[发明专利]基于3D点云数据的集料形态特征检测系统及检测方法

说明书

本发明属于道路工程材料检测设备领域，涉及一种基于3D点云数据的集料形态特征检测系统及检测方法，包括采集机构、处理机构以及显示单元；显示单元，用于显示和输入设定集料的采集参数；采集机构，用于放置集料并采集集料的3D点云坐标信息，并将所采集的3D点云坐标信息传输给处理机构；处理机构，接收采集机构所传输的3D点云坐标信息和显示单元所输入的采集参数，从3D点云坐标信息中提取、计算得出集料的形态特征参数，并根据采集参数对形态特征参数进行指标评价，通过显示单元显示出来。本发明对每个集料进行3D检测，不受光线影响，测试结果稳定、精度高，能够大批量检测，快速地对集料质量做出评价与优选，有效控制施工的质量。

技术领域

本发明属于道路工程材料检测设备领域，涉及一种基于3D点云数据的集料形态特征检测系统及检测方法。

背景技术

沥青路面在我国高速路网中占比90％以上，是高等级公路路面的一种主要结构形式。在沥青混合料中，集料的质量占比约为混合料的90％-95％，其性能状况显著影响着沥青路面的建设质量。然而，目前针对沥青路面的研究工作主要围绕沥青与沥青混合料，而关于集料性质的研究仍不够全面。长期以来道路工程研究者、集料加工行业以及交通行业管理部门对集料资源的利用及其性能影响缺乏必要的重视。

集料未能被高效利用是造成石材资源枯竭的关键因素。当前国内很少有大型的标准化石料厂，较多的是生产质量参差不齐的小规模个体经营户，生产设备简陋且生产者素质不高。国内的多数机制砂石企业没有根据各地资源和市场的特点选择矿址、确定生产规模、工艺流程和设备型号等。这些小的石料厂所用的碎石机基本是颚式破碎机和圆锥式破碎机，缺少冲击破整形设备和大型的除尘设备，生产出粉尘多、级配不稳定、针片状含量超标、少棱角等质量差的集料，给工程埋下了安全隐患。

根据现行集料实验规程，粗集料针片状含量大都采用游标卡尺法进行检测，人工检测反复枯燥，主管因素影响较大，准确性及效率偏低。现有技术一种粗集料针片状测定仪(公开号：CN108955601A)，公开了一种针片状含量测定装置，利用输入口的两个夹持端夹持待测集料，通过位移传感器获取集料尺寸信息来判断是否为针片状颗粒，但是对于集料数量较多时检测效率很低，不能进行大批量检测。现有技术一种粗集料针片状颗粒测定装置(公开号：CN105466820A)，公开了一种针片状颗粒快速判定装置，使用两块挡板对粗集料进行测量，使用挡板为测量工具，每次测量需要使用两次挡板，而且更换挡板方位时需要始终按压被测物体，不够简便，而且测量效率低，精度差。

随着计算机技术的发展，数字图像技术已经在各个科技和生产领域被广泛应用，开发基于图像处理技术的集料细观形态特征实时识别系统，对集料的几何特征，包括形状、棱角、表面纹理等重要性质进行表征，对集料的三维形态特征进行细观描述，建立基于集料形态特征的沥青路面施工质量控制体系，从而改善沥青路面的力学性能和路用性能已成为目前沥青路面重要的研究方向。现有技术粗集料图像采集与分析系统(公开号：CN208796258U)，公开了一种粗集料形态特征检测装置，但其检测局限于对于光线要求较高，需要采集图像时光线均匀，没有阴影；不能大批量检测，只能单颗多次检测，效率低；集料形态特征指标只能计算出具体数值，而不能用户自主修改参数范围并进行集料优选。现有技术一种基于数字图像分析技术的粗集料棱角性评价方法(公开号：CN106442231A)，公开了一种粗集料棱角性检测方法，但其检测局限于仅仅获取集料某一个面上的二维图像，无法全面表征粗集料的形态特征。

发明内容

为了克服现有集料检测光线要求较高、方法复杂、测量效率低、精度差、无法全面表征粗集料的形态特征的技术问题，本发明公开了一种基于3D点云数据的集料形态特征检测系统及检测方法，通过双目相机+线激光辅助定位的方式对每个集料进行连续检测得到3D点云坐标信息，不受光线影响，测试结果稳定、精度高，能够大批量检测，能计算出集料的形态参数。同时，本发明提出粗集料形态特征的评价，将集料的优化设计方案及其施工质量控制合理范围输入检测系统中并根据合理范围对计算出集料的形态参数进行评价，从集料形态特征的角度深入研究沥青混合料的路用性能，从而实现沥青路面施工质量的有效控制。