diǎn)被距它們距離為d的M點(diǎn)分開(kāi)。當(dāng)控制點(diǎn)設(shè)在機(jī)器人的中心時(shí),也就是當(dāng)d=0,控制點(diǎn)不能被準(zhǔn)確連接。不過(guò),當(dāng)d>0時(shí),那些控制點(diǎn)就可以連接到O點(diǎn)。因此,d不能為零,但是一定要足夠允許那些控制點(diǎn)可以被設(shè)在M點(diǎn)的附近。
這項(xiàng)研究使用了02年出現(xiàn)的機(jī)載系統(tǒng)' GSMR '(指導(dǎo)型服務(wù)移動(dòng)機(jī)器人)的主要硬件和道路跟蹤算法。更多的細(xì)節(jié)數(shù)學(xué)方法在Ref里有解釋。[10].
4.裂縫檢查算法
4.1.理論算法
裂縫和非裂縫的地區(qū)通過(guò)他們對(duì)比各自的光反射率值來(lái)區(qū)分。從反射的圖像得到的資料會(huì)被用于裂縫察覺(jué)和物理測(cè)量算法。圖象處理的全部自動(dòng)化目前還是很難實(shí)現(xiàn),因?yàn)闇?zhǔn)確的結(jié)果很難在不確定的環(huán)境里獲得。因此,在這項(xiàng)研究過(guò)程中,整個(gè)裂縫察覺(jué)的半自動(dòng)化算法只能使用圖6中的方法實(shí)現(xiàn)。
雖然裂縫察覺(jué)系統(tǒng)的照明裝置不是很穩(wěn)定, 但是在裂縫和非裂縫的地區(qū)之間的一種亮度的差別可以用公式(2)的均衡作用達(dá)到。
式中,
sk 獲得使正常的灰色素值
n 像素個(gè)數(shù)
nj 含有j灰色素值的像素個(gè)數(shù)
k 輸入的灰色素
通過(guò)調(diào)和量算子我們可以從圖像中提出裂縫信息。如式(3)所示,算子已經(jīng)獲得了對(duì)裂口的定向。[11].
式中,
從圖7我們發(fā)現(xiàn)從第二個(gè)導(dǎo)數(shù)找零點(diǎn)比從第一個(gè)導(dǎo)數(shù)找最大點(diǎn)容易。
圖7 零交點(diǎn)的標(biāo)記剖面圖
另外,調(diào)和量算子是一個(gè)不變量,因此被獲得的裂口是一個(gè)封閉的曲線(xiàn),這對(duì)得到一個(gè)包括裂縫裂口的區(qū)域是有利的。
作為第2步,因?yàn)檎{(diào)和量算子對(duì)噪音敏感,系統(tǒng)使用了剛性的高斯型曲線(xiàn)過(guò)濾器。
被發(fā)現(xiàn)的裂口形成了一個(gè)溝壑,這被定義為在兩裂口之間的一個(gè)最低點(diǎn),參閱圖8。在8圖(a)顯示的一維外形被掃描產(chǎn)生朝裂口方向的二維圖,如圖8(b)。
圖8 裂口的定義.(a)谷的一維圖.(b)谷的二維圖.
當(dāng)下列條件滿(mǎn)足時(shí),從一個(gè)裂縫裂口到另一個(gè)裂口的掃描將被終止。
首先,當(dāng)另一裂口被穿過(guò)時(shí),最低點(diǎn)的位置被獲得并且儲(chǔ)存。然后裂縫的寬度就是從它的最低點(diǎn)到它的裂口。其次,如果當(dāng)前的象素的灰色度水平比任何其他裂口的高,掃描會(huì)停止。最后,當(dāng)掃描的長(zhǎng)度比臨界值長(zhǎng)時(shí),掃描被停止。臨界值是在為一次非常有效率的計(jì)算作準(zhǔn)備因?yàn)樗苓^(guò)濾噪音,但是當(dāng)裂縫的寬度超過(guò)臨界值,這個(gè)裂縫的信息將被略過(guò)。
從圖像中提取出的裂縫信息應(yīng)該根據(jù)它們的連接的類(lèi)型把它們歸類(lèi)。在圖像里,一道裂縫就是一套象素。在這篇文章里,第一個(gè)搜索方法是歸類(lèi)法,并且要標(biāo)記每個(gè)裂縫地區(qū)。[12]. 因?yàn)閳D像是不連續(xù)的,象素之間的連接可能是比較差的。尤其是給裂縫在相同的地區(qū)貼標(biāo)簽時(shí)會(huì)影響特征的計(jì)算。為了解決這個(gè)問(wèn)題,把每部分的斜度計(jì)算結(jié)果與若干象素一起畫(huà)出一條直線(xiàn)。如果在他們之間的傾斜度變化很微小,它們就會(huì)被合并。
4.2.裂縫的圖像搜索法
利用所給的起點(diǎn)和終點(diǎn),由圖像可以得到一張圖表,這幅圖像的邊界是通過(guò)最小二乘法估計(jì)得到。一幅圖像的象素是由一個(gè)象素的節(jié)點(diǎn)和8個(gè)附近的節(jié)點(diǎn)連結(jié),使用圖6的方法可以找到最短的路徑[13].
圖9描述了一個(gè)使用上述方法的例子。
最小二乘法操作如下。
第一步:把所以從起點(diǎn)發(fā)散的節(jié)點(diǎn)輸入到一個(gè)隊(duì)列中,上述的節(jié)點(diǎn)指針被定義為nA。然后,計(jì)算發(fā)散節(jié)點(diǎn)的距離。
第二步:如果隊(duì)列是空的,那么結(jié)果就是錯(cuò)誤的。接著,找出最短的距離的那個(gè)節(jié)點(diǎn)nI并把它刪除掉。假如ni=nb,保留上述的指針在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)和結(jié)果中。
第三步:假如對(duì)第二步的結(jié)果不滿(mǎn)意,增大節(jié)點(diǎn)ni并輸入所有的其它的節(jié)點(diǎn)到隊(duì)列中。然后,那上述的節(jié)點(diǎn)指針定義為ni并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離,重復(fù)第二步。
這種算法總能找到最佳的數(shù)值.但是,許多節(jié)點(diǎn)的增大可能是因?yàn)楹瘮?shù)。為了提高效率,在每一個(gè)元件的長(zhǎng)度一直保持在一個(gè)固定值時(shí),常常采用不增大節(jié)點(diǎn)這個(gè)辦法。
4.3.裂縫的測(cè)量
并非全部預(yù)期的裂縫實(shí)際上都是真正的裂縫。引起混淆的因素主要包括建筑層,人為標(biāo)記,噪音或者一個(gè)污點(diǎn)。當(dāng)他們小得足以被認(rèn)為是噪音、不長(zhǎng)和太窄、或者是太直時(shí),潛在的錯(cuò)誤區(qū)域會(huì)被移除,人們常常認(rèn)為線(xiàn)性是建筑層的特征。
這篇文章把量子用于裂縫的長(zhǎng)度,寬度和方向上。當(dāng)某個(gè)區(qū)域由裂口組成時(shí),組成這個(gè)區(qū)域的點(diǎn)的寬度將會(huì)被計(jì)算。界外值尺寸會(huì)由中間過(guò)濾器的5段長(zhǎng)度平均值得到。這是一個(gè)整數(shù)中間值。每個(gè)區(qū)域的寬度都可以用公式(4)計(jì)算。
裂縫的長(zhǎng)度是根據(jù)圖像像素的數(shù)量來(lái)決定的。在計(jì)算后得每條對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度為1.414,豎直和水平線(xiàn)都為1,真正的長(zhǎng)度會(huì)被照像機(jī)校準(zhǔn)測(cè)量(圖10)。
圖10 裂縫的測(cè)量
5.實(shí)驗(yàn)
5.1.實(shí)驗(yàn)安裝
在室內(nèi)的一個(gè)墻壁結(jié)構(gòu)上我們做了一個(gè)試驗(yàn)。 車(chē)輪上安裝有一臺(tái)編碼器的一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)利用照相機(jī)獲得墻表面的圖像。機(jī)器人能和墻一直保持著一段恒定的距離。 如果移動(dòng)的機(jī)器人不能和墻保持著一段恒定的距離, 圖像將仍能夠保持對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn),因?yàn)槲覀兪褂昧艘慌_(tái)能自動(dòng)調(diào)節(jié)的激光距離傳感器。為了防止振動(dòng)從地板傳到照相機(jī)上,裝載照相機(jī)的這塊平板被鋼絲繩拴的很穩(wěn)定。圖11就是機(jī)器人室內(nèi)的使用安裝情況。
圖12 描述了圖象處理軟件。裂縫信息顯示在軟件的右邊。圖13顯示了照相機(jī)校準(zhǔn)的菜單,把輸入的每個(gè)象素之間的距離轉(zhuǎn)變成毫米,然后這個(gè)數(shù)據(jù)就被系統(tǒng)獲得。照相機(jī)的校驗(yàn)是在一個(gè)表面上有黑色的小圓點(diǎn)的盤(pán)子上進(jìn)行的;他們被間隔5mm地分開(kāi)。圖14顯示的是一張覆蓋在一幅獲得的圖像和一些被選出的補(bǔ)償點(diǎn)上的圖片。
圖11 建筑物里的設(shè)備安裝
圖12 裂縫檢查的軟件系統(tǒng)
圖13 繪圖數(shù)據(jù)窗口
圖14 套圖塑料膜
5.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖15顯示的是從室內(nèi)的結(jié)構(gòu)獲得的這幅圖像,發(fā)現(xiàn)的裂縫則會(huì)顯示在圖16中。在圖15的右邊顯示的兩條垂直的線(xiàn)是嵌入在結(jié)構(gòu)里的槽溝。因此,這些直線(xiàn)在它們被分辨出后將會(huì)被除去。顯示在圖15的右邊的直線(xiàn)會(huì)被排除,因?yàn)槟切┚€(xiàn)不是真正的裂縫。
圖17和18顯示的是被處理后的圖像數(shù)據(jù)和被選出的裂縫。
因?yàn)殍F棒的終點(diǎn)線(xiàn)正好足夠長(zhǎng),但是改成某些形狀后,他們就不會(huì)被認(rèn)為是裂縫了。
為了通過(guò)人眼的辨別率,系統(tǒng)通過(guò)圖畫(huà)來(lái)顯示結(jié)果。裂縫則使垂直,水平,和斜的校正方向,以及它們的長(zhǎng)度,寬度,起點(diǎn)和終點(diǎn)來(lái)表達(dá)。這篇文章里我們推薦這個(gè)裂縫檢查系統(tǒng),雖然它比較依賴(lài)操作環(huán)境的狀況,有一個(gè)75-85%的總出錯(cuò)率。但是它認(rèn)出的裂縫的測(cè)量誤差是10%或更少。
圖19 描述一堵地鐵內(nèi)側(cè)隧道墻的圖像。使用我們的系統(tǒng),這幅圖像將會(huì)經(jīng)過(guò)圖20的判別環(huán)節(jié)后被選出。
這個(gè)結(jié)果說(shuō)明被提議的系統(tǒng)能夠識(shí)別裂縫甚至當(dāng)它們不是足夠長(zhǎng),在形狀上很明顯需要更多的試驗(yàn),包括裂片等等。
6.結(jié)論
這篇文章提出使用圖象處理程序來(lái)避免人的檢查失誤的一個(gè)結(jié)構(gòu)裂縫檢查系統(tǒng),這些檢查失誤包括裂縫的錯(cuò)誤判別,效率低,主觀(guān)性大和數(shù)據(jù)管理效率低。系統(tǒng)在室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置已經(jīng)被證實(shí),包括一個(gè)室內(nèi)的建筑物,一條道路隧道和一條地鐵隧道。即使用先進(jìn)的察覺(jué)方法,裂縫和非裂縫的錯(cuò)誤的識(shí)別仍然存在。因此,考慮到要把錯(cuò)誤的點(diǎn)去掉,半自動(dòng)化系統(tǒng)用圖像搜索的方法才能確保如此,這種方法要求用戶(hù)輸入每個(gè)裂縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)。
為了得到一個(gè)實(shí)用的系統(tǒng),我們一定要加強(qiáng)對(duì)裂縫特性的深度和完全自動(dòng)化的算法的研究。希望這篇文章能鼓勵(lì)這樣的研究繼續(xù)下去。
附件2:外文原文(復(fù)印件)
— 13 —