一种滚轮触压式混凝土板平整度检测系统及其检测方法与流程

1.本发明属土木工程检测设备的技术领域。更具体地，本发明涉及一种滚轮触压式混凝土板平整度检测系统。本发明还涉及该检测系统的检测方法。


背景技术：

2.在土木工程中，混凝土板广泛应用于桥梁、住宅等装配式建筑物和结构的建设。平整度作为混凝土板施工质量的一个重要指标，从数值上反映了混凝土板表面的平整程度。若混凝土板表面凹凸不平，除了影响美观，还会严重影响建筑物的整体装配性能，造成受力不均、应力集中等问题，进而威胁整体工程结构安全。
3.目前国家规定平整度检验标准应依据《混凝土结构施工质量验收规范》(gb50204-2015)，采用检验方法为2米靠尺配合塞尺检查，尺寸偏差≤8mm。该方法依靠检测人员人工手持靠尺，移动操作较为频繁，耗费体力。平整度量化评估需要操作人员进行肉眼读数，精度较低，工作效率较低。这种方法适用于少量的混凝土板监测；如果应用于混凝土板厂进行大批量生产和检测时就十分不便。
4.我国高铁及各类基建工程如火如荼，一大批混凝土板厂拔地而起，但现有技术满足不了混凝土板检测的要求。因此，亟需开发自动化程度高，可适用于大批量、流水化的混凝土板平整度高精度的检测新方法，并开发相应的检测设备。


技术实现要素：

5.本发明提供一种滚轮触压式混凝土板平整度检测系统，其目的是提高平整度检测的自动化程度和检测精度。
6.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
7.本发明的滚轮触压式混凝土板平整度检测系统，包括带式运输单元(1)，所述的带式运输单元设置传送皮带；所述的检测系统还设有感应检测单元，所述的感应检测单元设置检测支架，所述的检测支架上设置多个轻质滚轮，所述的轻质滚轮与检测支架之间设置压力传感器；所述的轻质滚轮在运动的预制混凝土板的表面上滚动触压，获得压力数据。
8.所述的数据处理单元包括用于对触压产生的压力数据进行方差算法程序设定、执行数据分析的控制计算机，所述的控制计算机通过操作显示单元中的压力示数屏显示各时间段的轻质滚轮与预制混凝土板的表面接触点的压力数值。
9.所述的压力传感器通过信号线路与所述的数据处理单元连接。
10.所述的感应检测单元的结构为：所述的轻质滚轮通过两端的滚轮端板安装在轻质滚轮上方的滚轮支撑板上。
11.所述的检测系统设置筛查分流单元，所述的筛查分流单元在感应检测单元后方的传送皮带上设置感应导向杆，所述的感应导向杆的驱动机构通过信号线路与所述的数据处理单元连接；所述的筛查分流单元在所述的带式运输单元的侧面，设置分流通道；通过感应导向杆旋转至分流位置，平整度不合格的预制混凝土板被送至分流通道。
12.所述的检测系统设置操作显示单元；所述的操作显示单元包括用于调节轻质滚轮距预制混凝土板之间的高度的调节摇把、用于展示混凝土板受压测量值及接触波动曲线的呈像显示屏以及电控箱；所述的操作显示单元通过信号线路与所述的数据处理单元连接。
13.为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供以上所述的滚轮触压式混凝土板平整度检测系统的检测方法，其技术方案是：
14.所述的检测方法是通过带式运输单元输送预制混凝土板，经感应检测单元通过轻质滚轮在混凝土板上；借助数据处理单元中电子压力传感器以及系统转化感应讯号，再由操作显示单元中的压力示数屏呈现分布压力数据及滚动波动曲线，清晰展示混凝土板平整度概况；采用压力方差的形式反映混凝土板平整度的情况，并根据筛查分流单元中设定的阈值进行识别判断，从而完成平整度不合格预制混凝土板试件的检测，并对平整度不合格的预制混凝土板进行分流。
15.所述的检测方法采用的数据处理算法，对独立的轻质滚轮上的压力传感器测量得到的压力数据值进行处理计算，由概率论中方差用来度量随机变量和其数学期望之间的偏离程度的特性，采用压力传感器所获得的压力数据，计算出各组触压数据的方差值，来判断待测混凝土板块平整度是否合格；
16.评价模型：
[0017][0018][0019]
式中：
[0020]
xij为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，由传感器记录的各帧数据压力值，其中i、j取值(i＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3
……
)，其中：i反映感应单元中对应的独立轻质滚轮水平排向的位置数，默认沿着传动带运输方向从左至右排数；j反映轻质滚轮与传送带相对运动的竖向的位置数；示例：x
11
为沿着传动带运输方向从左至右第一个滚轮测得的竖向第一个压力感应数据；
[0021]
为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，传感器记录的整个过程中所有压力值数据的均值；
[0022]
s为滚轮在混凝土板上滚动触压，所获得的整个过程中压力值数据的方差，其取值范围为[0， ∞]；
[0023]
通过上述计算结果得到的方差值，可反映出混凝土板整体压力波动的幅度；
[0024]
为了更好地确定局部存在的压力值大幅度波动，定位到具体缺陷或凸起的位置，所述的检测方法建立在分析混凝土板整体平整度的基础上，对i，j方向的压力值数据变化进行局部平整度深入分析；其具体如下列公式：
[0025]
[0026][0027]
对于沿着传动带运输方向从左至右数第m个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压所测得的竖向上的一组压力值数据，在式(3)、式(4)中，为第m个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的该组竖向压力值数据的均值；s
mj
为第m个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的竖向压力值数据方差；其具体如以下公式：
[0028][0029][0030]
对于沿着传动带运输方向从左至右数第一个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压所测得的竖向上的一组压力值数据，在式(5)、式(6)中，为第一个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的该组竖向压力值数据的均值；s
1j
为第一个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的竖向压力值数据方差；其具体如以下公式：
[0031][0032][0033]
对于沿着传动带运输方向一组轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，所测得的竖向上的第n帧压力值数据，在式(7)、式(8)中，为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，测得的该组竖向数据第n帧的压力值的均值；s
in
为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，测得的竖向第n帧压力值数据方差；其具体如以下公式：
[0034][0035][0036]
对于沿着传动带运输方向一组滚轮在混凝土板上滚动触压，所测得的竖向上的第1帧压力值数据，在式(9)、式(10)中，为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，测得的该组竖向压力值数据第1帧的均值；s
i1
为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，测得的竖向第1帧压力值数据方差；
[0037]
通过上述计算结果得到的方差值，与基准平整度合格预制混凝土板的阈值进行比
较，来筛选出平整度不合格的混凝土板块；其阈值大小通过分布概率进行获取，具体结合实际工程项目要求确定；
[0038]
同种类预制混凝土板样本方差，可以根据合格预制混凝土板求得对应横向与竖向及整体压力值数据方差作为相应判定临界阈值；
[0039]
当待测预制混凝土板压力输出值样本对应方差超过设定阈值，说明受压分布不均匀，进而确定预制混凝土板块的平面凹凸不平，认定未达到标准；反之认定为在平整度接受范围内，符合混凝土平整度要求。
[0040]
本发明采用上述技术方案，通过压力传感器筛查出平整度不达标的预制混凝土板，整个操作流程的自动化程度高，具有原理科学、操作简单方便、节省劳力、无需人工过多参与、工作效率高；精度高等特点，适合推广使用。在生产线上便可迅速开展对预制混凝土板平整度情况的检测，避免平整度不合格的混凝土板用于后期现场安装，保障整体工程结构安全；整个设备结构简单，体积较小，易安装与拆卸；可以很方便地对不合格混凝土板进行分流剔除。
附图说明
[0041]
附图所示内容及图中的标记简要说明如下：
[0042]
图1为本发明的预制混凝土板块平整度整体检测设备示意图；
[0043]
图2为图1中的感应检测单元结构图；
[0044]
图3为本发明中的数据处理单元的构成示意图。
[0045]
图中标记为：
[0046]
1、带式运输单元，2、感应检测单元，3、数据处理单元，4、筛查分流单元，5、操作显示单元；
[0047]
101、运输支架，102、传送皮带，103、螺纹钉，104、限位板；
[0048]
201、轻质滚轮，202、固定螺母，203、滚轮端板，204、滚轮支撑板，205、(薄膜)压力传感器，206、第二支撑板，207、四角支柱，208、套接环，209、螺纹轴，210、第三支撑板，211、压力示数屏，212、主梁调节板，213、梯形铰接顶梁，214、高度调节螺栓，215、检测支架；
[0049]
301、控制计算机，302、固态硬盘；
[0050]
401、警报灯铃，402、感应导向杆，403、分流通道；
[0051]
501、调节摇把，502、呈像显示屏，503、电控箱。
具体实施方式
[0052]
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0053]
如图1至图3所示本发明的结构，为一种滚轮触压式混凝土板平整度检测系统，包括带式运输单元1，所述的带式运输单元1设置传送皮带102。本发明针对预制期混凝土板平整度检测问题，提供了一种检测预制混凝土板平整度的压力传感技术方法。
[0054]
为了克服现有技术的缺陷，实现提高平整度检测的自动化程度和检测精度的发明
目的，本发明采取的技术方案为：
[0055]
如图1所示，本发明的滚轮触压式混凝土板平整度检测系统设有感应检测单元2，所述的感应检测单元2设置检测支架215，所述的检测支架215上设置多个轻质滚轮201，所述的轻质滚轮201与检测支架215之间设置压力传感器205；所述的轻质滚轮201在运动的预制混凝土板的表面上滚动触压，获得压力数据。
[0056]
该技术方案的原理是通过带式运输单元1输送混凝土板，经感应检测单元2通过轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，获得压力值数据；借助数据处理单3元中电子压力传感器205以及系统转化感应讯号，再由操作显示单元5中的压力示数屏呈现分布压力数据及滚动波动曲线，清晰展示平整度概况；采用压力方差的形式反映混凝土板平整度的情况，并根据筛查分流单元4中设定的阈值进行识别判断，从而完成平整度不合格混凝土板试件的检测，并对平整度不合格的混凝土板进行分流。
[0057]
以上所述的检测系统，其采用的原理科学合理，通过设置轻质滑动轮与待测混凝土板表面滑动接触，产生压力作用于薄膜式压力传感器，膜片因感应凹凸面产生压力大小不同，做出相应的差异变形，输出的压力信号经传输给处理电路，从而完成平整度检测；通过压力传感技术代替测速过慢的人工测量，较传统规范所需操作者借助手持靠尺并移动检测架来回测量，更为便捷，且避免易受人为因影响素，如肉眼识别、触碰、人工计算等，具有省时省力、精度较高的特点；可根据压力传感器传递出的压力差值以及方差标准差值，完成指令判断，以显示器读出的测量值、亮灯警报形式来反映预制混凝土板平整度情况，并对相应数据进行存储，筛查效率高，且便于后期工作人员根据误差程度进行填充修补。
[0058]
如图1所示：
[0059]
所述的带式运输单元1包括运输支架101、传送皮带102、螺纹钉103、限位板104以及输送传动装置、电控箱503；其主要用于完成将生产线上预制混凝土板块试件的输送，与轻质滚轮201间产生相对位移运动。
[0060]
所述的运输支架101为系统的主体框架，支撑轨道皮带及承重物；传送皮带102用于运输预制混凝土板构件，实现平稳匀速运动；所述的螺纹钉103作用于固定限位板104，循序渐进地紧固运输支架101与检测支架215；
[0061]
如图3所示：
[0062]
所述的数据处理单元3包括用于对触压产生的压力数据进行方差算法程序设定、执行数据分析的控制计算机301，还包括固态硬盘302；
[0063]
所述的控制计算机301通过操作显示单元5中的压力示数屏211显示各时间段的轻质滚轮201与预制混凝土板的表面接触点的压力数值；
[0064]
所述的固态硬盘302由控制单元和存储单元组成，其作用是快速完成由压力传感器205所测得的预制混凝土板块试样压力示数的读取及存储，控制计算机301其主要目标是根据工序前设定的概率统计算法对数据进行处理与判定，再将评定结果是否合格信号发送至筛查分流单元4。
[0065]
如图2所示：
[0066]
所述的感应检测单元2包括轻质滚轮201与预制混凝土板相接触发生力的作用；其作用是通过轻质滚轮201与薄膜压力传感器205连动，利用压电材料如压力敏感元件受压力变形后能产生电性变化特性，压力传感器205接收压力信号，并以一定的规律形式将压力信
号转换成可用的输出电信号。
[0067]
所述的压力传感器205通过信号线路与所述的数据处理单元3连接。
[0068]
所述的感应检测单元2的结构为：所述的轻质滚轮201通过两端的滚轮端板203安装在轻质滚轮201上方的滚轮支撑板204上。
[0069]
固定螺母202旋紧滚轮端板203来固定轻质滚轮201；滚轮支撑板204用于承载薄膜压力传感器205及其上包含的结构。
[0070]
薄膜式的压力传感器205的工作原理是：吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化来获得应变所受压力大小；
[0071]
第二支撑板206承重其上构件如四角支柱207；套接环208内螺纹巢纹路适配螺纹轴209，从而衔接上述结构；第三支撑板210承重其上构件；
[0072]
压力示数屏211呈现对应压力传感器发出的压力讯号数值；主梁调节板212固定限位下方结构；梯形铰接顶梁213固接约束既能限制移动也能限制转动，保证轻质滚轮与预制混凝土板相对匀速运动；高度调节螺栓214受调节摇把501控制调节上下高度；检测支架215与运输支架101连接固定形成整体系统大框架。
[0073]
如图1所示：
[0074]
所述的检测系统设置筛查分流单元4，所述的筛查分流单元4在感应检测单元2后方的传送皮带102上设置感应导向杆402，所述的感应导向杆402的驱动机构通过信号线路与所述的数据处理单元3连接；
[0075]
所述的筛查分流单元4在所述的带式运输单元的侧面，设置分流通道403；感应导向杆402，引到完成指示检测后预制混凝土板的通道走向；通过感应导向杆402旋转至分流位置，不合格的预制混凝土板被送至分流通道403。
[0076]
分流通道403用于分流输送筛分出合格与不合格预制混凝土板构件，当平整度检测不合格的预制混凝土板构件经过剔除位置，感应导向闸杆立即运行，将不合格混凝土板分流至剔除通道。
[0077]
该单元部分完成平整度不合格混凝土板构件的筛选；
[0078]
所述的筛查分流单元4还包含警报灯铃401，其作用提示工作人员检测到不平整预制混凝土板块，平整度合格试件绿灯正常输送，不合格则会响铃且亮红灯警报提示；
[0079]
接收到混凝土板平整度不合格的讯号后，该单元迅速通过警报指示灯铃401作出反应；当表面不平整的混凝土板运输到感应导向闸杆402位置，由感应导向闸杆402将其分流到后期可进行压平完善通道。而合格混凝土板将继续运行生产线的正常输送至施工现场使用。
[0080]
如图1所示：
[0081]
所述的操作显示单元5包括用于调节轻质滚轮距预制混凝土板之间的高度的调节摇把501、用于展示滚轮在混凝土板上触压获得的压力数据及接触波动曲线的呈像显示屏502以及电控箱503；所述的操作显示单元5通过信号线路与所述的数据处理单元3连接。
[0082]
所述的电控箱503是包含一个或多个低压开关设备以及与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，用于运输过程控制、检测系统供电，起到调节保护等作用。
[0083]
所述的调节摇把501用于调节轻质滚轮距预制混凝土板块间的高度；
[0084]
呈像显示屏502可展示滚轮在混凝土板上触压获得的压力数据及接触波动曲线，
操作人员可通过其点击查看混凝土板平整度不合格的部位，便于人工后期作出修补调整；
[0085]
操作显示单元5是用于监测人员进行数据读取与后期维护，其操作显示屏呈放的是由数据处理单元将轻质滚轮在混凝土板上滚动作用产生触压的压力数据及过程波纹曲线图，操作人员通过呈像界面查看预制混凝土板块构件数值变异较大或者过程曲线峰值顶部来确定平整度较差的具体位置，为便于工作人员直接操作以及避免输入设备干扰，显示单元采用触摸屏。
[0086]
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供以上所述的滚轮触压式混凝土板平整度检测系统的检测方法，其技术方案是：
[0087]
所述的检测方法是通过带式运输单元1输送流水生产线上的预制混凝土板，经感应检测单元2根据事先已知混凝土板厚度，预先将轻质滚轮调节好合适高度，通过轻质滚轮201在混凝土板上滚动触压，产生压力数据；借助数据处理单元3中电子压力传感器205以及系统转化感应讯号，再由操作显示单元5中的压力示数屏211呈现触压数据及滚动波动曲线，最终以显示器读出的测量值、亮灯警报形式来反映混凝土板平整度情况，清晰展示混凝土板平整度概况；并对相应数据进行存储，筛查效率高，且便于后期工作人员根据误差程度进行填充修补。
[0088]
所述的检测方法是通过带式运输单元输送混凝土板，经感应检测单元通过轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，获得压力值数据；借助数据处理单元中电子压力传感器以及系统转化感应讯号，再由操作显示单元中的压力示数屏呈现分布压力数据及滚动波动曲线，清晰展示平整度概况；采用压力方差的形式反映混凝土板平整度的情况，并根据筛查分流单元4中设定的阈值进行识别判断，从而完成平整度不合格混凝土板试件的检测，并对平整度不合格的混凝土板进行分流。
[0089]
所述的检测方法采用的数据处理算法，对独立的轻质滚轮201上的压力传感器205测量得到的压力数据值进行处理计算，由概率论中方差用来度量随机变量和其数学期望之间的偏离程度的特性，采用压力传感器所获得的压力数据，计算出各组触压数据方差值，来判断待测混凝土板块平整度是否合格；
[0090]
评价模型：
[0091][0092][0093]
式中：
[0094]
x
ij
为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，由传感器记录的各帧数据压力值，其中i、j取值(i＝1，2，3，4，5，6；j＝1，2，3
……
)；
[0095]
i反映感应单元中对应的独立轻质滚轮水平排向的位置数，默认沿着传动带运输方向从左至右排数；j反映滚轮与传送带相对运动的竖向的位置数，示例：x
11
为沿着传动带运输方向从左至右第一个滚轮测得的竖向第一个压力感应数据；
[0096]
为滚轮在混凝土板上滚动触压，传感器记录的整个过程中所有压力值数据的均
值；
[0097]
s为滚轮在混凝土板上滚动触压，所获得的整个过程中压力值数据的方差，其取值范围为[0， ∞]；
[0098]
通过上述计算结果得到的方差值，可反映出混凝土板整体压力波动的幅度，为了更好地确定局部存在的压力值大幅度波动，定位到具体缺陷或凸起的位置，本方法建立在分析混凝土板整体平整度的基础上，欲对i，j方向的压力值数据变化进行局部平整度深入分析。
[0099]
具体表达见下列公式：
[0100][0101][0102]
对于沿着传动带运输方向从左至右数第m个滚轮在混凝土板上滚动触压所测得的竖向上的一组压力值数据，式(3)、式(4)中为第m个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的该组竖向压力值数据的均值；s
mj
为第m个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的竖向压力值数据方差。
[0103]
为便于理解，具体举例参考下式：
[0104][0105][0106]
对于沿着传动带运输方向从左至右数第一个滚轮在混凝土板上滚动触压所测得的竖向上的一组压力值数据，式(5)、式(6)中为第一个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的该组竖向压力值数据的均值；s
1j
为第一个轻质滚轮在混凝土板上滚动触压测得的竖向压力值数据方差。
[0107][0108][0109]
对于沿着传动带运输方向一组滚轮在混凝土板上滚动触压，所测得的竖向上的第n帧压力值数据，式(7)、式(8)中为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，测得的该组竖向数据第n帧的压力值均值；s
in
为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，测得的竖向第n帧压力值数
据方差。
[0110]
为便于理解，具体举例参考下式：
[0111][0112][0113]
对于沿着传动带运输方向一组滚轮在混凝土板上滚动触压，所测得的竖向上的第1帧压力值数据，式(9)、式(10)中为轻质滚轮在混凝土板滚动触压，测得的该组竖向压力值数据第1帧的均值；s
i1
为轻质滚轮在混凝土板上滚动触压，测得的竖向第1帧压力值数据方差。
[0114]
方差概念的逻辑意义表示分布的离散程度，在此可用于反映预制混凝土板块整体平整度均匀度状况。方差越大，随机变量取值偏离平均值的可能性越大。如方差越大，“极端区间”偏离中心越远。故通过得到计算结果的方差值，与基准平整度合格预制混凝土板块所得到的区间阈值进行比较来筛选出不合格的混凝土板。而阈值大小，可通过分布概率进行获取。具体结合实际工程项目要求。
[0115][0116]
概率论中标准差法，其目的在于对实验中随机变量极大极小可疑值进行舍弃。而与间概率达到99.73％，也就是说出现于此范围中的数据比较可靠。故同种类预制混凝土板触压后获得的压力数据方差可以根据合格预制混凝土板求得对应横向与竖向及整体方差作为相应判定临界阈值。
[0117]
当待测预制混凝土板压力输出值样本对应方差超过设定阈值，说明受压分布不均匀，进而确定预制混凝土板块构件平整度凹凸不一，认定未达到标准；反之认定为在平整度接受范围内，符合精度要求。
[0118]
本发明除考虑整体数据方差的反映情况，并对水平i、j方向均作出分析，有利于后期准确判定预制混凝土板块凹凸差异较大的连续部分，做出较为经济且快速的填充修补。
[0119]
以上技术方案能够尽早在混凝土板生产线上迅速发现预制混凝土板凹凸不平整问题，提高工厂化、机械化施工程度，避免不合格预制混凝土板流入施工现场安装，造成后期预制板装配式建筑、桥梁等项目质量隐患。
[0120]
检测预制混凝土板平整度的压力传感器技术方法，与常用规范检测方法相比，无需操作员反复测量过多参与，避免主观因素如肉眼观察，依赖人工经验所造成的影响。只需根据滚轮在预制混凝土板表面上滚动触压，由传感器检测压力所输出最大压力差值与设定的平整度阈值进行比较，如小于等于设定限度值，则混凝土板合格；如大于设定限度值则为混凝土板平整度不合格。该方法原理清晰，设备操作简单且方便，满足预制混凝土板在平整度检测过程中速度快，效率高的要求。
[0121]
本发明可在施工现场安装铺砌前，检测混凝土板平整度是否合格，保障工程项目结构稳定性等安全问题，提升工程质量。本发明还可以记录平整度不合的混凝土板压力差
值超出阈值位置，以便后期完成精准修补，快速解决预制混凝土板在生产过程中平整度较差的问题。
[0122]
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。