本實用新型涉及一種基于3D激光掃描的建筑預制構件質量檢測系統。

背景技術：

我國傳統建筑生產方式普遍存在著建筑資源能耗高、生產效率低、工程質量和安全堪憂、勞動力成本逐步升高、資源短缺嚴重等問題。因此，建筑行業(yè)迫切需要轉型升級。建筑工業(yè)化是實現建筑業(yè)轉型升級的重要途徑之一，也是我國建筑業(yè)“十三五”期間的重點發(fā)展方向。

裝配式混凝土預制構件在工場生產是建筑工業(yè)化的重要部分。為了保證預制混凝土構件的生產質量，預制構件質量的檢測評估和系統管理至關重要。當前，其檢驗方面已形成了國家標準《預制混凝土構件質量檢驗評定標準》GBJ321-90以及地方標準《預制混凝土構件質量檢驗標準》DB11/T 968-2013。檢驗項目主要包括模板、鋼筋、混凝土、構件和結構性能，其中預制構件尺寸和表面質量檢測為關鍵檢測項目?，F有的預制混凝土構件質量的檢測是通過人工來完成的，其效率十分低下，難以滿足建筑工業(yè)化的要求。開發(fā)一種工業(yè)化建筑預制構件尺寸和表面質量快速自動檢測系統，已成為本領域技術人員亟待解決的問題。

近年來，發(fā)展出現一項利用激光雷達探測和測距技術的全新技術手段，即3D激光掃描技術。采用該技術可大面積、高精度、非接觸地快速獲取被測對象表面的三維坐標點云數據。因此，可引入3D激光掃描技術并結合其他數字化技術手段，實現工業(yè)化建筑預制構件尺寸和表面質量的快速自動檢測。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于3D激光掃描的建筑預制構件質量檢測系統，能夠解決現有的工業(yè)化建筑預制混凝土構件尺寸和表面質量檢測通過人工來完成的效率低下技術問題。

為解決上述問題，本實用新型提供一種基于3D激光掃描的建筑預制構件質量檢測系統，包括：

設置于預制構件上的標靶；

設置于預制構件的上部的XY驅動裝置；

設置于所述XY驅動裝置上的描檢測預制構件的主體部分和對應標靶的主控掃描儀，所述XY驅動裝置驅動所述主控掃描儀沿X和/或Y方向移動；

設置于預制構件的側面的升降平臺；

設置于所述升降平臺上的掃描檢測預制構件的局部部分和對應標靶的輔助掃描儀，所述升降平臺調節(jié)輔助掃描儀高度和位置；

分別與所述主控和輔助掃描儀的計算機。

進一步的，在上述系統中，基于3D激光掃描的建筑預制構件質量檢測系統，還包括：

設置于所述預制構件上的二維碼標識；

識別所述二維碼標識的與所述計算機連接的識別模塊。

進一步的，在上述系統中，所述XY驅動裝置包括：

設置于所述預制構件的上部的兩根相互平行的Y方向導軌，所述Y方向導軌的每端設置有導軌固定端；

設置于所述Y方向導軌上且與其垂直的X方向橫梁，所述X方向橫梁的兩端設置兩個Y方向驅動，X方向橫梁設置有X方向驅動，所述主控掃描儀通過固定于所述X方向驅動的下方。

與現有技術相比，本實用新型通過設置于預制構件上的標靶；設置于預制構件的上部的XY驅動裝置；設置于所述XY驅動裝置上的描檢測預制構件的主體部分和對應標靶的主控掃描儀，所述XY驅動裝置驅動所述主控掃描儀沿X和/或Y方向移動；設置于預制構件的側面的升降平臺；設置于所述升降平臺上的掃描檢測預制構件的局部部分和對應標靶的輔助掃描儀，所述升降平臺調節(jié)輔助掃描儀高度和位置；分別與所述主控和輔助掃描儀的計算機，能解決現有的工業(yè)化建筑預制混凝土構件尺寸和表面質量數據采集和分析通過人工完成，效率低下的技術問題。

附圖說明

圖1是本實用新型一實施例的基于3D激光掃描的工業(yè)化建筑預制構件質量檢測系統原理圖；

圖2是本實用新型一實施例的基于3D激光掃描的工業(yè)化建筑預制構件質量檢測流程圖；

圖3是本實用新型一實施例的3D激光掃描子系統示意圖；

圖4是本實用新型一實施例的3D掃描模型與設計參考模型對比示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

如圖1至3所示，本實用新型提供一種基于3D激光掃描的建筑預制構件質量檢測系統，包括：

設置于預制構件上的標靶，用于作為掃描測量的參考點，輔助點云數據配準、坐標轉化和掃描模型裝配；

設置于預制構件的上部的XY驅動裝置；

設置于所述XY驅動裝置上的主控掃描儀，所述XY驅動裝置驅動所述主控掃描儀沿X和/或Y方向移動，以調節(jié)主控掃描儀的位置以便其掃描檢測，所述主控掃描儀用于掃描檢測預制構件的主體部分和對應標靶，得到預制構件主體的點云數據；

設置于預制構件的側面的升降平臺；

設置于所述升降平臺上的輔助掃描儀，所述升降平臺調節(jié)輔助掃描儀高度和位置，以方便輔助掃描儀的掃描檢測，所述輔助掃描儀用于掃描檢測預制構件的局部部分和對應標靶，得到預制構件的局部點云數據；

計算機，用于控制所述主控和輔助掃描儀的掃描檢測；

所述計算機還可包括一控制模塊，用于控制所述XY驅動裝置和升降平臺的空間位置，進而分別驅動所述主控掃描儀沿X和/或Y方向移動及調節(jié)輔助掃描儀高度和位置。

優(yōu)選的，所述計算機還可包括數據處理及分析評估子系統，包括：

3D掃描數據后處理模塊，用于對所述預制構件主體和局部點云數據進行去燥、修補、優(yōu)化、點云數據配準、坐標轉化和模型裝配的數據處理，得到所述預制構件的完整點云數據；

基于設計資料的3D參考模型建立模塊，用于根據所述預制構件的CAD圖紙建立3D參考數字模型；

基于掃描數據的3D模型建立模塊，用于根據所述預制構件的完整點云數據建立預制構件的3D掃描數字模型；

數據分析評估模塊，用于對所述預制構件的3D參考數字模型和3D掃描數字模型進行對比分析，根據分析結果及相關規(guī)范允許尺寸偏差和表面質量要求，評估所述預制構件的質量。本實用新型通過掃描獲取預制構件點云數據，并將由預制構件點云數據得到的3D掃描模型與設計模型的對比分析，實現預制構件尺寸和表面質量的評估，能解決現有的工業(yè)化建筑預制混凝土構件尺寸和表面質量檢測通過人工來完成的效率低下技術問題。

優(yōu)選的，如圖3所示，基于3D激光掃描的建筑預制構件質量檢測系統，還包括：

設置于所述預制構件上的二維碼標識12；

識別所述二維碼標識的與所述計算機連接識別模塊，從而能自動識別預制構件的編號并傳輸到計算機。

優(yōu)選的，如圖3所示，所述XY驅動裝置包括：

設置于所述預制構件1的上部的兩根相互平行的Y方向導軌7，所述Y方向導軌7的每端設置有導軌固定端8；

設置于所述Y方向導軌7上且與其垂直的X方向橫梁9，所述X方向橫梁9的兩端設置兩個Y方向驅動10，X方向橫梁9設置有X方向驅動11，所述主控掃描儀2通過固定于所述X方向驅動11的下方。采用XY驅動裝置可實現主控掃描儀在XY水平面范圍內的移動。如圖3所示，所述預制構件1可通過輪胎式運輸車運輸到現場。

優(yōu)選的，所述計算機還包括：

基于工程基礎類IFC的數據儲存?zhèn)鬏斈K，用于基于工程基礎類IFC技術，對所建立的3D參考數字模型和3D掃描數字模型的數據進行儲存，并將所述儲存的數據傳輸到三維可視化模塊；

三維可視化模塊，用于根據接收到的數據實現預制構件各類加工誤差尺寸和表面質量的3D可視化顯示，并對不未達規(guī)范要求的預制構件進行標記顯示。

優(yōu)選的，所述加工誤差尺寸包括所述預制構件的長寬高、側向彎曲、表面平整、預埋件或預留位置、對角線差和翹曲的尺寸。

優(yōu)選的，所述表面質量包括露筋、孔洞、蜂窩、裂縫、外形外表缺陷和外形沾污。

如圖1至3所示，上述基于3D激光掃描的建筑預制構件質量檢測系統的使用方法，包括：

根據預制構件的情況確定標靶1的數量(每次掃描范圍內至少3個標靶1)，確定后布設標靶1集并編號，布設標靶1并保證主控掃描儀2和輔助掃描儀3視覺范圍內的標靶1通視；

采用所述計算機中的控制模塊調節(jié)XY驅動裝置，使預制構件4的主體在所述主控掃描儀2的視覺范圍內，同時采用所述控制模塊調節(jié)所述升降平臺5的位置，使得預制構件1的局部在輔助掃描儀3視覺范圍內；

采用所述計算機6控制主控掃描儀2，開展所述預制構件1的主體部分和對應標靶的掃描作業(yè)，同時采用所述計算機6控制所述輔助掃描儀3，開展被所述預制構件的局部和對應標靶的掃描作業(yè)，以得到所述預制構件主體和局部點云數據；

采用所述計算機中的3D掃描數據后處理模塊對所述預制構件主體和局部點云數據進行去燥、修補、優(yōu)化、點云數據配準、坐標轉化和模型裝配的數據處理，得到所述預制構件的完整點云數據；

采用所述計算機中的基于掃描數據的3D模型建立模塊，根據所述預制構件的完整點云數據建立預制構件的3D掃描數字模型，同時采用基于設計資料的3D參考模型建立模塊，根據所述預制構件的CAD圖紙建立3D參考數字模型；

采用所述計算機中的數據分析評估模塊對所述預制構件的3D參考數字模型和3D掃描數字模型進行對比分析，根據分析結果及相關規(guī)范允許尺寸偏差和表面質量要求，評估所述預制構件的質量。本實用新型的主要優(yōu)勢在于可實現工業(yè)化建筑預制構件尺寸和表面質量快速自動檢測，解決人工檢測生產構件質量的效率低下問題，以滿足建筑工業(yè)化高效生產的要求。

優(yōu)選的，根據預制構件的情況確定標靶的數量的步驟之前，還包括：

預制構件就位前在所述預制構件上布設二維碼標識；

預制構件就位，采用識別模塊識別二維碼標識，以自動獲取所述預制構件的編號。

優(yōu)選的，評估所述預制構件的質量的步驟之后，還包括：

采用所述計算機中的基于工程基礎類IFC的數據儲存?zhèn)鬏斈K，基于工程基礎類IFC技術，對所建立的3D參考數字模型和3D掃描數字模型的數據進行儲存，并將所述儲存的數據傳輸到三維可視化模塊；

采用所述計算機中的三維可視化模塊，據接收到的數據實現預制構件各類加工誤差尺寸和表面質量的3D可視化顯示，并對不未達規(guī)范要求的預制構件進行標記顯示。

優(yōu)選的，所述加工誤差尺寸包括所述預制構件的長寬高、側向彎曲、表面平整、預埋件或預留位置、對角線差和翹曲的尺寸。

優(yōu)選的，所述表面質量包括露筋、孔洞、蜂窩、裂縫、外形外表缺陷和外形沾污。

具體應用實施例：采用所開發(fā)的系統對地鐵高架橋大型混凝土預制構件U型梁的加工質量進行檢測，長×寬×高：30m×5.2m×1.8m，厚度：0.24m。三維激光掃描檢測子系統示意圖見附圖3，U型梁安設在輪胎式運輸車上，主控掃描儀采用FOCUS 3D X330掃描儀，輔助掃描儀采用FOCUS 3D X330掃描儀和FARO Scanner Freestyle3D，XY驅動裝置和升降平臺如圖3所示；計算機采用內存為8G，CPU為4核CPU PC；標靶為多個自制打印標靶組成；識別模塊采用二維碼識別器；控制模塊采用三菱PLC運動控制模塊。數據處理及分析評估子系統中3D掃描數據后處理模塊為FOCUS 3D X330掃描儀附屬數據處理模塊；基于設計資料的3D參考模型建立模塊、基于掃描數據的3D模型建立模塊、數據分析評估模塊和三維可視化模塊核心計算采用Fortran語言編寫，并結BIM軟件；基于工程基礎類IFC的數據儲存?zhèn)鬏斈K，主要基于工程基礎類IFC標準的BIM軟件；構件尺寸允許偏差和表面質量要求參照國家標準《預制混凝土構件質量檢驗評定標準》GBJ321-90。實施例局部放大40后的3D參考數字模型41和3D掃描數字模型42的生產加工誤差如圖4所示。

本實用新型通過設置于預制構件上的標靶；設置于預制構件的上部的XY驅動裝置；設置于所述XY驅動裝置上的描檢測預制構件的主體部分和對應標靶的主控掃描儀，所述XY驅動裝置驅動所述主控掃描儀沿X和/或Y方向移動；設置于預制構件的側面的升降平臺；設置于所述升降平臺上的掃描檢測預制構件的局部部分和對應標靶的輔助掃描儀，所述升降平臺調節(jié)輔助掃描儀高度和位置；分別與所述主控和輔助掃描儀的計算機，能解決現有的工業(yè)化建筑預制混凝土構件尺寸和表面質量數據采集和分析通過人工完成，效率低下的技術問題。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

顯然，本領域的技術人員可以對實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包括這些改動和變型在內。