CN111981978A - 一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，利用反光板、连接板组合件、调节连接件以及固定支架组成反射标靶，并利用连接板组合件连接杆上的环形槽及调节连接件上的调节螺栓实现反光板多方向多角度可调，以便调整直至与三维激光扫描仪发射激光角度垂直；辅助标靶采用倒置安装在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢的上翼缘板上，先利用螺栓将固定支架稳定在工字钢上，随后依次组装调节连接件、连接板组合件和反光板；发明可突破发射激光与被测物体面夹角的限制，极小角度下仍可实现超远距离的桥体底部三维激光扫描，且大幅提升其有效量程和识别准确度；本发明通过螺栓进行组装，可显著简化其安装与拆卸过程。

Description

一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组

技术领域

本发明涉及桥梁工程，特别适用于基于三维激光扫描的大跨桥梁空间线形识别与测量，具体涉及一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组。

背景技术

三维激光扫描采用脉冲激光测距的工作方式，通过无接触式高速激光测量，以点云形式获取扫描物体表面阵列式几何图形的三维数据。通过两个同步反射镜快速而有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域，测量每个激光脉冲从发出经被测物表面再返回仪器所经过的时间(或者相位差)来计算距离，最后计算出激光点在被测物体上的三维坐标。在桥梁工程中，利用三维激光扫描可以实现对桥梁几何形态的数字建模，现有三维激光扫描仪可以实现1km量程内的扫描任务，但在进行桥体主梁底部的扫描时，由于大桥过长且距水面高度有限，当采用在河岸上架设三维激光扫描仪的测量方案时，发射出的激光与主梁底部夹角过小，导致无法实现有效的反射，使得能采集到有效信息的量程仅为300m左右，大大降低扫描效率与准确度。如今桥梁建造跨度越来越大，采集精确三维信息的要求逐渐升高，在使用三维激光扫描仪对桥体底部进行扫描时这一技术难题越来越显著，亟待解决。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术不足，本发明提出一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，解决现有技术中，一旦扫描距离过长，便会导致桥梁梁体底部几何形态三维数据无法采集的技术难题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，包括间隔分布的辅助标靶，每个辅助标靶包括反光板、连接板组合件、调节连接件和固定支架；所述连接板组合件一端与反光板的一角通过螺栓连接，而连接板组合件另一端与调节连接件通过螺钉相连；所述调节连接件通过螺栓与固定支架连接；所述固定支架通过螺栓及挡块与固定连接在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁的工字钢相连。

辅助标靶间隔安装(间隔距离一般10-20m，或根据需要确定)，等距放置在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢上，利用辅助标靶连接板组合件连接杆上的环形槽以及调节连接件上的四处调节螺栓组成的转动机制，反光板调整使其平面垂直于三维激光扫描仪发射的激光，由此实现大跨桥梁空间线形的采集，有效突破三维激光扫描识别大跨桥梁空间线形时发射激光与被测物体面夹角的限制，极小角度下仍可实现超远距离的桥体底部三维激光扫描，且大幅提升其有效量程和识别准确度。本发明采用倒置安装，通过螺栓固定在轨道梁工字钢的上翼缘板上，不仅显著简化安装与拆卸，而且不影响检修车的正常移动。

作为优选的，在本发明中，所述反光板为50x50cm或30x30cm的正方形铝板，双面均沿对角线平均分成四部分并交替喷漆黑色与白色。有利于后续针对采集到的三维激光点云的识别和拼接工作。

进一步的，在本发明中，所述连接板组合件一端为正方形钢组合件，通过四处螺栓与反光板相连，另一端设有环形槽通过螺钉与调节连接件相连。利用环形槽，反光板可以沿连接板组合件连接杆轴线方向较大幅度地旋转，进而实现对反光板方向与角度的调整。

进一步的，在本发明中，所述调节连接件由一调节连接件套筒与调节连接件钢板焊接而成，调节连接件套筒端部通过两处螺钉与连接板组合件环形槽相连。调节连接件钢板左右中心设有两处大孔，利用两个紧固螺栓穿过此两处大孔使调节连接件与固定支架连接。主要起横向连接支撑作用，大孔的设计满足调节连接件钢板上四处调节螺栓的调节需求。

作为优选的，在本发明中，所述调节连接件钢板上设有四处调节螺栓孔位于调节连接件钢板四角。通过改变调节螺栓的旋出长度实现对反光板多方向多角度的调整，有利于将其调整直至与三维激光扫描仪发射激光角度垂直，提高扫描准确度。

进一步的，在本发明中，所述固定支架为一块倒扣在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢翼缘板上的U型槽钢焊接组件，该U型槽钢宽度与工字钢翼缘板总宽度基本相同，固定支架一侧设两处紧定螺栓、另一侧设两个带螺纹挡块用以将其固定于大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢上，方便安装与拆卸。

进一步的，在本发明中，所述辅助标靶采用倒置安装，安装至大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢的上翼缘板上，一方面实现对桥体空间线形的采集，另一方面安装方便不影响检修车的移动。

有益效果：

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)提高大跨桥梁空间线形三维激光扫描的采集精度和有效量程。针对跨度较长的大桥进行的三维激光扫描，由于在河岸架设的三维激光扫描仪发射的激光与桥体主梁底部夹角过小导致无法正常反射，使得可以选取的有效量程大大缩短。本辅助标靶套组通过安装在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢上，为激光提供垂直反射面，有效突破三维激光扫描识别大跨桥梁空间线形时发射激光与被测物体面夹角的限制，极小角度下仍可实现超远距离的桥体底部三维激光扫描，大幅度提高了工作效率和准确性。

(2)反射板放置多方向多角度可调。利用连接板组合件连接杆上的环形槽以及调节连接件上的四处调节螺栓，实现反光板角度多方向多角度可调，以便将反光板调整直至与三维激光扫描仪发射激光角度垂直，更好的辅助集合信息采集。

(3)安装方便。采用螺栓将辅助标靶倒置安装在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢的上翼缘板上，方便三维激光扫描仪采集主梁的几何信息，既不影响检修车的移动又显著简化安装拆卸过程，方便下次测量重复使用。

附图说明

图1是；本发明的总装图

图2是；图1中A-A的剖视图

图3是；本发明连接板组合件局部放大图

图4是：本发明调节连接件局部放大图

图5是：本发明固定支架局部放大图

图6是：本发明倒置安装示意图

图7是：本发明应用于某大跨桥梁时沿桥纵向安装布置图

图中有：反光板1、螺栓2、连接板组合件3、螺钉4、调节连接件5、固定支架6、紧定螺栓7、紧固螺栓8、挡块9、调节螺栓10、大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11、连接杆12、调节连接件套筒13、调节连接件钢板14、固定支架钢板15、U型槽钢16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图6所示，一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，包括沿桥纵向间隔分布的多个辅助标靶，每个辅助标靶包括反光板1、连接板组合件3、调节连接件5和固定支架6。所述连接板组合件3一端与反光板1的一角通过螺栓2连接，而连接板组合件3另一端与调节连接件5通过螺钉4相连；所述调节连接件5通过紧固螺栓8与固定支架6连接；所述固定支架6通过紧定螺栓7及挡块9与固定连接在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁的工字钢16相连，所述反光板1为50x50cm或30x30cm的正方形铝板，双面均沿对角线平均分成四部分并交替喷漆黑色与白色，所述连接板组合件3一端为正方形钢组合件，通过四处螺栓2与反光板1相连，另一端设有环形槽通过螺钉4与调节连接件5相连，所述调节连接件5由一调节连接件套筒13与调节连接件钢板14焊接而成，调节连接件套筒13端部通过两处螺钉4与连接板组合件3的环形槽相连；调节连接件钢板14左右中心设有两处大孔，利用两个紧固螺栓8穿过此两处大孔使调节连接件5与固定支架6相连，所述调节连接件钢板14上设有四处调节螺栓10并位于调节连接件钢板14四角，所述固定支架6为一块倒扣在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11翼缘板上的U型槽钢16焊接组件，该U型槽钢16宽度与大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11翼缘板总宽度相同，固定支架6一侧设两处紧定螺栓7、另一侧设两个带螺纹挡块9用以将其固定于大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11上，所述辅助标靶采用倒置安装，安装至大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11的上翼缘板上。

在一个实际应用的某大跨桥梁桥体主梁扫描项目中：

所述辅助标靶套组共设40个，在桥跨1/2处沿桥纵向间隔16m对称分布，大大提升了三维激光扫描仪对大跨桥梁空间线形的扫描范围；所述的反光板1为50x50cm的正方形铝板，双面均沿对角线平均分成四部分并交替喷漆黑色与白色；所述的连接板组合件3，一端通过四处螺栓2与反光板1相连，连接板组合件3另一端的连接杆12长190mm，杆端设有环形槽，通过两处螺钉4与调节连接件套筒13相连；所述调节连接件5由一调节连接件套筒13与调节连接件钢板14焊接而成，利用两个紧固螺栓8穿过调节连接件钢板14左右中心两处大孔使其与固定支架6连接，所述调节连接件钢板14为100x90mm的矩形，厚度为6mm；所述固定支架为一块U型槽钢16与固定支架钢板15组成的焊接件，倒扣在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11上翼缘板上，所焊钢板14为调节连接件四处调节螺栓10支撑面。U型槽钢16一侧设两处紧定螺栓7，另一侧设有与调节连接件5连接用的两个紧固螺栓8，并设带有螺纹孔的挡块9，用于锁紧与调节连接件5相连的紧固螺栓8。两个挡块9与两处紧定螺栓7共同把固定支架固定于大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11上，同时方便安装与拆卸。所述固定支架U型槽钢16底面长160mm；所述辅助标靶采用倒置安装，安装在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11的上翼缘板上。

上述辅助标靶的安装过程是：首先，将固定支架6倒扣在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11的上翼缘板上，装入两处紧定螺栓7；随后将调节连接件5通过两处紧固螺栓8与固定支架6组装在一起，拧紧固定支架6上的两处紧定螺栓7以及调节连接件5上的两处紧固螺栓8，并用挡块9锁紧，两个挡块9与两处紧定螺栓7共同把固定支架6稳定在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢11上；另外，使用四个螺栓2把反光板1一角与连接板组合件3固定在一起；然后将组装完成后的连接板组合件3通过连接杆12插入调节连接件套筒13内并用两处螺钉4固定；最后转动反光板1使得其板面尽量垂直于三维激光扫描仪发射的激光，拧紧所有螺栓。

上述辅助标靶可以实现桥体底部主梁远距离扫描的工作原理是：由于所述连接板组合件3的连接杆12上设有环形槽，使得反光板1可以实现沿连接杆12轴线较大幅度地旋转；同时，由于所述调节连接件5两处紧固螺栓孔大于紧固螺栓8直径，通过改变调节连接板5上的四处调节螺栓10可以实现反光板1绕调节连接件钢板14所在平面任意方向一定角度的调整。通过上述两种调节方法，将反光板1调整至与三维激光扫描仪发射的激光垂直，实现扫描过程中的有效反射，进而成功采集大跨桥梁空间线形的三维信息。

利用本发明实现了大跨桥梁空间线形三维激光扫描，解决因夹角过小激光无法有效反射的技术难题，连接板组合件连接杆上的环形槽和调节连接件上的四处调节螺栓使得反光板可以旋转至最佳的反射角度，进而提高三维激光扫描的精度。

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。

Claims (7)

1.一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，其特征在于：包括间隔分布的辅助标靶，每个辅助标靶包括反光板(1)、连接板组合件(3)、调节连接件(5)和固定支架(6)；所述连接板组合件(3)一端与反光板(1)的一角通过螺栓(2)连接，而连接板组合件(3)另一端与调节连接件(5)通过螺钉(4)相连；所述调节连接件(5)通过紧固螺栓(8)与固定支架(6)连接；所述固定支架(6)通过紧定螺栓(7)及挡块(9)与固定连接在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁的工字钢(11)相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，其特征在于：所述反光板(1)为50x50cm或30x30cm的正方形铝板，双面均沿对角线平均分成四部分并交替喷漆黑色与白色。

3.根据权利要求1所述的一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，其特征在于：所述连接板组合件(3)一端为正方形钢组合件，通过四处螺栓(2)与反光板(1)相连，另一端设有环形槽通过螺钉(4)与调节连接件(5)相连。

4.根据权利要求1所述的一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，其特征在于：所述调节连接件(5)由一调节连接件套筒(13)与调节连接件钢板(14)焊接而成，调节连接件套筒(13)端部通过两处螺钉(4)与连接板组合件(3)的环形槽相连；调节连接件钢板(14)左右中心设有两处大孔，利用两个紧固螺栓(8)穿过此两处大孔使调节连接件(5)与固定支架(6)相连。

5.根据权利要求1所述的一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，其特征在于：所述调节连接件钢板(14)上设有四处调节螺栓(10)并位于调节连接件钢板(14)四角。

6.根据权利要求1所述的一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，其特征在于：所述固定支架(6)为一块倒扣在大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢(11)翼缘板上的U型槽钢(16)焊接组件，该U型槽钢(16)宽度与工字钢(11)翼缘板总宽度相同，固定支架(6)一侧设两处紧定螺栓(7)、另一侧设两个带螺纹挡块(9)用以将其固定于大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢(11)上。

7.根据权利要求1所述的一种用于大跨桥梁空间线形三维激光扫描的辅助标靶套组，其特征在于：所述辅助标靶采用倒置安装，安装至大跨桥梁主梁底板检修车轨道梁工字钢(11)的上翼缘板上。

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