一种湿喷机施工扫描装置及扫描工艺的制作方法

本发明涉及隧道建设施工技术领域，具体涉及一种湿喷机施工扫描工艺。

背景技术：

随着国家在基础设施建设上的稳步投入，隧道的施工量呈上升趋势，但是隧道施工存在着危险系数高、工作环境恶劣等特点，采用先进的自动化施工设备与施工方法是大势所趋。目前，在隧道施工现场，多采用湿喷机进行混凝土喷射作业，与干喷机相比，湿喷机具有作业粉尘小、喷射回弹量少、保护工作环境、节省原材料、提高喷层质量等优点，而且操作简单易维护。

但是，传统的湿喷机臂架控制一般都是手动控制，自动化程度低，喷涂效果差，大大降低了工作效率，影响了施工效果。要实现自动化控制就必须提取待施工面的特征。

综上所述，急需一种湿喷机施工扫描工艺以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种湿喷机施工扫描工艺，以解决待施工面特征提取的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种湿喷机施工扫描装置，包括臂架、激光扫描仪和车载电脑；所述车载电脑分别与臂架和激光扫描仪连接，且车载电脑与湿喷机的控制系统连接。

优选地，所述激光扫描仪设置在湿喷机车头部走台板上，用以获取隧道的三维模型。

优选地，所述臂架具有以下动作中的至少一种动作：臂座回转、大臂俯仰、大臂伸缩、中臂俯仰、小臂回转、小臂伸缩、喷嘴回转、喷嘴摆动和喷嘴刷动。

一种湿喷机施工扫描工艺，采用了上述扫描装置，包括以下步骤：

步骤一：采用激光扫描仪进行第一次扫描，激光扫描仪扫描到拱架、拱架后部隧道、返光标识点的点云信息；以返光标识点为基准，建立起点云的三维模型图；

步骤二：采用激光扫描仪进行第二次扫描，扫描到拱架、存在阴影的拱架后部隧道、返光标识点的点云信息；以返光标识点为基准，建立起点云的三维模型图；

步骤三：统一两次扫描获取的点云数据，点云数据经过拼接和融合计算之后得到阴影少的待喷射区域的点云图。

优选地，所述步骤一具体是：将湿喷机停在开挖面的前方，启动激光扫描仪对拱架区域进行第一次扫描，然后将湿喷机车身退回到待施工的位置，并将湿喷机的支腿展开，进行车身调平。

另一种优选方式，所述步骤一具体是：在湿喷机的车体上加装一个自动控制支架，激光扫描仪固定在支架上，将湿喷机车身停在施工位置，并将湿喷机的支腿展开，进行车身调平；然后伸出支架对拱架区域进行扫面，再将支架缩回，完成第一次扫描。

优选地，所述步骤三之后还包括，在湿喷机的控制系统中导入设计参数，生成规划文件，并将设备切换到自动模式，控制臂架开始初次喷射，喷射轨迹呈z形，然后激光扫描仪继续进行扫描，再次生成规划文件，控制臂架第二次喷射。

优选地，所述喷射的方法具体是：竖直方向喷射，固定臂架不动，喷头左右摆动进行喷涂，喷射拱架顶部，固定臂架不动，喷头上下摆动进行喷涂。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明一种湿喷机施工扫描工艺，采用激光扫描仪获取隧道拱架的点云信息，数据采集精准，采用二次扫面的方法，并将两次扫描获得的点云数据进行拼接和融合，能够尽可能的减少阴影区域，得到拱架后面的详细数据，减少了数据误差，提高了计算精度。

(2)本发明中，在湿喷机上加装一个自动控制支架，激光扫描仪固定在支架上，而且支架具有较好的精度和刚性，支架能在一定长度范围内伸缩，可以准确的将激光扫描仪送至一个固定的位置，减少了一次定位的计算时间，提高了工作效率。

(3)本发明中，采用多种喷射方式相结合的方式，在竖直方向喷射时，固定臂架不动，喷头进行左右摆动的喷涂的方法进行喷涂，而喷射顶部时，采用喷头上下摆动的方式进行喷涂。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是两次扫描两次定位工艺流程；

图2是支架前伸法工艺流程；

图3是喷枪喷射示意图；

图4是单个喷射区域局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1，一种湿喷机施工扫描装置和扫描工艺，本实施例应用于隧道施工。

一种湿喷机施工扫描装置包括臂架、激光扫描仪和车载电脑；所述车载电脑分别与臂架和激光扫描仪连接，且车载电脑与湿喷机的控制系统连接。所述激光扫描仪设置在湿喷机车头部走台板上。所述臂架具有以下动作中的至少一种动作：臂座回转、大臂俯仰、大臂伸缩、中臂俯仰、小臂回转、小臂伸缩、喷嘴回转、喷嘴摆动和喷嘴刷动。

一种湿喷机施工扫描工艺，包括以下步骤：

步骤一：采用激光扫描仪进行第一次扫描，激光扫描仪扫描到拱架、拱架后部隧道、返光标识点的点云信息；以返光标识点为基准，建立起点云的三维模型图；

步骤二：采用激光扫描仪进行第二次扫描，扫描到拱架、存在阴影的拱架后部隧道、返光标识点的点云信息；以返光标识点为基准，建立起点云的三维模型图；

步骤三：统一两次扫描获取的点云数据，点云数据经过拼接和融合计算之后得到阴影少的待喷射区域的点云图。

所述步骤一具体是：将湿喷机停在开挖面的前方，启动激光扫描仪对拱架区域进行第一次扫描，然后将湿喷机车身退回到待施工的位置，并将湿喷机的支腿展开，进行车身调平。

所述步骤三之后还包括，在湿喷机的控制系统中导入设计参数，生成规划文件，并将设备切换到自动模式，控制臂架开始初次喷射，然后激光扫描仪继续进行扫描，再次生成规划文件，控制臂架第二次喷射。在竖直方向喷射时，固定臂架不动，喷头进行左右摆动的喷涂的方法进行喷涂，而喷射顶部时，采用喷头上下摆动的方式进行喷涂。

如图3、图4所示，图示矩形块区域为单次喷射形成的区域，即喷枪左右摆动一个摆动角形成的区域，扫描仪扫描后可以算得单次喷射区域内的方量值，设为qsect。

已知量：单个喷射区域的宽度值w(m)；单个喷射区域的高度值h(m)；单个区域的方量qsect(m³)；泵送速度vasp(m³/s)；反弹率r(百分比，为0～1之间的值)；喷射距离length_spry(m)；旋转轴离喷嘴距离dis_nozzle(m)。

根据已知量，可以算出喷涂层数，竖直方向步进角。

由几何关系可以求得，摆动角：

θrotate＝2*arctan[0.5*w/length_spry+dis_nozzle](1)

摆动半周期时间：

time＝θrotate/vrotate(2)

式中vrotate为摆动速度。

摆动半周期时间内喷到墙上有效的混凝土量：

q＝vasp*time*(1-r)(3)

则喷射次数：

n＝qsect/q(4)

由于喷射为连续式搭接式喷射，则可以算出h尺寸方向的步进量：

step＝h/n(5)

设竖直方向步进角为θvertical，则

tan(θvertical2)＝0.5*step/(length_spry+dis_nozzle)(7)

联立式(1)～(7)可以得到：

所以，在设定步进角为定值的情况下，根据式(8)可以得到摆动速度vrotate；反之，在设定摆动速度的情况下，根据式(8)可以得到z形喷涂轨迹，以及上一道与下一道之间的步进角θvertical。

上述推导过程中，充分考虑喷射流程、喷枪与水平面角度与泵送流量、速凝剂流量之间的关系，以获得最佳的喷射效果与最低的反弹率。同时当某一流程，某一喷枪角度，泵送速度与速凝剂流量的情况下获得最低的反弹率，此参数会被记录并写入优化参数中，下次喷射时被调用，以获得不断提升的喷射工艺参数。

以上一种湿喷机施工扫描工艺中，采用激光扫描仪获取隧道拱架的点云信息，数据采集精准，采用二次扫面的方法，并将两次扫描获得的点云数据进行拼接和融合，能够尽可能的减少阴影区域，得到拱架后面的详细数据，减少了数据误差，提高了计算精度。

实施例2：

参见图2，一种湿喷机施工扫描工艺，本实施例应用于隧道施工。

一种湿喷机施工扫描工艺，包括以下步骤：

步骤一：采用激光扫描仪进行第一次扫描，激光扫描仪扫描到拱架、拱架后部隧道、返光标识点的点云信息；以返光标识点为基准，建立起点云的三维模型图；

步骤二：采用激光扫描仪进行第二次扫描，扫描到拱架、存在阴影的拱架后部隧道、返光标识点的点云信息；以返光标识点为基准，建立起点云的三维模型图；

步骤三：统一两次扫描获取的点云数据，点云数据经过拼接和融合计算之后得到阴影少的待喷射区域的点云图。

所述步骤一具体是：在湿喷机的车体上加装一个自动控制支架，激光扫描仪固定在支架上，将湿喷机车身停在施工位置，并将湿喷机的支腿展开，进行车身调平；然后伸出支架对拱架区域进行扫面，再将支架缩回，完成第一次扫描。

所述步骤三之后还包括，在湿喷机的控制系统中导入设计参数，生成规划文件，并将设备切换到自动模式，控制臂架开始初次喷射，然后激光扫描仪继续进行扫描，再次生成规划文件，控制臂架第二次喷射。

以上一种湿喷机施工扫描工艺中，在湿喷机上加装一个自动控制支架，激光扫描仪固定在支架上，而且支架具有较好的精度和刚性，支架能在一定长度范围内伸缩，可以准确的将激光扫描仪送至一个固定的位置，对比两次扫描两次定位的实施方案，减少了一次定位的计算时间，提高了工作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。