一种模块组装适配度检测系统及方法与流程

本发明涉及模块组装领域，特别涉及一种模块组装适配度检测系统以及适用于该系统的模块组装适配度检测方法。

背景技术：

模块化建造的、由多个单元拼装构成的模块，在制造厂中制造完成后、被运往现场前，通常需要在车间将模块完整的组装一遍，以检验模块组装的适配度，保证模块各个单元齐全完整、确认各个单元的组装误差是否超限、同时检查组装方法有效性等，确保模块被运至现场后能够高效、顺利地安装，并保证整个模块组装后的工作性能。但是，这种在车间对模块预先组装的做法，尤其是对中大型模块的组装，需要占用大量的场地、人工和机械，导致较多的费用和工期成本。

因此，如何解决模块组装适配度检测过程中需要占用大量的场地、人工和机械而导致较多的费用和工期的问题成为亟待解决的事情。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模块组装适配度检测系统及方法，不需要额外的场地、人工、机械，并且费用和工期成本较低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模块组装适配度检测系统，包含：存储模块，对模块设计模型进行预存；扫描模块，对依照模块设计模型制造出的多个模块单元进行扫描；处理模块，依据所述扫描模块扫描的数据构建所述多个模块单元的单元模型，对单元模型进行模拟组装生成模块组装模型，提取存储模块中模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据以及模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据并相互对比，输出对比结果。

本发明还提供了一种模块组装适配度检测方法，包括：扫描依照模块设计模型制造出的多个模块单元；用扫描的数据构建所述多个模块单元的单元模型，对单元模型进行模拟组装生成模块组装模型；提取并对比预存的模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据和模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据；输出对比结果。

本发明相对于现有技术而言，对模块设计模型预先进行预存，处理模块根据模块设计模型制造出的模块单元的扫描信息进行模拟生成和模拟重组，用这种模拟建模的系统和方法代替了传统的实体模块的重组，并将模块设计模型与模块组装模型的模块单元接口坐标数据相对比，输出模块对比结果，不需要占用额外的场地、人工和机械，费用和工期成本较低。

优选的，所述处理模块将扫描模块扫描的数据进行数据稀释后再构建所述多个模块单元的单元模型。将扫描模块扫描的大量模块单元数据进行稀释，仅利用关键数据去构建单元模型，减少了系统的多余处理过程，优化了系统的处理速度和内部结构，使得处理过程更有效率。

另外，还包括显示模块，所述显示模块接收并显示所述处理模块输出的对比结果。处理模块将模块设计模型与模块组装模型的数据对比完后，由显示模块接收对比结果，并进行相应有效的显示，使得系统处理结果的呈现更加直观和完整。

另外，所述显示模块显示的对比结果具体为：图片对比结果、数据误差结果中的任一种或其组合。显示模块显示对比结果的方式和内容可以有多种，其中，图片对比结果显示更为形象，数据误差结果显示更加清楚准确，两者结合一起使用可以进一步提升显示的效果，让使用者更好的了解模块组装适配度检测的结果。

进一步的，还包括调试模块，所述处理模块输出对比结果后，所述调试模块对模块组装模型进行调试，所述处理模块将调试后的模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据和模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据进行对比，再次输出对比结果。处理模块将模块设计模型与模块组装模型的模块单元接口坐标数据对比完并输出对比的结果是存在一定误差时，可以利用调试模块进行进一步的调试，并对调试的结果进行再次的对比检测和对比结果输出，实现在模拟条件下对重组模块重新调整后的检测。

另外，所述用扫描的数据构建所述多个模块单元的单元模型是指：采用减少数据冗余的方式将所述扫描的数据进行数据稀释后再形成所述多个模块单元的单元模型。对多个模块单元的扫描数据进行数据稀释，比如可以是采取减少数据冗余的方式，系统对稀释后的数据进行单元模拟和单元重组，如此设置使得建模的过程更为简单而快速，减少了系统的处理负担。

另外，输出对比结果后显示所述对比结果。将模块设计模型与模块组装模型的数据对比结果输出后，进行对应直观的显示。

另外，所述显示对比结果是指：显示图片对比结果、数据误差结果中的任一种或其组合。显示的内容为模块设计模型与模块组装模型的图片对比、数据上的对比和误差结果中的任意一个或者它们的组合，显示对比结果的方式有多种，其中图片对比结果的方式较为形象，数据误差结果显示较为清楚准确，两者结合显示也可以使显示达到较好的效果。

另外，所述输出对比结果后，还包括步骤：对模块组装模型进行调试，将调试后的模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据与模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据进行对比，再次输出对比结果。模块设计模型与模块组装模型的模块单元接口坐标数据对比有误差时，可以对模块组装模型进行相对应的调试，并对调试结果进行重新的对比检测和结果输出，使得系统对模块组装适配度检测更加完善。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的模块示意图；

图2是本发明第二实施方式的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种模块组装适配度检测系统。如图1所示，包含：

存储模块1，对模块设计模型进行预存；扫描模块2，对依照模块设计模型制造出的多个模块单元进行扫描；处理模块3，依据所述扫描模块2扫描的数据构建所述多个模块单元的单元模型，对单元模型进行模拟组装生成模块组装模型，提取存储模块1中模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据以及模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据并相互对比，输出对比结果。本实施方式中，利用存储模块1对模块设计模型预先进行预存，利用扫描模块2对多个模块单元的点云数据进行扫描测量，利用处理模块3对扫描模块2中的数据进行单元模型的构建以及对单元模型进行模拟重组，并将模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据与存储模块1中预存的模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据进行对比，将对比结果进行输出，如此设计，用模拟的模块重组代替了传统的实体模块重组，利用扫描的点云数据逆向建模，贴合的点云程度高，实现了良好的现场组装还原效果，节省了大量的场地、人力和机械，并且费用和工期成本较低，模拟重组的操作简便、快速，输出的对比结果准确、效率，总的来说，该模拟组装系统具有可观的经济效益和社会效益。

需要强调的是，本实施方式中，还可以仅提取模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据和模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据，在提取和进行数据对比的处理时，减少了提取和对比的数据量，简化了系统模块的处理速度，优化了处理方式，并使得系统的处理结果更加有效率。

其中，输出的对比结果具体为模块组装模型和模块设计模型之间的误差等，需要说明的是，当模块单元少件或组装方法不得当时，输出的对比结果误差将为无穷大，如此工作人员便可察觉少件或组装方法错误的情形。

值得一提的是，扫描模块2中采用高精度相位式扫描仪进行扫描，可以是采用数码照相测量仪、激光跟踪测量仪，扫描模块2中还可以内含有坐标转换软件。具体的，用一台或数台数码照相测量仪对多个模块单元的端面尺寸、棱边、孔组进行三维测量，用激光跟踪测量仪对模块单元的局部群间关系进行测量，并通过软件的坐标转换，将用数码照相测量仪和激光跟踪测量仪扫描测量到的数据统一到一个三维平面数据库中，以备处理模块3直接使用扫描测量到的数据进行单元模型的构建。对于模块之间的连接点也可以采用全站仪测量迅速获得高精度的坐标数据，可将精度控制在±1mm内。

另外，扫描模块2可以针对具有紧凑、有高度的模块单元部分采用多角度、立体式的交互扫描方式，对比较规整、精细的模块单元部分采用多站密集扫描方式，以保证数据的完整性，方便后期处理模块3采用数据进行建模。

另外，值得一提的是，扫描模块2扫描对象是不锈钢时，由于不锈钢的表面反光比较大，容易存在精度损失，所以在测量过程中应该注意灯光控制、距离控制等，避免不必要的抖动，必要时，对重要单元部位喷涂显影剂。

本实施方式中，优选的，所述处理模块3将扫描模块2扫描的数据进行数据稀释后再构建所述多个模块单元的单元模型。扫描模块2中的扫描仪多方位进行扫描后，采集的海量数据中存在大规模的重复、叠加、非建模范围内的数据，对该数据进行稀释，留下关键的、需要进行对比的，再利用这些数据生成单元模型，减少了系统的多余处理过程，优化了系统的处理速度和内部结构，也使得处理过程更有效率。其中，对数据进行稀释也可以采取减少数据冗余的方式，比如采用优化的编码存储以减少系统数据冗余，也可以采用最小二乘法拟合等方式进行数据的稀释。

本实施方式中，还包括显示模块4，所述显示模块4接收并显示所述处理模块3输出的对比结果。处理模块3将模块设计模型与模块组装模型的数据对比完后，向显示模块4输出对比结果，显示模块4接收对比结果并进行相应的显示，使得处理模块3处理的结果更加直观和完整的呈现出来。

本实施方式中，所述显示模块4显示的对比结果可为图片对比结果、数据误差结果中的任一种或其组合。显示模块4显示对比结果的方式和内容可以有多种，其中，图片对比结果显示更为形象，数据误差结果显示更加清楚准确，两者结合一起使用可以进一步提升显示的效果，让使用者更好的了解模块组装适配度检测的结果，可以根据使用者的需要着重强调的部分进行选择或者自由组合。

本实施方式中，还包括调试模块5，所述处理模块3输出对比结果后，所述调试模块5对处理模块3中的模块组装模型进行调试，所述处理模块3将调试后的模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据和模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据进行对比，再次输出对比结果。处理模块3将模块设计模型与模块组装模型的模块单元接口坐标数据对比完并输出，对比的结果一般是存在一定误差的，可以利用调试模块5对模块组装模型进行进一步的调试，并将调试过后的模块组装模型与存储模块1中的模块设计模型进行再次的对比和对比结果输出，以检测调试的结果，当输出的调试后的对比结果依旧存在较大误差时，可以进行再次的调试，可以理解的是，当多次实践证明该模块组装模型无法在调试的作用下解决存在的较大误差时，扫描模块2扫描的该模块可能是不合格的，可以进一步的进行人为检测和判断。

具体的，为了进一步举例说明，本实施方式对一需要安置在厂房内部的带有管道的设备进行了扫描和模拟建模，其中，需要进行单元扫描和模拟建模的模块分别为：skid02模块，skid05模块，钢结构平台附属管道模块，管廊模块。以下列表(单位均为mm)是模块组装模型中各单元的接口中心坐标与对应的模块设计模型的接口中心坐标的对比结果和相关记录。

表1是skid02模块各个接口中心坐标在模块组装模型和模块设计模型的对比结果和相关记录(其中x1、y1、z1是该模块组装模型的扫描数据，x2、y2、z2是该模块设计模型的理论数据)。

【表1】

表2是skid05模块各个接口中心坐标在模块组装模型和模块设计模型对比结果和相关记录(其中x1、y1、z1是该模块组装模型的扫描数据，x2、y2、z2是该模块设计模型的理论数据)。

【表2】

表3是钢结构平台附属管道模块中钢结构平台向上连接部分的各个接口中心坐标在模块组装模型的记录。

【表3】

表4是钢结构平台附属管道模块中钢结构平台向下与skid02连接的各个接口中心坐标在模块组装模型和模块设计模型的对比结果和相关记录(其中x1、y1、z1是该模块组装模型的扫描数据，x2、y2、z2是该模块设计模型的理论数据)。

【表4】

表5是上部的管廊模块中管廊向下连接接口的中心坐标在模块组装模型的相关记录。

【表5】

表6是上部的管廊模块中第一管廊pipe-1模块组装模型和第三管廊pipe-3的模块组装模型之间各个连接接口的中心坐标的对比结果和相关记录(其中x1、y1、z1是该模块组装模型中pipe-1对应pipe-3部分的扫描数据，x2、y2、z2是该模块组装模型中pipe-3对应pipe-1部分的扫描数据)。

【表6】

表7是上部的管廊模块中第一管廊pipe-1模块组装模型和第二管廊pipe-2的模块组装模型之间各个连接接口的中心坐标的对比结果和相关记录(其中x1、y1、z1是该模块组装模型中pipe-1对应pipe-2部分的扫描数据，x2、y2、z2是该模块组装模型中pipe-2对应pipe-1部分的扫描数据)。

【表7】

需要说明的是，由于扫描模块扫描的对象基本是不锈钢，尤其是一些比较细小的不锈钢接口，并且接口边沿比较薄，导致反射回扫描仪的激光信号数据量少，另外扫描仪器在钢结构平台上扫描有轻微抖动，造成点云接口的边沿数据不清晰以及有部分精度损失，所以利用扫描回的数据建模时存在一定的前期人工误差，大小大致在±2～4mm。

经过扫描模块2中的扫描仪扫描采集数据之后，处理模块3进行数据处理形成的组装模块依旧存在一定的组装误差，经软件评估，模块整体最高平均误差在±2.3mm,最低平均误差在±1.3mm

总的来说，通过建立模块组装模型之后，数据相对最高累积误差为±5～6mm，通过全站仪对关键控制点进行测量，精度可达±1mm，不会对构建模块组装模型和对比的结果造成太大影响。

另外，本实施方式中扫描的总数据可高达24gb左右，但是经过数据稀释后，最大数据量可控制在1.5gb之内，并且留下的数据足够由处理模块3进行逆向建模，代表多个被测模块单元的状态。

通过上述接口坐标数据(x、y、z)的对比结果，便能检验模块组装的适配度，保证模块各个单元齐全完整、确认各个单元的组装误差是否超限、同时检查组装方法有效性等，确保模块被运至现场后能够高效、顺利地安装，并保证整个模块组装后的工作性能，有效地通过模拟重组代替了传统的实体模块的重组，具有不需要额外的场地、人工、机械、以及费用和工期成本较低优点。

本发明的第二实施方式涉及一种带有输出模块设计模型与模块组装模型对比结果的模拟组装方法，第二实施方式是适用于第一实施方式的方法，如图2所示，包括：

s01：扫描依照模块设计模型制造出的多个模块单元；

s02：用扫描的数据构建所述多个模块单元的单元模型，对单元模型进行模拟组装生成模块组装模型；

s03：提取并对比预存的模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据和模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据；

s04：输出对比结果。

本实施方式中，所述“s02：用扫描的数据构建所述多个模块单元的单元模型”是指：采用减少数据冗余的方式将所述扫描的数据进行数据稀释后再形成所述多个模块单元的单元模型。

本实施方式中，“s04：输出对比结果”步骤之后，还可以进一步的包括步骤“s05：显示所述对比结果”。

本实施方式中，“s05：显示所述对比结果”是指：显示图片对比结果、数据误差结果中的任一种或者其组合。其中，图片对比结果显示更为形象，数据误差结果显示更加清楚准确，两者结合一起使用可以进一步提升显示的效果，让使用者更好的了解模块组装适配度检测的结果，可以根据使用者的需要着重强调的部分进行选择或者自由组合。

本实施方式中，“s04：输出对比结果”步骤之后，还可以进一步的包括步骤“s06：对模块组装模型进行调试，将调试后的模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据与预存的模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据进行对比，再次输出对比结果”。

本实施方式是适用于第一实施方式的方法，相比于现有技术而言，扫描根据模块设计模型制造的模块单元的点云数据，通过处理该点云数据进行逆向建模，构建模块单元模型和模块组装模型，实现良好的现场组装还原的效果，代替了传统的现场组装，节省了大量的场地、人力和机械，并且费用和工期成本较低，对比模块组装模型中模块单元接口的组装坐标数据和预先存储的模块设计模型中模块单元接口的理论坐标数据和输出对比结果，帮助检测模块重组的效果。该模块组装适配度的检测方法的操作简便、快速，输出的对比结果准确、效率，并且可进一步的添加显示和调试功能，使得该检测方法的结果更加完善，具有可观的经济效益和社会效益。具体的说明和数据列举已经在第一实施方式中详细阐述，为避免重复，这里不再赘述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。