一种基于双目立体视觉与电动葫芦的拱肋节段吊装施工方法

1.本发明属于工程结构智能建造技术领域，具体涉及一种基于双目立体视觉与电动葫芦的拱肋节段吊装施工方法。


背景技术：

2.电动葫芦在桥梁拱肋吊装施工过程中扮演着重要角色，目前其通常与全站仪相结合来进行拱肋吊装作业。在拱肋施工过程中，往往很难一次性吊装到位，当拱肋的标高、轴线等数据测量值与目标位置存在偏差时，需通过控制电动葫芦对其位置进行反复调整，并使用全站仪进行多次观测，直至确认拱肋已处于目标位置，才能认为吊装完成，方可进行后续施工。由此可见，传统拱肋吊装方法存在施工效率低、作业耗时长等局限。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于双目立体视觉与电动葫芦的拱肋节段吊装施工方法，对桥梁拱肋吊装系统进行创新优化设计，使得吊装系统在工作中更加高效，施工更加方便，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种基于双目立体视觉与电动葫芦的拱肋节段吊装施工方法，包括如下步骤：
6.s1、双目立体视觉系统的标定，将靶标粘贴于各个拱肋节段的端部位置；
7.s2、根据所述靶标重构三维坐标并计算靶标与目标位置的偏差量；
8.s3、根据所述偏差量采用电动葫芦结合控制算法吊装拱肋；
9.s4、修正控制参数并调整拱肋位置。
10.进一步的，所述拱肋节段的端部位置包括桥墩与拱肋节段连接位置。
11.进一步的，靶标粘贴包括：
12.将双相机固定于施工场地附近的水平平台上，其中两个相机的视场需要观测到已安装拱肋和待安装拱肋及其对应的靶标；
13.将标定板置于靶标所在平面附近位置，通过两个相机同时采集不同姿态的标定板图片，对双目立体视觉系统进行标定；
14.获取第一相机和第二相机的内部参数矩阵k1、k2，镜头畸变参数矩阵d1、d2，以及两个相机之间的相对旋转矩阵以及平移矩阵。
15.进一步的，所述标定板为棋盘标定板、圆点标定板或编码标定板。
16.进一步的，重构三维坐标并计算靶标与目标位置的偏差量包括：利用经过已标定的双目立体视觉系统识别并定位标靶，重构以第一相机光心为坐标原点的三维坐标，进而计算靶标当前位置与目标位置的偏差量。
17.进一步的，所述目标位置根据施工图中拱肋的安装位置确定。
18.进一步的，电动葫芦结合控制算法吊装拱肋包括：将偏差量作为初始参数输入控制算法，计算各控制参数，并通过无线方式传输给电动葫芦控制器，控制电动葫芦调整拱肋
朝目标位置移动。
19.进一步的，所述制算法为pid算法。
20.进一步的，修正控制参数并调整拱肋位置包括：根据双目立体视觉实时测量结果，对控制参数进行修正，从而完成拱肋自动吊装。
21.本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种基于双目立体视觉与电动葫芦的拱肋节段吊装施工方法，与现有技术相比，具有以下优点：
22.1、本发明通过采用对拱肋之间的靶标进行定位，重构三维坐标，通过电动葫芦结合pid算法吊装拱肋，实现快速施工的目的，方法便捷高效，与其他拱肋吊装方法相比，本发明缩短了由于反复确认数据而多次操纵电动葫芦浪费的时间，从而提高了拱肋施工的效率，缩短工期；
23.2、本发明更具自动化，相比于其他拱肋吊装装置，仅由两个工业相机、一台计算机等组成，对比传统方法中的人为控制电动葫芦操作拱肋，具有自动化的优点。
附图说明
24.图1为本发明实施例中拱肋节段吊装施工方法的流程图；
25.图2为本发明实施例中靶标的样式结构图；
26.图3为本发明实施例中拱肋节段吊装施工装置的结构图。
27.图中：1、第一相机；2、第二相机；3、计算机；4、无线信号发射器；5、靶标；6、拱肋；7、电动葫芦；8、控制器；9、无线信号接收器。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明实施例中提供了一种基于双目立体视觉与电动葫芦的拱肋节段吊装施工装置，示例性的，如图2和图3所示，该装置包括第一相机1、第二相机2、计算机3、无线信号发射器4、靶标5、拱肋6、电动葫芦7、控制器8、无线信号接收器9。其中，靶标5粘接在桥墩边部，和拱肋节段连接位置处；第一相机1、第二相机2固定于施工场地附近的水平平台上，可采用三脚架进行安装，并与计算机3连接，且计算机3与无线信号发射器4电性连接，无线信号发射器4与无线信号接收器9信号连接，无线信号接收器9与控制器8电性连接，控制器8与电动葫芦7电性连接。相比于其他拱肋吊装装置，仅由两个工业相机、三脚架、一台计算机组成，对比传统方法中的人为控制电动葫芦操作拱肋，具有自动化的优点。
30.随着光学设备和图像处理技术的不断发展，视觉测量被广泛应用于工程建造、工程测量等领域，具有便捷、高效、高精度等优点。为了提升拱肋节段吊装施工效率，结合上述施工装置，本实施例中提供了如图1所示的一种基于双目立体视觉与电动葫芦的拱肋节段吊装施工方法，包括如下步骤：
31.在桥墩与拱肋预焊接处粘贴靶标，在各个拱肋的端部粘贴靶标。根据待测量的靶
标间的距离确定相机的视场、间距，搭建双目立体视觉系统，将两个工业相机固定在拱肋施工场地附近的水平平台上。相机视场需要观测到两个拱肋结构以及对应的靶标。
32.具体包括以下步骤：
33.1)双目立体视觉系统的标定：将两台工业相机用三脚架固定在拱肋施工场地附近的水平平台上，通过数据线和数据采集卡将计算机和相机相连，使靶标布置在视场中；调节镜头光圈和焦距大小至相机得到最佳图像质量为止；在相机和靶标之间使用标定板进行标定，保存图像至计算机。通过计算保存的图像得到两个相机的内部参数矩阵k1、k2，镜头畸变参数矩阵d1、d2。以及两个相机之间的相对旋转矩阵以及平移矩阵。
34.2)重构三维坐标并计算靶标与目标位置的偏差量：利用经过所述步骤1)中已标定的双目立体视觉系统识别并定位标靶，重构以第一相机光心为坐标原点的三维坐标，获取靶标的三维坐标并作为初始位置。根据施工图纸标注的拱肋安装位置，获取对应的三维坐标并作为目标位置。计算初始位置和目标位置的差值，即为靶标偏差量。
35.3)电动葫芦结合控制算法吊装拱肋：将所述步骤2)中的偏差量作为初始参数输入控制算法，计算各控制参数，并通过无线方式传输给电动葫芦控制器，控制电动葫芦调整拱肋朝目标位置移动。
36.4)修正控制参数并调整拱肋位置：根据所述步骤2)中双目立体视觉实时测量结果，对控制参数进行修正。当所述步骤2)中的偏差量趋近于0时，认为拱肋吊装完成，计算机停止作业。
37.本发明采用双目立体视觉测量技术与电动葫芦相结合的方法，可实现拱肋自动吊装施工。通过采用对拱肋之间的靶标进行定位，重构三维坐标，通过电动葫芦结合pid算法吊装拱肋，实现快速施工的目的，方法便捷高效，与其他拱肋吊装方法相比，本发明缩短了由于反复确认数据而多次操纵电动葫芦浪费的时间，从而提高了拱肋施工的效率，缩短工期。
38.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。