CN114674226B - 预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法 - Google Patents

Abstract

一种预制装配式构件的快速扫描边界捕获方法，应用于龙门式的智能扫描装备上，所述智能扫描装备包含的两内侧各对应设n个激光测距仪，目标扫描构件位于构件扫描台上，扫描龙门移动过程中先判断测量面，再采用迂回折半方法搜索目标扫描构件的边界轮廓，通过不断的数据累积学习，利用如影随形的方式，大幅度减小搜索范围，逐步加快后续边界点的捕获速度，最终实现快速捕获边界；由此，本发明能准确快速的识别预制装配式构件的边界，有效克服现有技术的缺陷，实现任意姿态、快速迭代、快速识别、并做到如影随形、快速扫描捕获边界。

Description

预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法

技术领域

本发明涉及预制装配式构件的边界识别的技术领域，尤其涉及一种预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法。

背景技术

预制装配式构件由特制刚性磨具制作而成，绝大多数情况下制作精度非常精准，但对于大型装配式结构，如装配式地铁车站等，其预制构件的环向拼装面面积较大，少数情况下会出现因制作误差导致的拼装面鼓包的情况。构件的拼装面鼓包将影响装配式结构拼装精度，进而影响装配式结构整体质量。因此，在预制构件出厂前需要对构件拼装面平整度进行检测，人工检测精确度和效率较低。

上述存在制作误差的预制构件虽然拼装面有局部鼓包，但是整个构件拼装面的边缘轮廓依旧保持精准，可依此作为智能扫描的基准条件和基础步骤，进一步判定构件是否鼓包并精确找到鼓包区域，因此需要一种能够准确识别构件边界的方法。

大型预制构件具有体积大、重量大、边界轮廓不规则等特点，另外，无法精准控制构件置于智能扫描平台上的吊装摆放角度。因此，在构件摆放姿态不确定、边界轮廓不规则的情况下，常规的识别方法用在大体积构件上速度过慢，已无法满足需求，亟需一种可以适应于任意摆放，且高效的边界捕获方法。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，其能准确快速的识别预制装配式构件的边界，有效克服现有技术人工检测精确度和效率较低以及采用扫描技术难以识别和捕获基准数据的缺陷，实现任意姿态、快速迭代、快速识别、并做到如影随形、快速扫描捕获边界，可依此作为智能扫描的基准条件和基础步骤，真正实现快速精准智能扫描。

为实现上述目的，本发明公开了一种预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，应用于龙门式的智能扫描装备上，所述智能扫描装备包含能沿水平行走轨道前后移动的扫描龙门，所述扫描龙门的两内侧对应设置成对设置的激光测距仪，相对设置的激光测距仪前端面之间的间距为L，目标扫描构件位于构件扫描台上，激光测距仪能沿扫描龙门上竖向行走轨道上下移动，其特征在于该方法包含如下步骤：

步骤一：准备步骤，将目标扫描构件通过龙门吊吊装到构件扫描台，摆放后将智能扫描装备的扫描龙门启动出库，向目标扫描构件的方向进行行走，同时开启激光测距仪，并将激光测距仪的高度调节至检测台表面高度，启动所述扫描龙门沿水平轨道以预设的固定步长S进行单步行走；

步骤二：智能扫描装备的扫描龙门沿水平行走轨道以步长S向目标扫描构件水平行走，同时搜索并判断是否检测到目标扫描构件，检测到目标扫描构件后进入下一步；

步骤三：智能扫描装备的扫描龙门沿水平行走轨道以步长S继续水平向前行走，判断是否检测到目标测量面，检测到目标测量面后进入下一步；

步骤四：将步骤三中目标测量面对应的激光测距仪沿竖向行走轨道以步长S继续向上行走一步，确定测量值在y轴方向上的变化率；

步骤五：移动激光测距仪退回到当前测量面内第一个测量点，并通过迂回折半行走方式开始获取第一个扫描边界点P₀；

步骤六：获取第一个扫描边界点P₀后，以P₀为坐标原点，以扫描龙门水平前进方向为x轴正方向，以激光测距仪扫描竖直向上方向为y轴正方向，以激光测距仪测量值为z轴坐标值，建立xyz坐标系，得到P₀点坐标(x₀,y₀,z₀)即xyz坐标系的(0,0,0)；

步骤七：以第一个扫描边界点为基础，进行后续边界点捕获，并完成目标扫描构件所有边界点的捕获。

其中：步骤二中当激光测距仪光点打在目标扫描构件上时左侧激光测距仪测量值L_l+右侧激光测距仪测量值L_r≤L则判定检测到目标扫描构件并记录两个激光测距仪当前测量值分别为

和

其中：步骤三中扫描龙门每向前行走一步，采集当前位置两侧激光测距仪测量值，分别记录为

和

计算当前位置与上一步位置两侧激光测距仪测量值的变化率；

左侧测量值变化率如式1)：

右侧测量值变化率如式2)：

对比

和

大小；

当

时完成目标测量面的检测。

其中：步骤四中包含如下步骤：

步骤4.1：步骤三结束时

将其记为目标测量面水平行走方向测量值基准变化率

步骤4.2：以当前位置激光测距仪测量值

确定当前测量面竖向行走方向测量值基准变化率为式3)：

其中：步骤五中判断方法如下：

步骤5.1：移动激光测距仪退回到当前测量面内第一个测量点：先控制激光测距仪沿竖向行走轨道以步长S继续向下行走一步；

以当前测量面为右侧测量面为例，将检测到目标扫描构件之后编号为1到n-1之间的所有测量值逐个与

通过式4)计算变化率：

其中：i为测量值序号，即测量值下标编号，取值范围为1～(n-1)；从i＝n-1到1之间依次取出对应变化率

判断

是否等于

记录最后一个

的点位，该点即为当前测量面内第一个测量点P₀₀，对应测量值记为L₀₀；

步骤5.2：扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝S/2水平向后行走一步；

步骤5.3：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与测量点P₀₀之间测量值变化率为式5)；

其中：当前测量位置相比上一个测量位置水平后退/竖向向下时，S_temp取值为-S_temp；

步骤5.4：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤5.3；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第一个扫描边界点，记为P₀，记录对应测量值L₀，结束当前步骤；如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤5.3。

其中：步骤七通过不断的数据累积学习，逐步加快后续边界点的捕获速度，最终完成目标扫描构件所有边界点的捕获。

其中：步骤七的具体实现方法如下：

步骤7.1：从坐标原点出发，捕获第二个边界点；

步骤7.2：从第二个边界点P₁出发，捕获后续边界点。

其中：其中步骤7.1的具体步骤如下：

以目标扫描构件为理想摆放姿态为标准，计算P₀点上方相邻边界点P₁的理论位置P′₁；P′₁的y轴坐标值为P₀的y轴坐标值加S，即y₀+S；计算y＝y₀+S与理论目标测量面模型交点即为P′₁点，对应xy-平面的坐标为(x′₁,y′₁)，其z向坐标值为

将激光测距仪移动到P′₁点位置，然后扫描龙门再沿水平行走轨道以步长S_temp＝x′₁-x₀水平行走一步，开始获取实际扫描边界点P₁；

步骤7.1.1：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与理论边界点P′₁之间测量值变化率为式6)；

步骤7.1.2：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤7.1.1；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门1的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第二个扫描边界点，记为P₁(x₁,y₁,z₁)，记录对应测量值L₁，结束当前步骤；如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤7.1.1。

其中：步骤7.2的具体步骤如下：

计算P₁点上方相邻边界点P₂的理论位置P′₂，P′₂的y轴坐标值为P₁的y轴坐标值加S，即y₁+S；计算y＝y₁+S与已捕获到的前两个边界点在xy-平面形成的函数交点为P′₂，对于第三个边界点来讲，前两个边界点在xy-平面形成的函数为直线，依此求得后续边界点理论位置P′_n，对应xy-平面的坐标为(x′_n,y′_n)，其z向坐标值为

将当前位置的激光测距仪移动到P′_n点位置，即激光测距仪沿竖向行走轨道以步长S继续向上行走一步，然后扫描龙门再沿水平行走轨道以步长S_temp＝x′_n-x_n-1水平行走一步，开始获取实际扫描边界点P_n；

步骤7.2.1：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与理论边界点P′_n之间测量值变化率为式7)；

其中：L_n-1为上一个捕获到的边界点P_n-1对应激光测量值；

步骤7.2.2：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤7.2.1；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第n个扫描边界点，记为P_n(x_n,y_n,z_n)，记录对应测量值L_n，结束当前步骤；如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤7.2.1。

通过上述内容可知，本发明的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法具有如下效果：

1、适应于任意摆放姿态的大型构件，在完成第一个边界点的捕获后，还可自动计算后续边界点大概位置，利用如影随形的方式大幅度减小搜索范围，实现预制装配式结构扫描快速捕获边界。

2、对预制构件可以实现任意姿态、快速迭代、快速识别、并做到如影随形、快速扫描捕获边界。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法中第一个扫描边界点获取的流程示意图。

图2显示了本发明的后续扫描边界点获取的流程示意图。

图3显示了本发明的第一个边界点处于激光测距仪前后两步的临近第二个光点时获取过程示意图。

图4显示了本发明的第一个边界点处于激光测距仪前后两步的中间位置时获取过程示意图。

图5显示了本发明的第一个边界点处于激光测距仪前后两步的临近第一个光点时获取过程示意图。

图6显示了本发明的智能扫描装备和目标扫描构件相对位置关系。

图7显示了本发明的目标扫描构件在极限偏向一侧时测量示意图。

图8A和图8B分别显示了本发明的目标扫描构件在测量区域内的理想摆放和极限倾斜摆放的俯视图。

图9A、图9B和图9C分别显示了本发明的目标扫描构件在激光测距仪扫描过程中，不同摆放姿态场景下，从激光测距仪光点未打到构件上到两侧激光测距仪光点均打在构件测量面上的位置示意图。

图10显示了本发明的目标扫描构件理论模型离散为数据模型的示意图。

图11显示了本发明的目标扫描构件理想摆放姿态的示意图。

图12显示了本发明的目标扫描构件扫描过程中沿扫描龙门水平行走方向的正视图。

图13显示了本发明确定目标测量面过程中打点点位与测量面的正视图。

图14显示了本发明捕获边界点过程中实际边界点与推算边界点在xy-平面的投影位置关系示意图。

附图标记：

1：扫描龙门；2：目标扫描构件；20：前端面；21：被测拼装面，即测量面；211：理想摆放姿态时测量面竖向边界在xy-平面投影；212：通过已捕获边界点推测的测量面竖向边界在xy-平面投影；213：实际摆放姿态测量面竖向边界在xy-平面投影；22：测量面边界；2A：极限偏向一侧的目标扫描构件；2B：理想摆放的目标扫描构件；2C：极限偏斜摆放的目标扫描构件；3：构件扫描台；4：仓房；5：水平行走轨道；6：竖向行走轨道；71：左侧激光测距仪；72：右侧激光测距仪；73：激光测距仪测量光线。

具体实施方式

参见图1至图14，显示了本发明的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法。

所述预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，应用于图6和图12所示的龙门式的智能扫描装备上，所述智能扫描装备包含扫描龙门1，所述扫描龙门1的两内侧各对应设置n个激光测距仪，所述激光测距仪分别一对一成对设置，即可包含左侧激光测距仪71和右侧激光测距仪72，每一对激光测距仪正对安装且同步行走，以对目标扫描构件2两侧的测量面21进行扫描和测量面边界22的捕获，所述激光测距仪可沿竖向进行上下移动，如图7所示，一对激光测距仪之间的间距为L，图中显示了极限偏向一侧的目标扫描构件2位于构件扫描台3中的状态，这种为极限的状态，同时参见图7、图8A和图8B所示，在图中的测量区域，极限偏向一侧的目标扫描构件2A、理想摆放的目标扫描构件2B和极限偏斜摆放的目标扫描构件2C的两侧为测量面21。目标扫描构件2位于构件扫描台3上，扫描龙门1可沿水平行走轨道5进行前后移动，也可控制激光测距仪沿扫描龙门1上的竖向行走轨道6竖向上下移动，所述水平行走轨道5的一端设有库房4，该扫描龙门1可在不工作时移动至所述库房4，以提供有效保护。

本发明的扫描过程大概为：1)以扫描龙门1水平前进方向为x轴正方向，以激光测距仪扫描竖直向上方向为y轴正方向，以激光测距仪测量值为z轴坐标值，扫描龙门1在向目标扫描构件2移动过程中不断测量，判断激光测距仪是否打在了目标扫描构件2上。2)打在目标扫描构件2上之后开始采用迂回折半方法搜索目标扫描构件2的边界轮廓，由于目标扫描构件2可能体积巨大，边界较长，边界点较多，本发明在其中的实施例中还特别设计了通过自学习算法不断加快搜索速度的方法，在这种方法中就要先找到第一个和第二个边界点。3)然后以已捕获到的边界点为基础，以顺时针方向搜索其他边界点，从而得到整个边界，在其中的实施例中，还可结合目标扫描构件2的理论模型，在找到一个边界点后，快速计算下一个边界点可能位置并移动到该位置，只需要小范围内搜索即可找到当前位置的边界点，并不需要像前两个边界点那样反复多次搜索。通过不断的数据累积学习，利用如影随形的方式，大幅度减小搜索范围，逐步加快后续边界点的捕获速度。最终实现快速捕获边界的目的。

具体而言，本发明的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法可包括如下步骤：

步骤一：准备步骤，将目标扫描构件2通过龙门吊吊装到构件扫描台3，摆放时尽可能的使目标扫描构件2的测量面21与水平行走轨道5平行，摆放后将智能扫描装备的扫描龙门1启动出库，向目标扫描构件2的方向进行行走，同时开启激光测距仪，并将激光测距仪的高度调节至检测台表面高度。启动扫描龙门1沿图6中水平行走轨道5以预设的步长S(即图10中横/竖方向相邻网格点的距离，该图10中将理论模型测量面数据参数离散为等间距点阵数据模型，以其中一个测量面为例，而且，本发明还可根据目标扫描构件2的扫描需求更改步长S的值，从而方便的调节网格密度，以适应不同大小的构件)进行单步行走，同时每走一步进行一次激光测量值采集。

步骤二：智能扫描装备的扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S向目标扫描构件2水平行走，同时搜索并判断是否检测到目标扫描构件2。

如图7所示，由于成对设置的激光测距仪之间距离为L，所以一对激光测距仪(即包括左侧激光测距仪71和右侧激光测距仪72)的测量值之和必然大于两者之间的距离，由此，在激光测距仪光点未打在目标扫描构件上时，左侧激光测距仪71测量值L_l+右侧激光测距仪72的测量值L_r＞L。

由于每一对激光测距仪都是正对安装，所以两个激光测距仪射出的激光测距仪测量光线73应处于同一条直线，即无论目标扫描构件2如何摆放，当其中一条激光测距仪测量光线打在构件上时，另外一条激光测距仪测量光线也会打在构件上。所以，当激光测距仪光点打在目标扫描构件上时左侧激光测距仪71测量值L_l+右侧激光测距仪72测量值L_r≤L，以判定是否检测到目标扫描构件2，并记录两个激光测距仪当前测量值分别为

和

其中：以图9A、9B和9C中各个场景为例，当检测到目标扫描构件2时，可能两个激光测距仪光点都打在了各自对应的测量面21上，或只有其中一侧激光测距仪光点打在了对应的测量面21上，另一侧的激光测距仪光点打在了前端面20上。

步骤三：智能扫描装备的扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S继续水平向前行走，判断是否检测到目标测量面。

其中，扫描龙门1每向前行走一步，采集当前位置两侧激光测距仪测量值，分别记录为

和

计算当前位置与上一步位置两侧激光测距仪测量值的变化率：

左侧测量值变化率如式1)：

右侧测量值变化率如式2)：

对比

和

大小：

当

时，两侧的激光测距仪光点前后两次测量均打在了各自对应的测量面21上。至此完成目标测量面的检测。

当

时，其中一侧的激光测距仪光点前后两次测量并未全部打在了对应的测量面上。扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S继续水平向前行走，直到

其中：从激光测距仪光点打到目标扫描构件2上开始，到完成目标测量面的检测最少再行走一步。如图9A、9B和9C中三个场景所示例，两侧激光测距仪每一步测量值与目标扫描构件2的测量面21在不同摆放姿态下的变化趋势。

其中：

时，即可确定了测量面打点测量值在对应x轴方向上的变化率，可依此变化率为基准在扫描龙门1水平行走过程中，不断计算激光测距仪测量值的变化率是否与此变化率相等，即可判断打在了构件测量面上。

步骤四：将步骤三中目标测量面对应的激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S继续向上行走一步，确定测量值在y轴方向上的变化率。

步骤4.1：步骤三结束时

将其记为目标测量面水平行走方向测量值基准变化率

即

步骤4.2：以当前测量面为图9中右侧测量面为例，采集当前位置激光测距仪测量值，记录为

计算当前测量面竖向行走方向测量值基准变化率为式3)(左侧测量面同值)：

步骤五：移动激光测距仪退回到当前测量面内第一个测量点(以图9A为例，左右测量面分别为

和

所指光点，图9B和图9C中分别为

和

所指光点)，并以图3、图4、图5所示的方式通过迂回折半行走方式开始获取第一个扫描边界点P₀，具体判断方法如下：

步骤5.1：移动激光测距仪退回到当前测量面内第一个测量点，如图9A、9B和9C所示，以当前测量面为右侧测量面为例，当前测量面上已打点位置及编号关系如图13所示，当前激光测距仪处于

对应位置，先将激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S继续竖直向下行走一步，走到

对应位置，即步骤三中

时激光测距仪所处的位置。将检测到目标扫描构件2之后编号为1到n-1之间的所有测量值逐个与

通过式4)计算变化率：

其中，i为测量值序号，即测量值下标编号，取值范围为1～(n-1)。从i＝n-1到1之间依次取出对应变化率

判断

是否等于

记录最后一个

的点位，该点即为当前测量面内第一个测量点P₀₀，对应测量值记为L₀₀，记录当前i的值。

控制扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S向后行走n-i步，激光测距仪当前光点位置即当前测量面内第一个测量点。

其中：左侧测量面上述变化率计算将下标r换为l即可，本发明中后续步骤亦同。

步骤5.2：扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝S/2水平向后行走一步；

步骤5.3：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与测量点P₀₀之间测量值变化率为式5)：

其中：当前测量位置相比上一个测量位置水平后退/竖向向下时，S_temp取值为-S_temp(即方向相反时取负值)。

步骤5.4：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤5.3；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门1的最小行走精度ΔS₀(根据扫描构件的扫描精度要求，使用者可自行设定，ΔS₀远小于行走步长S)，如果是，成功获取第一个扫描边界点，记为P₀，记录对应测量值L₀，结束当前步骤；如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤5.3。

步骤六：获取第一个扫描边界点P₀后，以P₀为坐标原点，以扫描龙门1水平前进方向为x轴正方向，以激光测距仪扫描竖直向上方向为y轴正方向，以激光测距仪测量值为z轴坐标值，建立xyz坐标系，得到P₀点坐标(x₀,y₀,z₀)即(0,0,0)。

步骤七：以第一个扫描边界点为基础，进行后续边界点捕获，并完成目标扫描构件所有边界点的捕获。

其中，可通过不断的数据累积学习，利用如影随形的方式，大幅度减小搜索范围，逐步加快后续边界点的捕获速度，最终完成目标扫描构件所有边界点的捕获，具体实现方法如下：

步骤7.1：从坐标原点出发，捕获第二个边界点。

以目标扫描构件2为理想摆放姿态(以图11中长方体构件模型为例，理想摆放姿态模型根据目标扫描构件设计图纸提前导入扫描系统中)为标准，计算P₀点上方相邻边界点P₁(即第二个边界点)的理论位置P′₁(以图14中第二个边界点在竖向边界上为例)：P′₁的y轴坐标值为P₀的y轴坐标值加S，即y₀+S；计算y＝y₀+S与理论目标测量面模型交点(P₀点顺时针方向最近的点，如图14中P′₁位置)即为P′₁点，对应xy-平面的坐标为(x′₁,y′₁)，其z向坐标值为

将激光测距仪移动到P′₁点位置，即激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S继续向上行走一步，然后扫描龙门1再沿水平行走轨道5以步长S_temp＝x′₁-x₀水平行走一步(如果S_temp＞0，则为向前行走；如果S_temp＜0，则为向后行走；如果S_temp＝0，则无需行走)，开始获取实际扫描边界点P₁。

其中：对于竖直边界，如果下一个边界点处于当前边界点的竖直向上方向，则先控制激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S继续向上行走一步，然后扫描龙门1再沿水平行走轨道5以步长S_temp＝x′₁-x₀水平行走一步(如果S_temp＞0，则为水平向前行走；如果S_temp＜0，则为水平向后行走；如果S_temp＝0，则无需行走)，开始获取实际扫描边界点。如果下一个边界点处于当前边界点的竖直向下方向，则先控制激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S继续向下行走一步，然后扫描龙门1再沿水平行走轨道5以步长S_temp＝x′₁-x₀水平行走一步。

其中：对于水平边界，如果下一个边界点处于当前边界点水平向前方向，则先控制扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S向前行走一步，然后再控制激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S_temp＝y′₁-y₀继续行走一步(如果S_temp＞0，则为竖直向上行走；如果S_temp＜0，则为竖直向下行走；如果S_temp＝0，则无需行走)，开始获取实际扫描边界点。如果下一个边界点处于当前边界点水平向后方向，则先控制扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S向后行走一步，然后再控制激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S_temp＝y′₁-y₀继续行走一步，开始获取实际扫描边界点。整个边界点的搜索过程中皆遵循以上规则，下文中不再赘述。

步骤7.1.1：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与理论边界点P′₁之间测量值变化率为式6)：

步骤7.1.2：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤7.1.1；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门1的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第二个扫描边界点，记为P₁(x₁,y₁,z₁)，记录对应测量值L₁，结束当前步骤；如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤7.1.1。

步骤7.2：从第二个边界点P₁出发，捕获后续边界点。

计算P₁点上方相邻边界点P₂的理论位置P′₂(如图14矩形构件竖向边界为例，分别显示了理想摆放姿态时测量面竖向边界在xy-平面投影211、通过已捕获边界点推测的测量面竖向边界在xy-平面投影212和实际摆放姿态测量面竖向边界213)：P′₂的y轴坐标值为P₁的y轴坐标值加S，即y₁+S；计算y＝y₁+S与已捕获到的前两个边界点在xy-平面形成的函数交点为P′₂，对于第三个边界点来讲，前两个边界点在xy-平面形成的函数为直线(即通过已捕获边界点推测的测量面竖向边界在xy-平面投影212)，对于其他同类型预制构件，已捕获的边界点在xy平面形成的函数可能为曲线，曲线函数可通过理论测量面模型求得。按此方法，可依此求得后续边界点理论位置P′_n，对应xy-平面的坐标为(x′_n,y′_n)，其z向坐标值为

将当前位置的激光测距仪移动到P′_n点位置，即激光测距仪沿竖向行走轨道6以步长S继续向上行走一步，然后扫描龙门1再沿水平行走轨道5以步长S_temp＝x′_n-x_n-1水平行走一步(如果S_temp＞0，则为向前行走；如果S_temp＜0，则为向后行走；如果S_temp＝0，则无需行走)，开始获取实际扫描边界点P_n。

步骤7.2.1：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与理论边界点P′_n之间测量值变化率为式7)：

其中：L_n-1为上一个捕获到的边界点P_n-1对应激光测量值。

步骤7.2.2：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤7.2.1；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门1的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第n个扫描边界点，记为P_n(x_n,y_n,z_n)，记录对应测量值L_n，结束当前步骤；如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤7.2.1。

其中：随着已捕获边界点增加，测量面实际边界与通过已捕获边界点推测的理论边界越来越逼近，即S_temp越来越小。且在理想摆放姿态时测量面竖向边界在xy-平面投影211捕获第二个边界点时，S_temp＝S₁(即P₁和P ₁在x轴方向的差值)，捕获第三个边界点是，S_temp＝S₂(即P₂和P ₂在x轴方向的差值)，S₂＜S₁，即S_n≤S_n-1。随着越来越多边界点被捕获，可以通过上述如影随形的方式不断缩小搜索范围的方法，达到加快捕获速度的目的。直至找到当前测量面所有边界点。

由此可见，本发明的优点在于：

1、适应于任意摆放姿态的大型构件，在完成第一个边界点的捕获后，还可后续边界点自动计算大概位置，利用如影随形的方式大幅度减小搜索范围，实现预制装配式结构扫描快速捕获边界的方法。

2、对预制构件可以实现任意姿态、快速迭代、快速识别、并做到如影随形、快速扫描捕获边界。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (6)

1.一种预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，应用于龙门式的智能扫描装备上，所述智能扫描装备包含能沿水平行走轨道前后移动的扫描龙门，所述扫描龙门的两内侧对应设置成对设置的激光测距仪，相对设置的激光测距仪前端面之间的间距为L，目标扫描构件位于构件扫描台上，激光测距仪能沿扫描龙门上竖向行走轨道上下移动，其特征在于该方法包含如下步骤：

步骤一：准备步骤，将目标扫描构件通过龙门吊吊装到构件扫描台，摆放后将智能扫描装备的扫描龙门启动出库，向目标扫描构件的方向进行行走，同时开启激光测距仪，并将激光测距仪的高度调节至检测台表面高度，启动所述扫描龙门沿水平轨道以预设的固定步长S进行单步行走；

步骤二：智能扫描装备的扫描龙门沿水平行走轨道以步长S向目标扫描构件水平行走，同时搜索并判断是否检测到目标扫描构件，检测到目标扫描构件后进入下一步，具体为扫描龙门每向前行走一步，采集当前位置两侧激光测距仪测量值，分别记录为

和

计算当前位置与上一步位置两侧激光测距仪测量值的变化率；

左侧测量值变化率如式1)：

右侧测量值变化率如式2)：

对比

和

大小；

当

时完成目标测量面的检测；

步骤三：智能扫描装备的扫描龙门沿水平行走轨道以步长S继续水平向前行走，判断是否检测到目标测量面，检测到目标测量面后进入下一步；

步骤四：将步骤三中目标测量面对应的激光测距仪沿竖向行走轨道以步长S继续向上行走一步，确定测量值在y轴方向上的变化率；具体包括：

步骤4.1：步骤三结束时

将其记为目标测量面水平行走方向测量值基准变化率

步骤4.2：以当前位置激光测距仪测量值

确定当前测量面竖向行走方向测量值基准变化率为式3)：

步骤五：移动激光测距仪退回到当前测量面内第一个测量点，并通过迂回折半行走方式开始获取第一个扫描边界点P₀，具体判断方法如下：

步骤5.1：移动激光测距仪退回到当前测量面内第一个测量点：先控制激光测距仪沿竖向行走轨道以步长S继续向下行走一步；

以当前测量面为右侧测量面为例，将检测到目标扫描构件之后编号为1到n-1之间的所有测量值逐个与

通过式4)计算变化率：

其中：i为测量值序号，即测量值下标编号，取值范围为1～(n-1)；从i＝n-1到1之间依次取出对应变化率

判断

是否等于

记录最后一个

的点位，该点即为当前测量面内第一个测量点P₀₀，对应测量值记为L₀₀；

步骤5.2：扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝S/2水平向后行走一步；

步骤5.3：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与测量点P₀₀之间测量值变化率为式5)；

其中：当前测量位置相比上一个测量位置水平后退/竖向向下时，S_temp取值为-S_temp；

步骤5.4：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤5.3；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第一个扫描边界点，记为P₀，记录对应测量值L₀，结束当前步骤；如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤5.3；

步骤六：获取第一个扫描边界点P₀后，以P₀为坐标原点，以扫描龙门水平前进方向为x轴正方向，以激光测距仪扫描竖直向上方向为y轴正方向，以激光测距仪测量值为z轴坐标值，建立xyz坐标系，得到P₀点坐标(x₀,y₀,z₀)即(0,0,0)；

步骤七：以第一个扫描边界点为基础，进行后续边界点捕获，并完成目标扫描构件所有边界点的捕获。

2.如权利要求1所述的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，其特征在于：步骤二中当激光测距仪光点打在目标扫描构件上时左侧激光测距仪测量值L₁+右侧激光测距仪测量值L_r≤L则判定检测到目标扫描构件并记录两个激光测距仪当前测量值分别为

和

3.如权利要求1所述的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，其特征在于：步骤七通过不断的数据累积学习，逐步加快后续边界点的捕获速度，最终完成目标扫描构件所有边界点的捕获。

4.如权利要求3所述的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，其特征在于：步骤七的具体实现方法如下：

步骤7.1：从坐标原点出发，捕获第二个边界点；

步骤7.2：从第二个边界点P₁出发，捕获后续边界点。

5.如权利要求4所述的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，其特征在于：其中步骤7.1的具体步骤如下：

以目标扫描构件为理想摆放姿态为标准，计算P₀点上方相邻边界点P₁的理论位置P′₁；P′₁的y轴坐标值为P₀的y轴坐标值加S，即y₀+S；计算y＝y₀+S与理论目标测量面模型交点即为P′₁点，对应xy-平面的坐标为(x′₁,y′₁)，其z向坐标值为

将激光测距仪移动到P′₁点位置，然后扫描龙门再沿水平行走轨道以步长S_temp＝x′₁-x₀水平行走一步，开始获取实际扫描边界点P₁；

步骤7.1.1：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与理论边界点P′₁之间测量值变化率为式6)；

步骤7.1.2：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤7.1.1；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门1的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第二个扫描边界点，记为P₁(x₁,y₁,z₁)，记录对应测量值L₁，结束当前步骤；如果否，扫描龙门1沿水平行走轨道5以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤7.1.1。

6.如权利要求5所述的预制装配式构件扫描快速捕获边界的方法，其特征在于：步骤7.2的具体步骤如下：

计算P₁点上方相邻边界点P₂的理论位置P′₂，P′₂的y轴坐标值为P₁的y轴坐标值加S，即y₁+S；计算y＝y₁+S与已捕获到的前两个边界点在xy-平面形成的函数交点为P′₂，对于第三个边界点来讲，前两个边界点在xy-平面形成的函数为直线，依此求得后续边界点理论位置P′_n，对应xy-平面的坐标为(x′_n,y′_n)，其z向坐标值为

将当前位置的激光测距仪移动到P′_n点位置，即激光测距仪沿竖向行走轨道以步长S继续向上行走一步，然后扫描龙门再沿水平行走轨道以步长S_temp＝x′_n-x_n-1水平行走一步，开始获取实际扫描边界点P_n；

步骤7.2.1：获取当前位置激光测距仪的测量值记为L_temp，计算该位置与理论边界点P′_n之间测量值变化率为式7)；

其中：L_n-1为上一个捕获到的边界点P_n-1对应激光测量值；

步骤7.2.2：判断K_temp是否等于

如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向前行走一步，回到步骤7.2.1；如果是，判断当前步长是否小于扫描龙门的最小行走精度ΔS₀，如果是，成功获取第n个扫描边界点，记为P_n(x_n,y_n,z_n)，记录对应测量值L_n，结束当前步骤；如果否，扫描龙门沿水平行走轨道以步长S_temp＝当前步长一半水平向后行走一步，跳到步骤7.2.1。

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