基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统。

背景技术：

我国传统建筑生产方式普遍存在着建筑资源能耗高、生产效率低、工程质量和安全堪忧、劳动力成本逐步升高、资源短缺严重等问题。因此，建筑行业迫切需要转型升级。建筑工业化是实现建筑业转型升级的重要途径之一，也是我国建筑业“十三五”期间的重点发展方向。

装配式混凝土预制构件在工场生产是建筑工业化的重要部分。为了保证预制混凝土构件的生产质量，预制构件质量的检测评估和系统管理至关重要。当前，其检验方面已形成了国家标准《预制混凝土构件质量检验评定标准》GBJ321-90以及地方标准《预制混凝土构件质量检验标准》DB11/T 968-2013。检验项目主要包括模板、钢筋、混凝土、构件和结构性能，其中预制构件尺寸和表面质量检测为关键检测项目。现有的预制混凝土构件质量的检测是通过人工来完成的，其效率十分低下，难以满足建筑工业化的要求。开发一种工业化建筑预制构件尺寸和表面质量快速自动检测系统，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

近年来，发展出现一项利用激光雷达探测和测距技术的全新技术手段，即3D激光扫描技术。采用该技术可大面积、高精度、非接触地快速获取被测对象表面的三维坐标点云数据。因此，可引入3D激光扫描技术并结合其他数字化技术手段，实现工业化建筑预制构件尺寸和表面质量的快速自动检测。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统，能够解决现有的工业化建筑预制混凝土构件尺寸和表面质量检测通过人工来完成的效率低下技术问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统，包括：

设置于预制构件上的标靶；

设置于预制构件的上部的XY驱动装置；

设置于所述XY驱动装置上的描检测预制构件的主体部分和对应标靶的主控扫描仪，所述XY驱动装置驱动所述主控扫描仪沿X和/或Y方向移动；

设置于预制构件的侧面的升降平台；

设置于所述升降平台上的扫描检测预制构件的局部部分和对应标靶的辅助扫描仪，所述升降平台调节辅助扫描仪高度和位置；

分别与所述主控和辅助扫描仪的计算机。

进一步的，在上述系统中，基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统，还包括：

设置于所述预制构件上的二维码标识；

识别所述二维码标识的与所述计算机连接的识别模块。

进一步的，在上述系统中，所述XY驱动装置包括：

设置于所述预制构件的上部的两根相互平行的Y方向导轨，所述Y方向导轨的每端设置有导轨固定端；

设置于所述Y方向导轨上且与其垂直的X方向横梁，所述X方向横梁的两端设置两个Y方向驱动，X方向横梁设置有X方向驱动，所述主控扫描仪通过固定于所述X方向驱动的下方。

与现有技术相比，本实用新型通过设置于预制构件上的标靶；设置于预制构件的上部的XY驱动装置；设置于所述XY驱动装置上的描检测预制构件的主体部分和对应标靶的主控扫描仪，所述XY驱动装置驱动所述主控扫描仪沿X和/或Y方向移动；设置于预制构件的侧面的升降平台；设置于所述升降平台上的扫描检测预制构件的局部部分和对应标靶的辅助扫描仪，所述升降平台调节辅助扫描仪高度和位置；分别与所述主控和辅助扫描仪的计算机，能解决现有的工业化建筑预制混凝土构件尺寸和表面质量数据采集和分析通过人工完成，效率低下的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的基于3D激光扫描的工业化建筑预制构件质量检测系统原理图；

图2是本实用新型一实施例的基于3D激光扫描的工业化建筑预制构件质量检测流程图；

图3是本实用新型一实施例的3D激光扫描子系统示意图；

图4是本实用新型一实施例的3D扫描模型与设计参考模型对比示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至3所示，本实用新型提供一种基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统，包括：

设置于预制构件上的标靶，用于作为扫描测量的参考点，辅助点云数据配准、坐标转化和扫描模型装配；

设置于预制构件的上部的XY驱动装置；

设置于所述XY驱动装置上的主控扫描仪，所述XY驱动装置驱动所述主控扫描仪沿X和/或Y方向移动，以调节主控扫描仪的位置以便其扫描检测，所述主控扫描仪用于扫描检测预制构件的主体部分和对应标靶，得到预制构件主体的点云数据；

设置于预制构件的侧面的升降平台；

设置于所述升降平台上的辅助扫描仪，所述升降平台调节辅助扫描仪高度和位置，以方便辅助扫描仪的扫描检测，所述辅助扫描仪用于扫描检测预制构件的局部部分和对应标靶，得到预制构件的局部点云数据；

计算机，用于控制所述主控和辅助扫描仪的扫描检测；

所述计算机还可包括一控制模块，用于控制所述XY驱动装置和升降平台的空间位置，进而分别驱动所述主控扫描仪沿X和/或Y方向移动及调节辅助扫描仪高度和位置。

优选的，所述计算机还可包括数据处理及分析评估子系统，包括：

3D扫描数据后处理模块，用于对所述预制构件主体和局部点云数据进行去燥、修补、优化、点云数据配准、坐标转化和模型装配的数据处理，得到所述预制构件的完整点云数据；

基于设计资料的3D参考模型建立模块，用于根据所述预制构件的CAD图纸建立3D参考数字模型；

基于扫描数据的3D模型建立模块，用于根据所述预制构件的完整点云数据建立预制构件的3D扫描数字模型；

数据分析评估模块，用于对所述预制构件的3D参考数字模型和3D扫描数字模型进行对比分析，根据分析结果及相关规范允许尺寸偏差和表面质量要求，评估所述预制构件的质量。本实用新型通过扫描获取预制构件点云数据，并将由预制构件点云数据得到的3D扫描模型与设计模型的对比分析，实现预制构件尺寸和表面质量的评估，能解决现有的工业化建筑预制混凝土构件尺寸和表面质量检测通过人工来完成的效率低下技术问题。

优选的，如图3所示，基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统，还包括：

设置于所述预制构件上的二维码标识12；

识别所述二维码标识的与所述计算机连接识别模块，从而能自动识别预制构件的编号并传输到计算机。

优选的，如图3所示，所述XY驱动装置包括：

设置于所述预制构件1的上部的两根相互平行的Y方向导轨7，所述Y方向导轨7的每端设置有导轨固定端8；

设置于所述Y方向导轨7上且与其垂直的X方向横梁9，所述X方向横梁9的两端设置两个Y方向驱动10，X方向横梁9设置有X方向驱动11，所述主控扫描仪2通过固定于所述X方向驱动11的下方。采用XY驱动装置可实现主控扫描仪在XY水平面范围内的移动。如图3所示，所述预制构件1可通过轮胎式运输车运输到现场。

优选的，所述计算机还包括：

基于工程基础类IFC的数据储存传输模块，用于基于工程基础类IFC技术，对所建立的3D参考数字模型和3D扫描数字模型的数据进行储存，并将所述储存的数据传输到三维可视化模块；

三维可视化模块，用于根据接收到的数据实现预制构件各类加工误差尺寸和表面质量的3D可视化显示，并对不未达规范要求的预制构件进行标记显示。

优选的，所述加工误差尺寸包括所述预制构件的长宽高、侧向弯曲、表面平整、预埋件或预留位置、对角线差和翘曲的尺寸。

优选的，所述表面质量包括露筋、孔洞、蜂窝、裂缝、外形外表缺陷和外形沾污。

如图1至3所示，上述基于3D激光扫描的建筑预制构件质量检测系统的使用方法，包括：

根据预制构件的情况确定标靶1的数量(每次扫描范围内至少3个标靶1)，确定后布设标靶1集并编号，布设标靶1并保证主控扫描仪2和辅助扫描仪3视觉范围内的标靶1通视；

采用所述计算机中的控制模块调节XY驱动装置，使预制构件4的主体在所述主控扫描仪2的视觉范围内，同时采用所述控制模块调节所述升降平台5的位置，使得预制构件1的局部在辅助扫描仪3视觉范围内；

采用所述计算机6控制主控扫描仪2，开展所述预制构件1的主体部分和对应标靶的扫描作业，同时采用所述计算机6控制所述辅助扫描仪3，开展被所述预制构件的局部和对应标靶的扫描作业，以得到所述预制构件主体和局部点云数据；

采用所述计算机中的3D扫描数据后处理模块对所述预制构件主体和局部点云数据进行去燥、修补、优化、点云数据配准、坐标转化和模型装配的数据处理，得到所述预制构件的完整点云数据；

采用所述计算机中的基于扫描数据的3D模型建立模块，根据所述预制构件的完整点云数据建立预制构件的3D扫描数字模型，同时采用基于设计资料的3D参考模型建立模块，根据所述预制构件的CAD图纸建立3D参考数字模型；

采用所述计算机中的数据分析评估模块对所述预制构件的3D参考数字模型和3D扫描数字模型进行对比分析，根据分析结果及相关规范允许尺寸偏差和表面质量要求，评估所述预制构件的质量。本实用新型的主要优势在于可实现工业化建筑预制构件尺寸和表面质量快速自动检测，解决人工检测生产构件质量的效率低下问题，以满足建筑工业化高效生产的要求。

优选的，根据预制构件的情况确定标靶的数量的步骤之前，还包括：

预制构件就位前在所述预制构件上布设二维码标识；

预制构件就位，采用识别模块识别二维码标识，以自动获取所述预制构件的编号。

优选的，评估所述预制构件的质量的步骤之后，还包括：

采用所述计算机中的基于工程基础类IFC的数据储存传输模块，基于工程基础类IFC技术，对所建立的3D参考数字模型和3D扫描数字模型的数据进行储存，并将所述储存的数据传输到三维可视化模块；

采用所述计算机中的三维可视化模块，据接收到的数据实现预制构件各类加工误差尺寸和表面质量的3D可视化显示，并对不未达规范要求的预制构件进行标记显示。

优选的，所述加工误差尺寸包括所述预制构件的长宽高、侧向弯曲、表面平整、预埋件或预留位置、对角线差和翘曲的尺寸。

优选的，所述表面质量包括露筋、孔洞、蜂窝、裂缝、外形外表缺陷和外形沾污。

具体应用实施例：采用所开发的系统对地铁高架桥大型混凝土预制构件U型梁的加工质量进行检测，长×宽×高：30m×5.2m×1.8m，厚度：0.24m。三维激光扫描检测子系统示意图见附图3，U型梁安设在轮胎式运输车上，主控扫描仪采用FOCUS 3D X330扫描仪，辅助扫描仪采用FOCUS 3D X330扫描仪和FARO Scanner Freestyle3D，XY驱动装置和升降平台如图3所示；计算机采用内存为8G，CPU为4核CPU PC；标靶为多个自制打印标靶组成；识别模块采用二维码识别器；控制模块采用三菱PLC运动控制模块。数据处理及分析评估子系统中3D扫描数据后处理模块为FOCUS 3D X330扫描仪附属数据处理模块；基于设计资料的3D参考模型建立模块、基于扫描数据的3D模型建立模块、数据分析评估模块和三维可视化模块核心计算采用Fortran语言编写，并结BIM软件；基于工程基础类IFC的数据储存传输模块，主要基于工程基础类IFC标准的BIM软件；构件尺寸允许偏差和表面质量要求参照国家标准《预制混凝土构件质量检验评定标准》GBJ321-90。实施例局部放大40后的3D参考数字模型41和3D扫描数字模型42的生产加工误差如图4所示。

本实用新型通过设置于预制构件上的标靶；设置于预制构件的上部的XY驱动装置；设置于所述XY驱动装置上的描检测预制构件的主体部分和对应标靶的主控扫描仪，所述XY驱动装置驱动所述主控扫描仪沿X和/或Y方向移动；设置于预制构件的侧面的升降平台；设置于所述升降平台上的扫描检测预制构件的局部部分和对应标靶的辅助扫描仪，所述升降平台调节辅助扫描仪高度和位置；分别与所述主控和辅助扫描仪的计算机，能解决现有的工业化建筑预制混凝土构件尺寸和表面质量数据采集和分析通过人工完成，效率低下的技术问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。