CN102269581B - 一种建筑构件加工精度测评方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测并评价一些无法确定测量基准或者形态复杂物体的几何精度。其特征在于：分别从实体构件和设计文件上各选取合适的控制点，并逐个采集控制数据，将数据进行一一对应地分类，并导入计算机，选择坐标转换函数，通过转换函数将实体构件的数字模型转换到设计模型所作坐标系下，通过逐个分析每对控制点数据间的差异得到实体构件的加工精度。本发明的优点是采用本发明测评建筑构件加工精度的方法，可以完成对形态复杂建筑构件的加工精度进行精确测评的工作。

Description

一种建筑构件加工精度测评方法

技术领域

本发明涉及一种空间复杂几何形态物体的检测和精度评价技术，具体为检测并评价一些无法确定测量基准或者形态复杂物体的几何精度。

背景技术

在现在的建筑工程中往往需要对构件的外形精度进行检测并判断合格与否，不合格的构件不仅会对建筑外形造成破坏，还会影响结构整体的安全性。所以必须采取有效而准确的手段来做这样一步工作。

目前常用的手段无非是用直尺、卷尺等量具或者全站仪之类的设备来进行数据采集，并将这些数据与设计图纸和相应的规范性文件进行比对，看偏差是否在允许的范围内。

然而，随着建筑结构形式的多样化，越来越多的构件形态开始出现，特别是连杆体系中处于节点位置的构件，它们通常需要与周围一圈的杆件连接成一体。这样的节点构件就有极可能无法以常用的手段测评其制作精度。

如果只是采用普通量具，就是以采集控制点间直线距离作为精度评价的实际数据。这样的方法难以准确并全面地采集构件上的任意两个控制点之间的距离，两个控制点之间可能阻隔着构件的其它部分，而不能摆设量具。同时，这样的测量方法只反映了控制点间的线长度关系，不能反映测量物体上每个控制位置在空间上的相互关系。

如果利用坐标来表示控制点，在构件本身上很难找到一个合适的基准参照系，可以保证构件上的每个控制点坐标不会因为由参照系的选择造成的误差累计，而显得比实际的偏差更大。目前对于大型的铸件往往采用投影放样的方法来判断铸件几何尺寸是否合格，这种方法就类似利用坐标分析构件精度。但是这种方法的精确度不高，而且如果构件小到一定程度，也不方便操作。

发明内容

本发明解决的问题是解决现有技术中已建成的建筑结构进行现场测量所存在的上述问题，提出一整套相对简便并稳定有效的方法，来实现对于复杂构件制作精度的测评。针对上述的技术不足，本发明设计一种建筑构件加工精度测评方法，其特征在于：分别从实体构件和设计文件上各选取合适的控制点，并逐个采集控制数据，将数据进行一一对应地分类，并导入计算机，选择坐标转换函数，通过转换函数将实体构件的数字模型转换到设计模型所作坐标系下，通过逐个分析每对控制点数据间的差异得到实体构件的加工精度。其特征在于：所述的从实体构件选取合适的控制点为利用空间坐标探测仪器或者全站仪等设备对实体构件进行控制点数据采集，坐标系可以任意定义，形成以控制点坐标为基础数据的实体数字模型。其特征在于：设计文件上选取与实体构件所取控制点相应位置点的坐标，形成设计模型。其特征在于：选择坐标转换函数由以下步骤组成：在实体数字模型里取出至少一个控制点P1，控制点P₁的坐标为(x₁，y₁，z₁)，转换到设计模型里坐标记为(tx₁，ty₁，tz₁)，二者可以通过函数相互转换，设两套坐标系的平移向量为(a，b，c)，三根坐标轴的夹角分别为α，β，γ，则可以建立以下转换函数：

tx₁=x₁·f(α，β，γ)+a

ty₁=y₁·g(α，β，γ)+b

tz₁＝z₁·h(α，β，γ)+c

其中f(α，β，γ)，g(α，β，γ)，h(α，β，γ)都是关于α，β，γ的函数，

设计模型中代表控制点P₁的坐标值为(X₁，Y₁，Z₁)则可以求解得到实体模型控制点转换后与设计模型上相应点的距离的平方：

Δ₁ ²=(X₁-tx₁)²+(Y₁-ty₁)²+(Z₁-tz₁)²

=(X₁-x₁·f(α，β，γ)-a)²+(Y₁-y₁·g(α，β，γ)-b)²+(Z₁-z₁·h(α，β，γ)-c)²

由于(x₁，y₁，z₁)和(X₁，Y₁，Z₁)都是己知数据，上述函数可以简化为：

Δ₁ ²=F(α，β，γ，a，b，c)，求解当Δ最小值时α，β，γ，a，b，c的值，就可以得到转换函数。

其特征在于：在实体数字模型里取出至少的控制点有n个，那么距离平方和为：

$\mathrm{\Δ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\Δ}}_i}^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ},a,b,c)$

求解当Δ最小值时α，β，γ，a，b，c的值，就可以得到转换函数。

其特征在于：求解或处于最小值时α，β，γ，a，b，c的数值，获得更高的分析精度要求的转换函数。

本发明的优点是采用本发明测评建筑构件加工精度的方法，可以完成对形态复杂建筑构件的加工精度进行精确测评的工作。

附图说明

图1所示为本发明实施流程的一个示意图。

图2所示为本发明中实体构件模型与设计模型上控制点一一对应的示意图。

图3所示为本发明中数据分析的主要意图。

具体实施方式

请参阅图1，1表示从实体构件与设计文件上选取合适的控制点，并逐个采集控制数据。2表示将数据进行一一对应地分类，并导入计算机。3表示对数据进行整体分析，选择最合理的坐标转换函数。4表示通过转换函数将实体构件的数字模型转换到设计模型所作坐标系下。5表示通过逐个分析每对控制点数据间的差异得到实体构件的加工精度。

请参阅图2，首先需要分别建立实体构件和构件设计的两组数字模型，己选取的控制点需要一一对应。在图1中以箱体结构作为样例，控制点就可选取箱体角点。利用空间坐标探测仪器或者全站仪等设备对实体构件进行控制点数据采集，坐标系可以任意定义，形成以控制点坐标为基础数据的实体数字模型；再在构件设计成果上选取相应位置点的坐标，形成设计模型。模型的表现形式可为两组矩阵，但控制点的两组坐标必须一一对应，如图1中箭头所指。

接下来要进入数据分析阶段，这个流程的主要目的是将实体构件的数字模型以最合理的方式转换到设计模型所在的坐标系下，使得两组数字模型十分紧密地贴合在一起。

如果在实体数字模型里取出至少一个控制点1，控制点1在实体数字模型里的坐标为(x₁，y₁，z₁)，转换到设计模型里坐标记为(tx₁，ty₁，tz₁)，二者可以通过函数相互转换。假定两套坐标系的平移向量为(a，b，c)，三根坐标轴的夹角分别为α，β，γ，则可以建立以下转换函数：

tx₁=x₁·f(α，β，γ)+a

ty₁=y₁·g(α，β，γ)+b

tz₁=z₁·h(α，β，γ)+c

其中f(α，β，γ)，g(α，β，γ)，h(α，β，γ)都是关于α，β，γ的函数。

如果设计模型中代表控制点1的坐标值为(X₁，Y₁，Z₁)则可以求解得到实体模型控制点转换后与设计模型上相应点的距离的平方：

Δ₁ ²=(X₁-tx₁)²+(Y₁-ty₁)²+(Z₁-tz₁)²

=(X₁-x₁·f(α，β，γ)-a)²+(Y1-y₁·g(α，β，γ)-b)²+(Z₁-z₁·h(α，β，γ)-c)²

由于(x₁，y₁，z₁)和(X₁，Y₁，Z₁)都是已知数据，上述函数可以简化为：

Δ₁ ²=F(α，β，γ，a，b，c)

如果在实体数字模型里取出的控制点的数量为n个，那么距离平方和为：

$\mathrm{\Δ}=\underset{i=1}{\overset{11}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\Δ}}_i}^2=\underset{i=1}{\overset{11}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ},a,b,c)$

求解当Δ最小值时α，β，γ，a，b，c的值分别是多少，就可以得到十分合理的转换函数。得到转换函数后就可以将实体构件模型与设计模型转换到相同的坐标系环境中，再进行两者的比较，看两者间有多大的区别，就如同把两张大小近似的纸叠在一起看看差了多少。

如果每一组控制点间的距离都能够控制在很小的范围内，则就可以说两个数字模型已经很紧密地贴合在一起了。但是在计算中不可能对每一个距离值同时进行控制，所以控制距离的总合成为一种有效的方法。这样就会有另外一个问题，将所有距离值放在一起可能会存在单体数据离散性比较大的问题，因此计算所有距离值的n次方和就可以成为一种有效的控制量。如果对于分析精度要求更高的话，可以求解甚至处于最小值时α，β，γ，a，b，c的数值。在得到了转换函数后可以将实体构件的实体数字模型转换到设计模型所在的坐标系下，并且两组模型可以十分紧密地贴合在一起。然后只要逐个分析每对控制点间距离就可以准确地评价实体构件的加工精度。这个过程可如图3直观地表示。本发明在待检构件上选取一定量位置合适的控制点，主要处于构件表面角点或者机加工的平面上。利用光学仪器或者空间点探测仪器一一读取控制点的控制参数(通常是坐标)，然后再在设计模型上也提取相应位置的控制参数，形成两组数据。然后通过数学方法调整两组数据所在的坐标系，使得两组数据所代表的数字模型能够紧密且合理地贴合在一起，最后就只需分别计算各个控制位置上理论与实际的偏差即可。综上所述，本发明完成了发明的目的。采用本发明测评建筑构件加工精度的方法，可以完成对形态复杂建筑构件的加工精度进行精确测评的工作。

Claims (4)

1.一种建筑构件加工精度测评方法，其特征在于：分别从实体构件和设计文件上各选取合适的控制点，并逐个采集控制数据，将数据进行一一对应地分类，并导入计算机，选择坐标转换函数，通过转换函数将实体构件的数字模型转换到设计模型所在坐标系下，通过逐个分析每对控制点数据间的差异得到实体构件的加工精度；

选择坐标转换函数由以下步骤组成：在实体数字模型里取出至少一个控制点P₁，控制点P₁的坐标为(x₁，y₁，z₁)，转换到设计模型里坐标记为(tx₁，ty₁，tz₁)，二者可以通过函数相互转换，设两套坐标系的平移向量为(a，b，c)，三根坐标轴的夹角分别为α，β，γ，则可以建立以下转换函数：

tx₁＝x₁·f(α，β，γ)+a

ty₁＝y₁·g(α，β，γ)+b

tz₁＝z₁·h(α，β，γ)+c

其中f(α，β，γ)，g(α，β，γ)，h(α，β，γ)都是关于α，β，γ的函数，

设计模型中代表控制点P₁的坐标值为(X₁，Y₁，Z₁)则可以求解得到实体模型控制点转换后与设计模型上相应点的距离的平方：

Δ₁ ²＝(X₁-tx₁)²+(Y₁-ty₁)²+(Z₁-tz₁)²＝(X₁-x₁·f(α，β，γ)-a)²+(Y₁-y₁·g(α，β，γ)-b)²+(Z₁-z₁·h(α，β，γ)-c)²

由于(x₁，y₁，z₁)和(X₁，Y₁，Z₁)都是已知数据，上述函数可以简化为：Δ₁ ²＝F(α，β，γ，a，b，c)，在实体数字模型里取出至少的控制点有n个，那么距离平方和Δ为：

$\mathrm{\Δ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\Δ}}_i}^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ},a,b,c)$

求解当Δ最小值时α，β，γ，a，b，c的值，就可以得到转换函数。

2.按权利要求1所述的一种建筑构件加工精度测评方法，其特征在于：所述的从实体构件选取合适的控制点为利用空间坐标探测仪器或者全站仪设备对实体构件进行控制点数据采集，坐标系可以任意定义，形成以控制点坐标为基础数据的实体数字模型。

3.按权利要求1所述的一种建筑构件加工精度测评方法，其特征在于：设计文件上选取与实体构件所取控制点相应位置点的坐标，形成设计模型。

4.按权利要求1所述的一种建筑构件加工精度测评方法，其特征在于：求解或处于最小值时α，β，γ，a，b，c的数值，获得更高的分析精度要求的转换函数。