1.本发明涉及无人机技术领域，特别是一种基于无人机的外墙饰面层检测装置及检测方法。
背景技术：
2.建筑外墙的砂浆饰面、面砖和马赛克饰面，都是利用砂浆将饰面直接粘结于墙体表面。随着时间的推移，由于环境的影响或者施工质量的问题，在饰面层与基底之间将出现不同程度的空鼓现象，并且随着冬夏季节的不断变化日趋严重，直至饰面材料整体剥离、剥落，甚至造成人员伤亡或财物损失。所以，对建筑外墙饰面材料空鼓缺陷的定期检测，掌握外墙饰面材料的空鼓状态就显得尤为重要。
3.然而，目前对建筑外墙饰面材料空鼓缺陷的检测方法并不多，特别是针对高层建筑外墙饰面材料空鼓状态检测的手段就更少，目前使用较多的检测方法主要有红外热成像仪检测法、人工敲击法和自动检测法，其中人工敲击法和红外热成像检测法是使用较多的方法。人工敲击虽然检测结果准确，但高层建筑外立面需要高空作业操作，检测所需的时间很长、效率低，人员工作风险较高。红外检测法虽然具有效率高、直观快速、人力物力成本低的特点，但测量结果易受外界因素影响，例如周围环境辐射、墙面外表面的反射率、墙面颜色、拍摄角度、太强辐射强度等都会对检测结果产生很大的影响，这将会导致误判率较高。
4.目前主要由以下三种检测方法：(1)红外热像仪检测法
5.墙面空鼓缺陷会以温度场异常表现出来，本检测法是通过红外热像仪获取建筑外墙面的温度场，运用技术手段判断出空鼓缺陷的位置和程度。该方法的缺点在于对环境条件的要求较高，尤其是在冬季情况下对建筑阴面的检测效果一般不理想。红外图片上可能会出现不是空鼓造成的温度异常区，这样单纯依赖红外热像图和可见光图像对比存在较高的误判率，为此不能充分确定饰面层粘结缺陷，还需要采用锤击法、拉拔法等其他辅助检测方法进行必要的验证。
6.(2)人工敲击法
7.由有经验的作业人员手持空鼓锤对检测墙面进行敲击，通过听辨敲击声音来判断外墙饰面材料是否存在空鼓，并作记录和划出相应的空鼓区域。敲击法虽然检测结果准确，但是对于高层建筑外立面需要高空作业操作，检测所需的时间很长，效率低，该方法的缺点在于效率低、对操作者的经验要求高；尤其对高层建筑较高部位的外墙面来说，需要提供安全的登高设施，存在投入成本高、检测时间长和安全隐患大的缺点。特别是检查高层楼房的外装修时,检查人员必需悬空作业,安全保障更显得尤为重要。
8.(3)自动检测法
9.建筑外墙面空鼓自动检测装置是一种可在垂直墙面爬行的设备，其结构组成有其墙面吸附部件包括安装在本体上的负压吸附装置和若干墙体靠轮，敲击部件连接于摆杆的端部上且自动连续产生对外墙面的敲击声，声音采集和存储部件包括安装在敲击部件上的音频采集装置和与该音频采集装置连接的音频存储装置。虽然这种方法可以实现检测，但
是由于续航的问题，该方法检测效率不高，并且受楼房形状和外界环境影响较大，这类设备并没有得到广泛应用。
技术实现要素：
10.本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种基于无人机的外墙饰面层检测装置及检测方法。
11.具体技术方案如下；
12.一种基于无人机的外墙饰面层检测装置及检测方法，其特征在于：包括无人机本体，所述无人机本体的机架上固定有敲击装置。
13.优选地，所述敲击装置为钟摆式敲击结构，其包括套环、碳杆以及木球；所述套环固定在所述碳杆的一端用于与无人机本体的机架连接，所述木球固定在所述碳杆的另一端。
14.优选地，所述敲击装置为套筒式敲击结构，其包括外壳、舵机、挂钩、套筒、电动推杆、直杆、弹簧、圆锥头以及敲锤；所述外壳固定在所述无人机的机架上，所述套筒置于所述外壳的内部并与其滑动连接，所述套筒的上部长度方向设有条形开口，一端设有圆孔，所述直杆穿过所述圆孔，圆锥头固定在直杆的一端，弹簧套在直杆外，敲锤固定在直杆的另一端，舵机固定在外壳上，舵机与挂钩连接，控制挂钩上下摆动，挂钩与所述圆锥头配合，所述电动推杆固定在外壳底部，电动推杆的活动端与所述套筒底部固定。
15.优选地，所述敲击装置为导轨式敲击结构，其包括舵机、第一挂钩、第二挂钩、导轨、外壳、电动推杆、碳杆、木锤和弹簧；所述舵机固定在外壳上，所述第一挂钩固定在外壳上并与所述舵机连接，所述导轨置于所述开课的内部，所述第二挂钩固定在所述导轨的一端，所述碳杆的一端与所述导轨的另一端连接，所述电动推杆固定在所述外壳内，电动推杆的活动端与所述导轨的侧部配合，所述弹簧套在所述碳杆上，所述木锤固定在所述碳杆的外端。
16.一种利用检测装置检测墙面的方法，其特征在于：包括利用无人机带动整个装置到达指定要检查的外墙体部位后，悬停在空中，保持与墙面200mm的距离，敲击装置向墙体方向快速弹出，从而敲击在外墙体上，再利用携带的拾音装置拾取声音，继续完成整部分检测工作后，并且实时完成分析。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置可以有效地替代人工敲击外墙，保障了工农的安全性，提高了检测的效率，而且大大降低了因环境因素造成的局限性，对人民生活的安全也提供了保障。
附图说明
18.图1是本发明中钟摆式敲击结构的结构示意图；
19.图2是本发明中套筒式敲击结构的结构示意图；
20.图3是图2中套筒的结构示意图；
21.图4是图2中敲锤的结构示意图；；
22.图5是本发明中导轨式敲击结构的结构示意图；
23.图6是图5中导轨的结构示意图。
具体实施方式
24.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
25.下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。一种基于无人机的外墙饰面层检测装置及检测方法，包括无人机本体，所述无人机本体的机架上固定有敲击装置。
26.如图1所示，所述敲击装置为钟摆式敲击结构2，其包括套环21、碳杆22 以及木球23；所述套环固定在所述碳杆的一端用于与无人机本体的机架连接，所述木球固定在所述碳杆的另一端。钟摆式敲击装置参照钟摆结构完成设计，结构最为简单，操作也极为方便。
27.(1)套环，直径15mm，线径3mm，与无人机连接的部分，实现前后左右自由度运动。
28.(2)碳杆，直径10mm，长度600mm，在与套环连接的部分打孔，使套环可以穿入碳杆，增加牢固性，同时满足四个自由度的活动。采用硬性材料而不使用软性材料是为了防止在无人机运动过程中，因软性材料发生弹性形变等不能很好的跟随无人机运动，从而使无人机发生摇晃，产生干扰。
29.(3)木球，截面直径70mm，敲击装置与墙体接触发声的结构，采用实心木质，与金属制品比较重量较轻，实心可以增加敲击声音的准确性，在与碳管连接部位开一个直径12mm，直接打穿木球的孔，碳管穿入后，用胶水粘接。
30.通过套环与无人机达成连接，在无人机起降时可以在平地平放，然后无人机携带其升空，在靠近墙面时，无人机迅速停止向前飞行，依靠惯性力，使其敲击在外墙体上，然后拾音装置开始拾取声音，接下来按照相同的步骤依次对一片区域的墙体进行检测，找出空鼓墙体的位置。
31.但是这种检测方法过于依靠无人机的稳定性，在靠近墙面时需要测算好一个合适的位置，否则太靠前可能会使无人机撞向墙面，对机体造成伤害，太靠后可能无法达到敲击的目的，从而无法拾取声波。而且依靠惯性力敲击成功后，无人机也会受到力的干扰，导致机体不稳，这样操作不好很容易失控。虽然钟摆式敲击装置结构简单，检测方法简便，但由于意外因素太多，可控性太低，在检测时对人员的操控素质有一定要求，因此需要优化一部分设计。
32.如图2
‑
图4所示，所述敲击装置为套筒式敲击结构3，其包括外壳31、舵机32、挂钩33、套筒34、电动推杆35、直杆36、弹簧37、圆锥头38以及敲锤39；所述外壳固定在所述无人机的机架上，所述套筒置于所述外壳的内部并与其滑动连接，所述套筒的上部长度方向设有条形开口，一端设有圆孔，所述直杆穿过所述圆孔，圆锥头固定在直杆的一端，弹簧套在直杆外，敲锤固定在直杆的另一端，舵机固定在外壳上，舵机与挂钩连接，控制挂钩上下摆动，挂钩与所述圆锥头配合，所述电动推杆固定在外壳底部，电动推杆的活动端与所述套筒
底部固定。
33.外壳：经过拉伸，抽壳等命令完成，根据内部各零件所占位置及高度测算出外壳的尺寸，上部分半圆直径为45mm，下方长方体宽45mm，整体高50mm，整体长度为300mm，壁厚3mm，使用3d打印pla材料整体制作，保证外壳坚固的同时，还可以降低重量。
34.动力装置：使用成品化的电动推杆做为动力装置，收缩状态时长度为255mm，最大伸缩长度为150mm，最大推力为20n,输入电压12v,重量为0.3kg。使用4mm 螺丝与外壳连接。
35.锁紧机构：安装在外壳上的金属舵机与挂钩，金属舵机长23mm，宽13mm，种约12g，在外壳上根据金属舵机的尺寸开一个长24mm，宽14mm的孔，横置放入后，选用长22mm(最远孔到舵机轴的距离)的摇臂，装入后选好位置打胶固定，挂钩宽度8mm，最大长度为25mm，根据挂钩的尺寸开一个可以前后运动的孔，在挂钩下方转折处与外壳垂直位置开大小相同的孔，穿入铁丝做轴，可以绕轴运动，同时起固定作用，在挂钩上方也开一个孔，穿入铁丝与舵机摇臂相连，促使摇臂连同挂钩一起运动。
36.套筒：与电动推杆相连，拖动弹簧及敲锤一起运动的装置，直径37mm，长度180mm，壁厚2mm的圆筒形，在其中一面有一个直径11mm的同心圆孔，用于穿过敲锤的杆，上方开宽度为12mm，高度10mm的槽，防止阻挡挂钩，并且可以使挂钩勾住敲锤的底部圆锥体。
37.敲锤：由四部分组成，敲击外墙体的部分是一个直径为70mm的球体，在中间打一个直径11mm，深度40mm的深孔，与直杆用热熔胶固定，中间杆部为直径 10mm，长度150mm中空的直杆，直杆外面套一个内径10mm，线径0.8mm，长度 100mm的弹簧，在另一侧有一个直径32mm，高15mm的圆锥作为阻挡。
38.套筒式敲击装置使用方法
39.将各部件按进行组装，即可方便各部件之间相互工作，在外壳底部与无人机平台底部螺丝孔垂直位置打出螺丝孔，用螺丝和螺母使整个装置固定在无人机底部。运作时，首先电动推杆通12v电源，推杆前端与套筒相连，通过控制推杆向前伸出，带动套筒一起先前运动，套筒尾端与敲锤的圆锥头互相限位，即可拉动整个敲锤一起向前运动，同时在外部的弹簧被压缩蓄力，当敲锤的圆锥头到达锁紧机构的挂钩处时，锁紧机构的舵机向下摇起摇臂，摇臂带动挂钩，使原本抬起的挂钩放下，挂钩将圆锥头锁紧，整个装置完成收缩部分。
40.无人机带动整个装置到达指定要检查的外墙体部位后，悬停在空中，保持与墙面200mm的距离，此时控制电动推杆收缩回原状，带动套筒一起回收，由于锁紧装置将敲锤锁紧，敲锤不会移动，弹簧继续被压缩受力，控制舵机摇起摇臂，此时带动挂钩向上翻起，锁紧装置与敲锤装置实现分离，弹簧形变解除，释放弹力，带动敲锤装置向墙体方向快速弹出，从而敲击在外墙体上，再利用携带的拾音装置拾取声音，继续完成整部分检测工作后，并且实时完成分析。
41.如图5和图6所示，所述敲击装置为导轨式敲击结构4，其包括舵机41、第一挂钩42、第二挂钩43、导轨44、外壳45、电动推杆46、碳杆47、木锤48 和弹簧49；所述舵机固定在外壳上，所述第一挂钩固定在外壳上并与所述舵机连接，所述导轨置于所述开课的内部，所述第二挂钩固定在所述导轨的一端，所述碳杆的一端与所述导轨的另一端连接，所述电动推杆固定在所述外壳内，电动推杆的活动端与所述导轨的侧部配合，所述弹簧套在所述碳杆上，所述木锤固定在所述碳杆的外端。
42.方形外壳：因取消了圆柱套筒，所以改变原来拱门式形状，成为方体，压缩了体积，
减少材料使用。根据内部各零件的尺寸确定出外壳的尺寸，长300mm，宽45mm，高40mm，使用3mm木质层板，拼接方便，随时可以尺寸改动，而且同大小和3d打印pla材料相比重量接近，甚至更轻，外壳强度依旧可以满足任务需求。
43.导轨，选择铝制材料进行安装，收缩时宽25mm，长255mm，伸长到最大量后长度430mm，滑轨采用高密度双排钢柱助力推拉，推拉顺滑同时降低了噪音。上方滑轨移动端与电动推杆相连，使用pla材料，3d打印技术造型作出一个挂钩和限位装置，挂钩(以下称挂钩1)用来与锁紧机构抱紧固定，限位装置的作用是使电动推杆可以推动滑轨移动。
44.动力装置，使用成品化的电动推杆做为动力装置，收缩状态时长度为255mm，最大伸缩长度为150mm，最大推力为20n,输入电压12v,重量为0.3kg。使用4mm 螺丝与外壳连接。
45.锁紧机构，在外壳末端位置，因取消了拱门式的设计，方形外壳可以使锁紧机构更方便的安装及应用，如图3
‑
6，锁紧机构同样采用舵机与挂钩相互连接的形式，金属舵机长23mm，宽13mm，种约12g，按照舵机的尺寸，在外壳顶部开一个长24mm，宽14mm的槽，可以装入舵机，然后用热熔胶固定，选用长22mm (最远孔到舵机轴的距离)的摇臂，在摇臂垂直运动的位置，开出一个长22mm，宽5mm的槽，为了使舵机运动时不会被阻碍。挂钩宽度8mm，最大长度为25mm，根据挂钩的尺寸开一个长35mm，宽10mm的槽，在挂钩下方转折处与外壳垂直位置开大小相同的孔，穿入铁丝做轴，可以绕轴运动，同时起固定作用，在挂钩上方也开一个孔，穿入铁丝与舵机摇臂相连，促使摇臂连同挂钩(以下称挂钩2) 一起运动。
46.一体式敲锤，由三部分组成，敲击外墙体的部分是一个直径为70mm的木球，实心木球较为结实，且敲击后反馈出空鼓声音，在中间打一个直径11mm，深度 40mm的深孔，与碳杆用热熔胶固定。中间杆部为直径13mm，长度150mm中空的碳杆，碳杆强度高且重量轻，碳杆外面套一个内径10mm，线径0.8mm，长度100mm 的弹簧，在另一侧直接与滑轨相连。
47.导轨式敲击装置使用方法
48.将各个配件按照图3
‑
6方式进行装配，在外壳底部与无人机平台底部螺丝孔垂直位置打出螺丝孔，用4mm螺丝和螺母使整个装置固定在无人机底部。首先控制电动推杆向前伸出，在导轨上限位装置的带动下，导轨会一起向前伸出，同时因敲锤的碳杆与导轨相连，这样会使敲锤也跟随导轨一起移动，由于外壳的限位作用，碳杆外的弹簧被压缩蓄力，当伸到导轨的最长量，此时恰好导轨上的挂钩1到达锁紧装置挂钩2的位置，控制舵机向与挂钩2反方向摇动摇臂，挂钩2将被抬起，然后挂钩1与挂钩2错位相邻时，舵机恢复原状，挂钩2被放下，两个挂钩便被锁紧，完成敲击装置的收缩状态。
49.无人机平台负载整个装置到达指定要检查的外墙体部位后，悬停在空中，保持与墙面130mm左右的距离，然后控制电动推杆收缩回原状，由于锁紧装置与滑轨锁紧，导轨和敲锤都不会移动，弹簧依旧被压缩受力，控制舵机再次反向摇动摇臂，此时带动挂钩向上翻起，锁紧装置不再对滑轨和敲锤有限制，弹簧形变解除，释放弹力，滑轨带动敲锤一起移动，整个敲锤向墙体方向快速弹出，从而敲击在外墙体上，再利用携带的拾音装置拾取声音，继续完成整部分检测工作后，并且实时完成分析。
50.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。