CN110487256B - 一种建筑施工质量实测实量数据采集装置 - Google Patents

Abstract

一种建筑施工质量实测实量数据采集装置。其包括车体、控制机构和数据采集机构；车体包括后吸盘组、后车架底座、舵机、齿轮、齿条、前吸盘组、前车架底座、球形铰和电动推杆；控制机构包括单片机、控制器、电池和电源开关；数据采集机构包括超声波传感器和三维激光扫描仪。本发明优点：能快速、有效、完整、自动移动并高精度地实现对建筑施工质量实测实量的数据采集，从而实现对整个需测对象进行完整、高精度的测量，能够直接从所测对象中进行快速的逆向三维数据采集及模型重构，其激光点云中的每个三维数据都是直接测量对象的真实数据，使得采集到的实测实量数据真实可靠，并突破了传统的单点测量方法，有效地减少人工、时间。

Description

一种建筑施工质量实测实量数据采集装置

技术领域

本发明属于建筑测量技术领域，尤其涉及一种建筑施工质量实测实量数据采集装置。

背景技术

在工程项目建设中，工程质量至关重要，目前检测施工质量的方法就是人工用卷尺、靠尺、塞尺等测量工具进行实测实量，根据规范要求进行测量的工作量会非常大，并且由于采取随机抽取测点的方法，测量的数据不够全面，测量数据也存在一定的误差，因而不能准确反映出整个建筑施工质量的实际情况。

同时在一些隐蔽和危险性比较大的地方，比如超高层外墙面、楼板顶面等地方往往难以进行人工测量，利用现有的经纬仪等测量工具，只能实现单点测量，难以全面地测出整个表面的垂直度、平整度、洞口尺寸等情况。

现在其他领域使用的三维扫描技术一般是将扫描仪安装在测量三脚架上使用，这样每换一个测点就需要重新调平、安装，比较麻烦，不能根据实际测量需求自动地移动到其他测点，更不能实现在墙面、楼板面上自由移动工作，同时也不能测量出所扫描对象的内部情况，如墙厚、楼板厚、抹灰墙面空鼓等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种建筑施工质量实测实量数据采集装置。

为了达到上述目的，本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置包括车体、控制机构和数据采集机构；其中，所述的车体包括后吸盘组、后车架底座、舵机、齿轮、齿条、前吸盘组、前车架底座、球形铰和电动推杆；其中，所述的后吸盘组和前吸盘组结构相同，均包括四个垂直设置的吸盘组件和一个水平设置且呈工字形的车架；车架的两侧梁前后部底面分别与一个吸盘组件的顶部相连；齿条安装在前吸盘组上车架的中间横梁表面，并且齿条与中间横梁的长度方向一致；前车架底座安装在前吸盘组上车架的后开口中；舵机安装在前车架底座上，驱动轴向前延伸且外端安装一个与上述齿条相啮合的齿轮；两个电动推杆的前端分别安装一个与前吸盘组上车架的两侧梁后端的弧形凹槽相配合的球形铰，因此可以实现车体的转弯，后端分别固定在后吸盘组上两侧梁的前端，由此将后吸盘组和前吸盘组连成一体；后车架底座安装在两个电动推杆的后部之间；控制机构包括单片机、控制器、电池和电源开关；数据采集机构包括超声波传感器和三维激光扫描仪；其中单片机、电池、电源开关和三维激光扫描仪均安装在后车架底座的表面，超声波传感器固定在后车架底座的底面；单片机同时与舵机、电动推杆、超声波传感器、三维激光扫描仪以及后吸盘组和前吸盘组上的电控部件电连接，与控制器无线连接；电池通过电源开关与单片机电连接，用于为本装置中所有用电部件供电。

所述的吸盘组件包括吸盘、压力传感器、高度调节器、距离传感器、真空开关、电磁换向阀、导气管、真空泵、第一螺杆、第一垫片、销轴、关节轴承和六角螺母；其中，所述的第一垫片包括底板和两块立板；底板为长方形板，中部形成有第一孔洞，两端部位分别形成有一个螺孔；两块立板的下端分别连接在底板的表面两侧边缘，每块立板的中部形成有一个销轴贯穿孔；底板的两端分别利用第一螺杆贯穿螺孔的方式固定在吸盘的顶部；关节轴承的内部轴向中心处形成有一个第三孔洞，下端位于两块立板之间；销轴的中部沿径向形成有一个第二孔洞，销轴通过贯穿两块立板上的销轴贯穿孔以及关节轴承下端的方式将第一垫片上部与关节轴承下端铰接在一起，并且关节轴承上的第三孔洞、销轴上的第二孔洞以及第一垫片上的第一孔洞上下连通；高度调节器的下端通过六角螺母与关节轴承的上端相连接，轴向中心处形成有一个导气管贯穿孔；导气管的上端连接在真空泵的排气口处，下部从上至下依次贯穿高度调节器上的导气管贯穿孔、关节轴承上的第三孔洞、销轴上的第二孔洞以及第一垫片上的第一孔洞后位于吸盘的内部；距离传感器固定在高度调节器的顶面上；压力传感器固定在吸盘内部的顶面上；电磁换向阀安装在导气管的上部；真空开关安装在导气管的上部外部；真空泵的上端固定在吸盘组件的车架上，并且压力传感器、高度调节器、距离传感器、真空开关、电磁换向阀和真空泵分别与单片机电连接，

所述的高度调节器为气动推杆。

所述的压力传感器采用大气压力传感器。

所述的控制器采用计算机。

所述的电动推杆的后端通过第一垫片和第一螺杆固定在后吸盘组上两侧梁的前端。

所述的吸盘采用耐磨性好、抗撕裂性高的聚氨酯橡胶材料制成，并且采用多唇边式结构。

本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置具有如下优点：

能够快速、有效、完整、自动移动并高精度地实现对建筑施工质量实测实量的数据采集，从而实现对整个需测对象进行完整、高精度的测量，能够直接从所测对象中进行快速的逆向三维数据采集及模型重构，其激光点云中的每个三维数据都是直接测量对象的真实数据，使得采集到的实测实量数据真实可靠，并突破了传统的单点测量方法，有效地减少人工、时间，并可高自动化、高精度地采集到实测实量所需的数据。

附图说明

图1为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置立体结构示意图。

图2为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置正面结构示意图。

图3为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中电动推杆与前吸盘组利用球形铰连接部位结构示意图。

图4为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中第一垫片俯视图。

图5为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中吸盘组件结构示意图。

图6为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中吸盘组件部分结构处于倾斜状态时结构示意图。

图7a为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中第二垫片主视图。

图7b为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中第二垫片俯视图。

图8为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中齿轮和齿条结构示意图。

图9为本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置中电控部件组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案及工作原理进行详细说明。

如图1-图9所示，本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置包括车体、控制机构和数据采集机构；其中，所述的车体包括后吸盘组2、后车架底座7、舵机8、齿轮9、齿条11、前吸盘组12、前车架底座13、球形铰14和电动推杆15；其中，所述的后吸盘组2和前吸盘组12结构相同，均包括四个垂直设置的吸盘组件1和一个水平设置且呈工字形的车架32；车架32的两侧梁前后部底面分别与一个吸盘组件1的顶部相连；齿条11安装在前吸盘组12上车架32的中间横梁表面，并且齿条11与中间横梁的长度方向一致；前车架底座13安装在前吸盘组12上车架32的后开口中；舵机8安装在前车架底座13上，驱动轴向前延伸且外端安装一个与上述齿条11相啮合的齿轮9；两个电动推杆15的前端分别安装一个与前吸盘组12上车架的两侧梁后端的弧形凹槽相配合的球形铰14，因此可以实现车体的转弯，后端分别固定在后吸盘组2上两侧梁的前端，由此将后吸盘组2和前吸盘组12连成一体；后车架底座7安装在两个电动推杆15的后部之间；控制机构包括单片机18、控制器19、电池5和电源开关6；数据采集机构包括超声波传感器16和三维激光扫描仪17；其中单片机18、电池5、电源开关6和三维激光扫描仪17均安装在后车架底座7的表面，超声波传感器16固定在后车架底座7的底面；单片机18同时与舵机8、电动推杆15、超声波传感器16、三维激光扫描仪17以及后吸盘组2和前吸盘组12上的电控部件电连接，与控制器19无线连接；电池5通过电源开关6与单片机18电连接，用于为本装置中所有用电部件供电。

所述的吸盘组件1包括吸盘19、压力传感器20、高度调节器21、距离传感器22、真空开关23、电磁换向阀24、导气管25、真空泵26、第一螺杆27、第一垫片28、销轴29、关节轴承30和六角螺母31；其中，所述的第一垫片28包括底板33和两块立板34；底板33为长方形板，中部形成有第一孔洞281，两端部位分别形成有一个螺孔282；两块立板34的下端分别连接在底板33的表面两侧边缘，每块立板34的中部形成有一个销轴贯穿孔283；底板33的两端分别利用第一螺杆27贯穿螺孔282的方式固定在吸盘19的顶部；关节轴承30的内部轴向中心处形成有一个第三孔洞301，下端位于两块立板34之间；销轴29的中部沿径向形成有一个第二孔洞291，销轴29通过贯穿两块立板34上的销轴贯穿孔283以及关节轴承30下端的方式将第一垫片28上部与关节轴承30下端铰接在一起，并且关节轴承30上的第三孔洞301、销轴29上的第二孔洞291以及第一垫片28上的第一孔洞281上下连通；高度调节器21的下端通过六角螺母31与关节轴承30的上端相连接，轴向中心处形成有一个导气管贯穿孔；导气管25的上端连接在真空泵26的排气口处，下部从上至下依次贯穿高度调节器21上的导气管贯穿孔、关节轴承30上的第三孔洞301、销轴29上的第二孔洞291以及第一垫片28上的第一孔洞281后位于吸盘19的内部；距离传感器22固定在高度调节器21的顶面上；压力传感器20固定在吸盘19内部的顶面上；电磁换向阀24安装在导气管25的上部；真空开关23安装在导气管25的上部外部；真空泵8的上端固定在吸盘组件1的车架32上，并且压力传感器20、高度调节器21、距离传感器22、真空开关23、电磁换向阀24和真空泵26分别与单片机18电连接，

所述的高度调节器21为气动推杆。

所述的压力传感器20采用大气压力传感器，具有精度高、能耗低、方便使用等优点。

所述的控制器19采用计算机。

所述的电动推杆15的后端通过第一垫片4和第一螺杆3固定在后吸盘组2上两侧梁的前端。

所述的吸盘19采用耐磨性好、抗撕裂性高的聚氨酯橡胶材料制成，并且采用多唇边式结构。由于建筑墙面、楼板面及其他建筑物表面会有明显的凹坑、凸缘和大面积砂眼，传统结构的真空吸盘没有办法达到吸附要求，作为优选的聚氨酯橡胶材料制成的吸盘19相较其他材料制成的吸盘更适于抓住较粗糙的表面，同时吸盘19采用的多唇边式结构相对增大了吸附面积，从而提高了吸盘19的吸附力，而且即使接触面比较粗糙，由于多唇边的存在，各唇边之间可形成独立的密封范围，当一个唇边与接触面间有缝隙时其他唇边也会紧跟着吸附在接触面上，这样由于其他唇边受到大气负压的压迫会使之前的缝隙消失，同时减少了整个装置的调整时间，又增加了其吸附力的均匀性，所以即使某一密封区域发生泄漏并不会影响其余区域的吸附效果。另外，柔软的聚氨酯橡胶材料的吸盘19可使其唇边根据接触面的缺陷而变化，使其形状与接触面进行良好的贴合，达到了较好的密封效果，因此可以实现在粗糙墙面或楼板面上牢牢吸附的效果。

现将本发明提供的建筑施工质量实测实量数据采集装置的使用方法阐述如下：

1.当需要利用测量装置测量墙厚、楼板厚、抹灰墙面空鼓等情况时，首先由工作人员将测量装置安装在本建筑施工质量实测实量数据采集装置上，然后将本装置上的单片机18通过蓝牙与控制器19相连，待控制器19中的程序设置好后，将本装置连同测量装置一起放置于诸如墙面或者楼板面等建筑物表面上，然后打开电源开关6。

2.先将后吸盘组2吸附在墙面或者楼板面上，方法是通过控制器19向单片机18发送控制信号，单片机18接收到信号后发出指令打开后吸盘组2中的四个真空开关23和真空泵26，并使各电磁换向阀24开始动作，利用真空泵26通过导气管25抽出各吸盘19内的空气，使吸盘19逐渐进入真空状态，这时吸盘19将与建筑物表面紧密接触；在此过程中，吸盘19将通过销轴29和关节轴承30自适应转动直至吸盘19吸附在建筑物表面上。此时电动推杆15处于收缩状态，通过控制器19向单片机18发送控制信号，单片机18接收到信号后发送指令给电动推杆15，电动推杆15接收到指令后开始伸长，伸长结束后，单片机18发出指令给前吸盘组12，前吸盘组12接收到指令后，吸盘组件1开始工作，首先单片机18发出指令打开前吸盘组12中的四个真空开关23和真空泵26，并使各电磁换向阀24开始动作，利用真空泵26通过导气管25抽出各吸盘19内的空气，使吸盘19逐渐进入真空状态，这时吸盘19将与建筑物表面紧密接触；在上述过程中，吸盘19上的压力传感器20将自动感应压力值，当压力值大于本装置及所载测量装置的自重时，真空开关23关闭，前吸盘组12牢牢地吸附到建筑物表面上，然后单片机18再给后吸盘组2发出指令，后吸盘组2收到指令后，后吸盘组2中的吸盘组件1开始工作，首先打开四个真空开关23，各电磁换向阀24换向，利用真空泵26通过导气管25给吸盘19的内部充气，使吸盘19脱离开建筑物表面并自动收缩。当后吸盘组2离开建筑物表面后，单片机19再发送指令给电动推杆15，电动推杆15接收到指令后开始收缩，以此循环重复，本发明的整个装置便可以在建筑物表面上自由移动。

3.需要转弯时通过控制器19给单片机18发出控制指令，单片机18接收到控制指令后再给舵机8发出控制指令，舵机8接收到控制指令后，按照控制指令要求转动，通过固定在舵机8驱动轴上齿轮9的转动，带动与齿轮9相啮合的齿条11发生相应的响应，从而使整个装置在舵机8的控制下通过球形铰14实现自由的转弯。当齿轮9顺时针转动时，将使与之相啮合的齿条11反向运动，于是整个车体向左转动，反之，当齿轮9逆时针转动时，整个车体向右转动；

4.需要停止时，通过控制器19给单片机18发送控制指令，单片机18接收控制指令后，单片机18发出控制指令给离开建筑物表面的吸盘组件1，使前吸盘组12和后吸盘组2同时吸附在建筑物表面上，同时吸盘19上的压力传感器20自动检测压力值并将压力检测值传输给单片机18，当压力值大于本装置及所载测量装置的自重时，单片机18给真空泵26发送控制指令，真空泵26收到控制指令后保持当前工作状态，然后距离传感器22将自动感应到的距离情况传输给单片机18，单片机18接收信号并处理后发出控制指令给高度调节器21，然后高度调节器21开始自动调节，直至使前车架底座13和后车架底座7处在一个水平面，同时使超声波传感器16和所需测量的构件表面刚刚接触，然后单片机18给高度调节器21发送指令，高度调节器21收到指令后保持当前工作状态，整个装置便处于静止状态。

5.当本装置到达指定测点时，整个装置处于静止状态，紧紧地吸附在建筑物表面上，此时用控制器19再给单片机18发出控制指令，单片机18接收控制指令后再发控制指令控制三维激光扫描仪17和超声波传感器16开始工作，三维激光扫描仪17开始对整个空间进行三维扫描，并将扫描到的所有点云数据实时传输给控制器19，超声波传感器16开始检测所吸附的测点位置的墙厚或者楼板厚度以及抹灰墙面的空鼓情况，同时将自动感应的数据传输给控制器19，之后通过控制器19中的程序对所测量的数据进行处理，一个测点测量完后，通过控制器19给单片机18发送控制指令，然后单片机18控制整个装置移动到下一个测点，直至所有要求的测点测完，便采集到了按照规范要求的所有的实测实量数据。

6.数据采集机构将所有的测点测完数据传输给控制器19后，首先清理无效的数据，然后将超声波传感器16感应的数据进行处理，处理方法为：由超声波发射16和接收之间的时间的一半乘以所发射超声波的速度，再减去距离传感器22检测到的超声波传感器16到墙面或者楼板面的距离就是墙厚或者楼板厚。

7.将三维激光扫描仪17得到的点云数据进行预处理生成三维模型，然后将三维模型导入到BIM建模软件Revit中，根据扫描获得的点云对墙面、地面、顶板进行平面拟合，计算每个点到该平面的偏差距离、赋予不同深浅颜色，实现可视化、全面、客观地反映墙面的平整度。拟合平面的倾角则反映垂直度，计算结果用红色代表凸出整体平面，绿色代表凹入。并在处理数据的过程中先预设好按照实测实量规范要求的对比参数，当测量得到的结果不符合规范要求时，利用BIM模型中的参数化信息对不符合测点进行定位，然后将该测点的CAD施工图图号、轴网编号以及所在部位的模型图片通过手机发送给工程项目的负责人，同时生成实测实量所需的报表，最后便可以得到计算结果，然后得到所有测点施工质量的实测实量情况。

Claims (4)

1.一种建筑施工质量实测实量数据采集装置，所述的建筑施工质量实测实量数据采集装置包括车体、控制机构和数据采集机构；其中，所述的车体包括后吸盘组(2)、后车架底座(7)、舵机(8)、齿轮(9)、齿条(11)、前吸盘组(12)、前车架底座(13)、球形铰(14)和电动推杆(15)；其中，所述的后吸盘组(2)和前吸盘组(12)结构相同，均包括四个垂直设置的吸盘组件(1)和一个水平设置且呈工字形的车架(32)；车架(32)的两侧梁前后部底面分别与一个吸盘组件(1)的顶部相连；齿条(11)安装在前吸盘组(12)上车架(32)的中间横梁表面，并且齿条(11)与中间横梁的长度方向一致；前车架底座(13)安装在前吸盘组(12)上车架(32)的后开口中；舵机(8)安装在前车架底座(13)上，驱动轴向前延伸且外端安装与上述齿条(11)相啮合的所述齿轮(9)；两个电动推杆(15)的前端分别安装一个与前吸盘组(12)上车架的两侧梁后端的弧形凹槽相配合的球形铰(14)，因此能够实现车体的转弯，后端分别固定在后吸盘组(2)上两侧梁的前端，由此将后吸盘组(2)和前吸盘组(12)连成一体；后车架底座(7)安装在两个电动推杆(15)的后部之间；控制机构包括单片机(18)、控制器(19)、电池(5)和电源开关(6)；数据采集机构包括超声波传感器(16)和三维激光扫描仪(17)；其中单片机(18)、电池(5)、电源开关(6)和三维激光扫描仪(17)均安装在后车架底座(7)的表面，超声波传感器(16)固定在后车架底座(7)的底面；单片机(18)同时与舵机(8)、电动推杆(15)、超声波传感器(16)、三维激光扫描仪(17)以及后吸盘组(2)和前吸盘组(12)上的电控部件电连接，与控制器(19)无线连接；电池(5)通过电源开关(6)与单片机(18)电连接，用于为本装置中所有用电部件供电；

其特征在于：所述的吸盘组件(1)包括吸盘(19)、压力传感器(20)、高度调节器(21)、距离传感器(22)、真空开关(23)、电磁换向阀(24)、导气管(25)、真空泵(26)、第一螺杆(27)、第一垫片(28)、销轴(29)、关节轴承(30)和六角螺母(31)；其中，所述的第一垫片(28)包括底板(33)和两块立板(34)；底板(33)为长方形板，中部形成有第一孔洞(281)，两端部位分别形成有一个螺孔(282)；两块立板(34)的下端分别连接在底板(33)的表面两侧边缘，每块立板(34)的中部形成有一个销轴贯穿孔(283)；底板(33)的两端分别利用第一螺杆(27)贯穿螺孔(282)的方式固定在吸盘(19)的顶部；关节轴承(30)的内部轴向中心处形成有一个第三孔洞(301)，下端位于两块立板(34)之间；销轴(29)的中部沿径向形成有一个第二孔洞(291)，销轴(29)通过贯穿两块立板(34)上的销轴贯穿孔(283)以及关节轴承(30)下端的方式将第一垫片(28)上部与关节轴承(30)下端铰接在一起，并且关节轴承(30)上的第三孔洞(301)、销轴(29)上的第二孔洞(291)以及第一垫片(28)上的第一孔洞(281)上下连通；高度调节器(21)的下端通过六角螺母(31)与关节轴承(30)的上端相连接，轴向中心处形成有一个导气管贯穿孔；导气管(25)的上端连接在真空泵(26)的排气口处，下部从上至下依次贯穿高度调节器(21)上的导气管贯穿孔、关节轴承(30)上的第三孔洞(301)、销轴(29)上的第二孔洞(291)以及第一垫片(28)上的第一孔洞(281)后位于吸盘(19)的内部；距离传感器(22)固定在高度调节器(21)的顶面上；压力传感器(20)固定在吸盘(19)内部的顶面上；电磁换向阀(24)安装在导气管(25)的上部；真空开关(23)安装在导气管(25)的上部外部；真空泵(8)的上端固定在吸盘组件(1)的车架(32)上，并且压力传感器(20)、高度调节器(21)、距离传感器(22)、真空开关(23)、电磁换向阀(24)和真空泵(26)分别与单片机(18)电连接。

2.根据权利要求1所述的建筑施工质量实测实量数据采集装置，其特征在于：所述的高度调节器(21)为气动推杆。

3.根据权利要求1所述的建筑施工质量实测实量数据采集装置，其特征在于：所述的压力传感器(20)采用大气压力传感器。

4.根据权利要求1所述的建筑施工质量实测实量数据采集装置，其特征在于：所述的吸盘(19)采用聚氨酯橡胶材料制成，并且采用多唇边式结构。

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