[0001] 本发明涉及光学检测领域，特别为一种钢筋尺寸检测仪。

[0002] 钢筋尺寸和裂缝宽度在楼宇建筑、桥梁、高铁、地铁、水利、隧道等工程的安全质量是很重要的参数。市面上推出了各种测量方法、测量设备。如钢筋尺寸测量，采用了千分卡尺，能较准确、方便测量其尺寸，但它不能数据存储，更不能远距离适时传输，影响了质量的可追溯性。目前也已研制了采用摄像方法对裂缝宽度进行测量，但都做成体积较大、价格较贵、不便携带、不便传输的仪器。

[0003] 手机是一种便携移动式的摄像机，它不仅具有通讯传输功能、运算测量功能、存储数据图像功能、还是很适用的显示器。但从资料上看，很少被应用在钢筋和裂缝宽度测试等装置上。由于它的普及率很高，很有必要推广应用。它可以大大降低钢筋和裂缝尺寸测试装置的价格，还可以实现小型化和智能化。

[0028] 下面结合附图说明对本发明做详细说明：

[0029] 如图1‑7所示，一种钢筋尺寸检测仪，其特征在于：包括固定镜筒1、主镜筒、固定安装在主镜筒中且固定焦距的光学镜片组、连接在主镜筒与固定镜筒1之间的用于带动主镜筒沿光轴方向相对固定镜筒1往复移动的移动驱动组件2、以及固定安装在主镜筒中光学镜片组后侧的图像传感器3，所述光学镜片组包括由物方到像方依次设置的前镜组H和后镜组L,所述前镜组H为由平凸透镜或双凸透镜构成以使得光学系统成物方远心光路。

[0030] 根据光学成像公式：X1＝β1x f1’，X表示由光学系统前焦点到物的距离，β1表示物方的放大倍率。如果物距改变，X改为X2，则X2＝β2x f2’。如果f1’＝f 2’,X1＝X2,那么β1＝β2。也就是说，对同一固定焦距系统，只要物距相同，在不考虑光学系统的畸变影响下,把像调清晰后，系统的放大倍率是不变的。如第1测量点为A，B是沿光轴移动的另一点。在第1点的物高为ηa，在像面上的像高为ηa’，在B点上的物高为ηb，像高为ηb’,βa＝ηa/ηa’，βb＝ηb/ηb。而Βa＝βb＝β。说明：对同一固定焦距系统，只要准确定出其中一个物距的放大倍率，其他点的放大倍率也同时确定了，也就是说，只要测出某一位置的像高，就可以用βxη’求出对应的物高η。由于裂缝仪测量的裂缝面基本上是平面,可以把定位面定在物面上，把它成的像调清晰后,测出它的放大倍率就是系统的统一放大倍率。但是，对圆柱形的钢筋则不一样，随着钢筋尺寸的不一样，它的最大外径的物面位置也不一样，如图1所示。本发明依据上述原理，选择了如下方式，即：始终让物距保持不变，从而，使测量光学系统的放大倍率保持不变，只要把各种钢筋最大外径的轮廓线的像调清晰，用βxη’即可算出对应的钢筋尺寸η。

[0031] 光学系统中，其中前镜组H是一个平凸或双凸镜,它的作用是使光学系统成物方远心光路,以提高测量时的对准精度。

[0032] 其中图像传感器3选用USB摄像机。由于钢筋尺寸测量范围较大(直径在Φ6‑Φ30mm),它对应的CMOS摄像靶面,是βX(Φ6‑Φ30mm)，由于摄像机有效扫描范围分水平和垂直两个方向(一般采用4:3制和16:9制),而待测钢筋是一个长柱形,如垂直方向设为X，水平方向为Y，那么X＝C(常数)它的水平方向(Y)就是我们要测的钢筋直径方向。这是与以往安
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防镜头最大的区别。这样，CMOS的有效最大测量尺寸＝(“标称”Φ像*Y)/√(X +Y)，如采用
4：3制。CMOS采用1/3”Φ像＝6mm，那么水平方向有效测量尺寸为6x4/5＝4.8mm。如果要测量的钢筋尺寸是30mm，可得倍率应为β＝4.8/30＝0.16。同时可看出，采用较小靶面的CMOS，β值会缩小较大，有利于像方NA值增大，在提高分辨力的同时，也有利于缩小景深。

[0033] 本发明钢筋尺寸检测仪实施例列举的光学指标如下：f’钢筋＝32.34mm，D/f＝1：2.2(其中：像方NA＝0.207)，倍率β’＝‑0.16，物高2η＝30mm，像高2η’＝4.7mm(水平方向y取
2.2，垂直方向小取0.8)相当1/3”有效扫描靶面水平线。入瞳距离lp＝182.0mm。物距Lob＝
35mm,像距Limg＝7.82mm,光学总长TTL＝68.67mm。相对畸变Dist<‑0.9％。图6是钢筋尺寸检测仪在全口径时不同视场的传递函数(MTF)曲线图。

[0034] 移动驱动组件：本实施例的移动驱动组件2可采用如图3所述的调节环结构，包括套置在前镜筒4外周的旋轮21以及分别与旋轮21和前镜筒4连接的滑动导杆22，所述旋轮21在转动过程中可通过滑动导杆22与前镜筒4的螺旋导槽相配合控制前镜筒4相对移动；

[0035] 也可采用如图4所示的丝杆驱动结构，包括与固定相对转动连接的丝杆23、驱动丝杆23转动的电机24、以及与丝杆23螺纹连接并与前镜筒4相固定的螺母25。

[0036] 优选地，所述后镜组L包括由物方到像方依次设置的第一双凸形正透镜L1、第二双凹形负透镜L2、第三双凹形负透镜L3、第四双凸形正透镜L4、第五双凸形正透镜L5和第六弯月形负透镜L6，第一双凸形正透镜L1和第二双凹形负透镜L2组成双胶合组，所述第五双凸形正透镜L5和第六弯月形负透镜L6组成双胶合组。

[0037] 为了便于钢筋尺寸检测仪和裂缝仪的一机两用，所述主镜筒包括用于安装前镜组H的前镜筒4以及连接于前镜筒4后端的用于安装后镜组B的后镜筒5，所述前镜筒4与后镜筒5之间通过螺纹连接。

[0038] 为了实现一机两用，后镜组L是由6片镜片组成。本实施例保持后组不变的情况下，旋下后镜筒，换上新的场镜就可兼顾了把它改装成裂缝仪。本实施例的裂缝仪设计指标是：f’裂＝41.07mm。D/f＝1:2.2(其中：像方NA＝0.191)，倍率β’＝‑0.267，物高2η＝17.7mm，像高2η’＝4.7mm，(水平方向y取2.2，垂直方向小取0.8)相当1/3”有效扫描靶面水平线。入瞳距离lp＝180mm。物距Lob＝19.18mm,像距Limg＝8.13mm,光学总长TTL＝40.07mm，相对畸变Dist<‑0.2％。图7是裂缝仪在全口径时不同视场的传递函数(MTF)曲线图。由于用它们测量时,基本上都是沿一个方向测量的.所以,在像差校正时，可以让一个方向的像差校好,另一方向稍差一点,不必要求全画面像质一样好。

[0039] 为了钢筋尺寸检测仪和裂缝仪能兼用，本实施例分别采用前镜组H和后镜组L(包括摄像机)分开的结构形式，然后用螺纹把它们连成一体。当要改成裂缝仪时,将后镜组L从钢筋尺寸检测仪旋出,再把裂缝仪的前组场镜旋上即可。由于裂缝仪观察物面是平面，其倍率是固定的，因此它的物距定位可以用固定镜筒确定。为了快速转换和倍率保持不变，在后组连接筒上可增设定位环。

[0040] 为了便于与手机或电脑等外设装置实现适时观测、存储、显示、传送测量的数据，所述图像传感器(3)上设有用于方便与外设装置进行信息交互的传输模块。

[0041] 为了便于快速准确定位，所述钢筋尺寸检测仪还包括固定连接在固定镜筒1前侧的V型定位块6，所述V型定位块6在面向待测钢筋Z一侧设有沿垂直光轴方向延伸的用于方便与待测钢筋Z接触定位的V型槽61，所述V型定位块6的中部还设有沿光轴方向延伸且由V型槽61槽壁连通至V型定位块6后侧面的用于方便透光的中空槽62，所述中空槽62在垂直待测钢筋Z延伸方向一侧的槽宽大于钢筋Z加上肋边后的最大外径。在V型槽61的槽壁上还设有用于方便吸附钢筋Z的磁条63。

[0042] 仪器和待测钢筋定位结构由带磁条63的V型定位块构成。由于建筑工程用的钢筋大多数用的是带肋的钢筋，因此它的定位不像圆柱定位那么准确，这样物距的位置很难定准，固也为采用镜头整体移动保证放大倍率不变的原因之一。为了能让光学系统能看到钢筋，V型块设有中空槽62。

[0043] 为了便于克服暗环境下的测量，所述钢筋尺寸检测仪还包括设置在主镜筒前方用于方便照明的照明装置，所述图像传感器3中设有与照明装置相连接的照明驱动模块，外设装置中设有与照明驱动模块相连接的电源模块并为其供电。所述照明装置可为可调照明亮度环形平板或侧面透光光纤LED灯。

[0044] 为了能让测量能方便地和各种手机连接,选用了USB微型摄像机作为图像传感器。根据观察实验，物方最细的线宽在靶面上要能压上4‑6像素单元，才能获得清晰、高锐度的细线的图像。本实施例的功能精度目标小于±0.01mm。因此靶面的单像素是它的1/4‑1/6，即2.5x2.5μm―1.6x1.6μm。为了装置的小型化，选择了1/3”CMOS靶面(有效成像尺寸是
4.8x3.6mm)。通过计算，相当于要选择总像素高于155万‑380万像素左右的微型摄像机。本实施例选取200万像素以上的USB微型摄像机。为了克服暗环境下测量，USB摄像机上须有照明驱动模块，可以用手机上的电源点亮镜头前的LED灯进行内照明。

[0045] 尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。