CN115656342B - 民用建筑砼墙体结构3d便携扫描装置 - Google Patents

民用建筑砼墙体结构3d便携扫描装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,包括基座、安装座、超声波探头及控制主机,超声波探头及控制主机通过安装座安装到基座上,所述超声波探头包括超声波换能器,所述超声波换能器与所述控制主机连接,所述控制主机采用超声波全角度补偿成像方法,对比反射波与发射波的声时、波幅和频率数据,选择与发射波频率相近、声时最小的点为焦点,计算焦点距离;计算其他超声波换能器相对于该超声波换能器焦点的偏转角度及距离;不同超声波换能器发射不同频率的波,将每个换能器的焦点距离进行空间叠加,还原焦距区域的三维图像,实现被测物体三维重建。本发明利用超声波的穿透性,可以实现砼墙体结构内部缺陷的检测。

Description

民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置
技术领域
本申请属于无损检测技术领域,具体涉及一种民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置。
背景技术
民用建筑中,砼墙体结构直接影响房屋的使用安全性,需要定期进行检测,以发现砼墙体内外的缺陷。现有技术中,检测鉴定主要依靠工程技术人员观感目测、局部破损检测,无法测查到砼墙体内部的缺陷。因此,实有必要提供民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置以解决上述问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,通过安装座将超声波探头及控制主机安装到基座上,超声波探头与控制主机连接,所述控制主机采用超声波全角度补偿成像方法实现被测物体三维重建,可以实现砼墙体内部缺陷的检测。
为了解决上述技术问题,本申请是这样实现的:
一种民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,包括:
基座,包括辅助移动平台及垂直固定于所述辅助移动平台上的基座杆;
安装座,安装于所述基座杆的顶部,所述安装座设置有横向螺纹孔;
超声波探头,所述超声波探头包括探头臂、转向器、探头支架及超声波换能器,所述转向器活动套设于所述探头臂一端,所述探头臂远离所述转向器的一端与所述横向螺纹孔螺纹连接,所述转向器沿垂直所述探头臂轴线方向设置有转轴,所述探头支架的中心位置安装于所述转轴上,所述探头支架可绕所述转轴自由旋转,所述超声波换能器安装于所述探头支架上,所述超声波换能器的数量为多个,多个所述超声波换能器沿所述探头支架的中轴线呈环形阵列分布;
及控制主机,所述控制主机安装于所述安装座上,所述超声波换能器与所述控制主机连接,所述超声波换能器用于发射并接收超声波,将超声波信号转转换为电信号后发送给所述控制主机,所述控制主机采用超声波全角度补偿成像方法,对比反射波与发射波的声时、波幅和频率数据,选择与发射波频率相近、声时最小的点为焦点,计算焦点距离;计算其他超声波换能器相对于该超声波换能器焦点的偏转角度及距离;不同超声波换能器发射不同频率的波,将每个换能器的焦点距离进行空间叠加,还原焦距区域的三维图像,实现被测物体三维重建。
优选的,所述超声波换能器的工作方式为透射式或者反射式,所述超声波换能器与被测物的接触方式为干点式。
优选的,所述安装座包括纵向滑块、横向固定座及连接杆,所述连接杆连接所述纵向滑块和所述横向固定座,所述纵向滑块活动套设于所述基座杆上,可沿所述基座杆直线滑动,调节所述横向固定座的纵向高度;所述横向螺纹孔设置于所述横向固定座上。
优选的,所述纵向滑块还包括配套的第一固定螺母,所述纵向滑块沿水平贯穿有第一螺孔,所述第一固定螺母与所述第一螺孔螺纹连接,所述第一固定螺母的端部穿过所述第一螺孔卡紧所述基座杆,纵向高度调节完成后,拧紧所述第一固定螺母,将所述纵向滑块卡紧在所述基座杆上。
优选的,所述辅助移动平台底部设置有滚轮以供所述民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置整体移动。
优选的,所述控制主机包括外壳、后盖板、显示屏、电路板、功能按键及接口,所述后盖板盖设于所述外壳上,与所述外壳配合围成收容空间,所述显示屏、电路板及功能按键均收容于所述收容空间内,所述外壳对应所述显示屏及功能按键的位置贯穿设置有与外界连通的窗口,所述显示屏及功能按键的操作侧通过所述窗口外露。
优选的,所述接口的数量为四个,其中包括一个电源接口,两个信号发射接口及一个信号接收接口,所述接口一端与所述电路板连接,另一端穿过所述外壳外露,所述电路板上集成了电源模块,MCU模块,信号发射模块,信号接收模块及通讯模块,所述信号发射模块通过所述信号发射接口与所述超声波换能器相连,所述信号接收模块通过所述信号接收接口与所述超声波换能器相连,所述信号发射接口及信号接收接口均为BNC接口。
优选的,所述电源模块包括DC-DC降压模块,5V降低模块及5V-3.5V降压模块,所述电源模块用于将外接220V交流电降压、整流成5V或3.5V直流电供应各模块使用;MCU为ARM和FPGA集成板,负责发射控制、编码累积、数字滤波器及成像算法;数据通过所述通讯模块上传云端。
与相关技术相比,本申请的有益效果在于:
依靠辅助移动平台进行移动转移,可以实现不间断的检测;
(2)探头臂与超声波探头之间可双向旋转,可以更好的贴合被测物表面;
(3)利用超声波的穿透性,采用超声波全角度补偿成像方法,还原焦距区域的三维图像,实现被测物体三维重建,检测方式简单,操作简单便捷。
附图说明
图1是本申请实施例提供的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置的立体结构示意图;
图2是图1所示的转向器的结构示意图;
图3是图1所示的横向固定座的结构示意图;
图4是图1所示的控制主机的结构示意图;
图5是信号接收模块的电路图;
图6是信号发射模块的电路图;
图7是通讯模块的电路图;
图8是电源模块的电路图;
图9是MCU模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
请结合参阅图1-9,本申请实施例提供一种民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置100,包括基座10、超声波探头20、安装座30及控制主机40。
所述基座10包括辅助移动平台11及基座杆12,所述辅助移动平台11底部设置有滚轮以供所述民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置100整体移动,方便进行转移。所述基座杆12垂直固定于所述辅助移动平台11上,起到支撑作用。
所述超声波探头20包括探头臂21、转向器22、探头支架23及超声波换能器24。
所述转向器22活动套设于所述探头臂21一端,所述转向器22可绕所述探头臂21自由旋转,同时,所述转向器22还可以沿所述探头臂21直线运动;所述转向器22沿垂直所述探头臂21轴线方向设置有转轴221,所述探头支架23的中心位置安装于所述转轴221上,所述探头支架23可以绕所述转轴221自由旋转。所述转向器22的结构设计,使得所述探头支架23可以绕所述转轴360°旋转,同时还可以绕所述探头臂21的轴线360°旋转,调节所述探头支架23的倾角,两种方式相结合,可以更好与被测物表面贴合。沿所述探头臂21的轴线方向移动所述探头支架23,还可以调节所述探头支架23在横向的位置,可以改变测点的位置。
所述超声波换能器24安装于所述探头支架23上,所述超声波换能器24的数量为多个,多个所述超声波换能器24沿所述探头支架23的中轴线呈环形阵列分布。所述超声波换能器24的尖端由耐磨陶瓷材料组成,每个所述超声波换能器24都配有独立的弹簧悬架,可以对不平整的表面进行检测。
所述超声波换能器24的工作方式为透射式或者反射式,与被测物的接触方式为干点式。
所述安装座30安装于所述基座10上,具体而言,安装于所述基座杆12的顶部。所述安装座30包括纵向滑块31、横向固定座32及连接杆33,所述连接杆33连接所述纵向滑块31和所述横向固定座32。
所述纵向滑块31活动套设于所述基座杆12上,所述纵向滑块31可沿所述基座杆12直线滑动,用于调节所述横向固定座32的纵向高度。所述纵向滑块31还包括配套的第一固定螺母,所述纵向滑块31沿水平贯穿有第一螺孔,所述第一固定螺母与所述第一螺孔螺纹连接,所述第一固定螺母的端部穿过所述第一螺孔卡紧所述基座杆12。纵向高度调节完成后,拧紧所述第一固定螺母,将所述纵向滑块31卡紧在所述基座杆12上。
所述横向固定座32的端部设置有横向螺纹孔321,所述探头臂21远离所述转向器22的一端与所述横向螺纹孔321螺纹连接,使用时,直接将所述探头臂21与所述螺纹孔321拧紧即可实现所述探头臂21的固定,使用快捷方便。
当需求的高度较低时,所述连接杆33与所述基座杆12并排设置;需求的高度较高时,所述连接杆33可以起到延长所述基座杆12的作用,进而增加高度的调节范围。
所述横向固定座32的侧面设置有第一固定挂钩322,所述控制主机40通过与之匹配的第二挂钩安装于所述横向固定座32上。
所述超声波换能器24与所述控制主机40连接,向所述控制主机40发送检测数据。具体的,所述控制主机40包括外壳41、后盖板42、显示屏43、电路板44、功能按键45、外壳护角46及接口47。
所述后盖板42盖设于所述外壳41上,与所述外壳41配合围成收容空间,所述显示屏43、电路板44及功能按键45均收容于所述收容空间内,所述外壳41对应所述显示屏43及功能按键45的位置贯穿设置有与外界连通的窗口,所述显示屏43及功能按键45的操作侧通过所述窗口外露,以实现人机交互。在本实施方式中,所述功能按键45包括反射式按键451和透射式按键452,使用者点击不同的按键,用于在透射模式和反射模式间切换。
所述外壳41整体为长方体形,所述外壳护角46设置于所述外壳41的角上,起到缓冲保护作用,避免收到磕碰。
所述接口47的数量为四个,其中包括一个电源接口,两个信号发射接口及一个信号接收接口,两个所述信号发射接口分别用于在透射模式和反射模式下发送信号。所述接口47一端与所述电路板44连接,另一端穿过所述外壳41外露。
本实施例提供的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置100的使用原理为:采用超声波全角度补偿成像方法,针对任意超声波换能器24,对比反射波与发射波的声时、波幅和频率数据,选择与发射波频率相近、声时最小的点为焦点,计算焦点距离;计算其他超声波换能器相对于该超声波换能器焦点的偏转角度及距离;不同超声波换能器发射不同频率的波,将每个换能器24的焦点距离进行空间叠加,还原焦距区域的三维图像,实现被测物体三维重建。
所述超声波换能器24发射的超声波直向传播,发射波的发射时间和发射频率已知,反射波的接收时间和接收频率可以直接测得,直接对比发射波和反射波的信息,就可以确定焦点的位置,焦点即为三维成像的坐标原点。
在对砼墙体结构及界面进行检测时,采用反射法进行,通过快速傅里叶变换将反射波信号转换为波形信号,直接进行显示,通过对波形的分析,可以准确判断缺陷的位置和大小;在对砼墙体界面处进行检测时,采用透射法进行,从砼墙体外侧发射超声波,通过对比相应测点的声时、波幅和频率数据,判断缺陷存在的位置。在不同检测方法切换时只需要更换信号线端口即可,操作方便。
上述的检测原理通过算法集成在所述电路板44上,为了实现上述原理的过程,所述电路板44上集成了电源模块,MCU模块,信号发射模块,信号接收模块及通讯模块。所述信号发射模块和所述信号接收模块通过BNC接口与所述超声波换能器24相连;所述电源模块包括DC-DC降压模块,5V降低模块及5V-3.5V降压模块,所述电源模块用于将外接220V交流电降压、整流成5V或3.5V直流电供应各模块使用;MCU为ARM和FPGA集成板,主要负责发射控制,编码累积,数字滤波器及成像算法;数据通过通讯模块上传云端。图4是信号接收模块的电路图;图5是信号发射模块的电路图;图6是通讯模块的电路图;图7是电源模块的电路图;图8是MCU模块的电路图。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述,但是本申请并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本申请的启示下,在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护 的范围情况下,还可做出很多形式,均属于本申请的保护之内。

Claims (8)

1.一种民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,包括:
基座,包括辅助移动平台及垂直固定于所述辅助移动平台上的基座杆;
安装座,安装于所述基座杆的顶部,所述安装座设置有横向螺纹孔;
超声波探头,所述超声波探头包括探头臂、转向器、探头支架及超声波换能器,所述转向器活动套设于所述探头臂一端,所述探头臂远离所述转向器的一端与所述横向螺纹孔螺纹连接,所述转向器沿垂直所述探头臂轴线方向设置有转轴,所述探头支架的中心位置安装于所述转轴上,所述探头支架可绕所述转轴自由旋转,所述超声波换能器安装于所述探头支架上,所述超声波换能器的数量为多个,多个所述超声波换能器沿所述探头支架的中轴线呈环形阵列分布;
及控制主机,所述控制主机安装于所述安装座上,所述超声波换能器与所述控制主机连接,所述超声波换能器用于发射并接收超声波,将超声波信号转转换为电信号后发送给所述控制主机,所述控制主机采用超声波全角度补偿成像方法,对比反射波与发射波的声时、波幅和频率数据,选择与发射波频率相近、声时最小的点为焦点,计算焦点距离;计算其他超声波换能器相对于该超声波换能器焦点的偏转角度及距离;不同超声波换能器发射不同频率的波,将每个换能器的焦点距离进行空间叠加,还原焦距区域的三维图像,实现被测物体三维重建。
2.根据权利要求1所述的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,所述超声波换能器的工作方式为透射式或者反射式,所述超声波换能器与被测物的接触方式为干点式。
3.根据权利要求1所述的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,所述安装座包括纵向滑块、横向固定座及连接杆,所述连接杆连接所述纵向滑块和所述横向固定座,所述纵向滑块活动套设于所述基座杆上,可沿所述基座杆直线滑动,调节所述横向固定座的纵向高度;所述横向螺纹孔设置于所述横向固定座上。
4.根据权利要求3所述的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,所述纵向滑块还包括配套的第一固定螺母,所述纵向滑块沿水平贯穿有第一螺孔,所述第一固定螺母与所述第一螺孔螺纹连接,所述第一固定螺母的端部穿过所述第一螺孔卡紧所述基座杆,纵向高度调节完成后,拧紧所述第一固定螺母,将所述纵向滑块卡紧在所述基座杆上。
5.根据权利要求1所述的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,所述辅助移动平台底部设置有滚轮以供所述民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置整体移动。
6.根据权利要求1所述的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,所述控制主机包括外壳、后盖板、显示屏、电路板、功能按键及接口,所述后盖板盖设于所述外壳上,与所述外壳配合围成收容空间,所述显示屏、电路板及功能按键均收容于所述收容空间内,所述外壳对应所述显示屏及功能按键的位置贯穿设置有与外界连通的窗口,所述显示屏及功能按键的操作侧通过所述窗口外露。
7.根据权利要求6所述的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,所述接口的数量为四个,其中包括一个电源接口,两个信号发射接口及一个信号接收接口,所述接口一端与所述电路板连接,另一端穿过所述外壳外露,所述电路板上集成了电源模块,MCU模块,信号发射模块,信号接收模块及通讯模块,所述信号发射模块通过所述信号发射接口与所述超声波换能器相连,所述信号接收模块通过所述信号接收接口与所述超声波换能器相连,所述信号发射接口及信号接收接口均为BNC接口。
8.根据权利要求7所述的民用建筑砼墙体结构3D便携扫描装置,其特征在于,所述电源模块包括DC-DC降压模块,5V降低模块及5V-3.5V降压模块,所述电源模块用于将外接220V交流电降压、整流成5V或3.5V直流电供应各模块使用;MCU为ARM和FPGA集成板,负责发射控制、编码累积、数字滤波器及成像算法;数据通过所述通讯模块上传云端。
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