CN116576800B - 一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢结构测量技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，包括激光扫描仪，还包括底座和顶板，底座上安装有用于固定钢结构的夹持机构，所述底座上还安装有驱动钢结构旋转的电机；往复丝杆，转动设置在夹持机构的上方，往复丝杆上螺旋套设有活动座，激光扫描仪安装在活动座的下方且激光扫描仪在竖直方向上可升降。本发明通过将激光扫描仪和钢结构工件同步联动，在钢结构缓慢旋转的同时使激光扫描仪缓慢在钢结构外侧移动对其进行扫描，稳定高效，无需人工翻转工件，也无需人工移动激光扫描仪，减少设备和工件的抖动，能够快速细致地完成对钢结构的测量过程，并且能够快速完成多次测量，取平均值后精确度更高。

Description

一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统

技术领域

本发明涉及钢结构测量技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统。

背景技术

三维激光扫描技术是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。

基于三维激光扫描的上述优点，其逐渐被运用到复杂形状和尺寸的钢结构工件或建筑上，同样取得了较好的效果。而现阶段在测量钢结构工件的尺寸时一般都是通过手持式扫描仪对工件进行缓慢扫描，最终通过分析得出钢结构工件的尺寸数据。由于人工操作的局限性，在扫描过程中容易出现抖动和偏差，导致测量结果不够精准，并且人工操作时只适合测量较小的钢结构工件，当工件尺寸较大时，人工操作不方便翻转工件，导致测量时效率较低。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，能够有效地解决现有技术中手持三维激光扫描仪测量钢结构尺寸时操作不便、效率低下的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，包括激光扫描仪，还包括：

底座和顶板，底座上安装有用于固定钢结构的夹持机构，所述底座上还安装有驱动钢结构旋转的电机；

往复丝杆，转动设置在夹持机构的上方，往复丝杆上螺旋套设有活动座，激光扫描仪安装在活动座的下方且激光扫描仪在竖直方向上可升降，所述往复丝杆与夹持机构传动连接；

安装在顶板上的风机，激光扫描仪的下表面开设有出风口，所述风机的出气端与出风口连接。

夹持机构与往复丝杆同步工作，电机启动后，工件开始缓慢旋转，同时往复丝杆旋转会带动活动座水平移动，激光扫描仪即缓慢地水平移动，如此即可对工件进行全方位地细致扫描，调整好电机的转速使激光扫描仪能够扫描到工件的所有部位，激光扫描仪往复移动一个来回即可自动完成对工件的扫描过程，显著降低了人力消耗，并且避免了手持激光扫描仪可能产生的抖动和偏差，精准度更高。另外，激光扫描仪还可升降，方便调整其与工件的距离，使激光扫描仪能够更精确地对工件进行扫描。

上述的钢结构分析指导系统中，所述顶板的下表面对称安装有两个吊板，所述往复丝杆转动安装在两个吊板之间，所述往复丝杆的一端安装有第二皮带轮，所述第二皮带轮与电机传动连接，两个所述吊板之间固定连接有贯穿插设在活动座上的导向杆。

上述的钢结构分析指导系统中，所述激光扫描仪的扫描头位于激光扫描仪的下表面的中部，所述出风口设有两个且分别位于扫描头的两侧，所述激光扫描仪的侧部水平插设有阀板，阀板上开设有阀口，所述阀板在激光扫描仪移动方向上的尺寸大于激光扫描仪，当阀板被吊板顶入激光扫描仪内部时切换阀口与出风口的连通状态。

上述的钢结构分析指导系统中，所述夹持机构包括两个对称安装在底座上的固定板，所述固定板上竖直设有安装架，所述安装架上水平插装有转轴，其中一个所述转轴的端部安装有第一皮带轮，所述第一皮带轮分别与第二皮带轮和电机传动连接，两个所述转轴相对的一端均安装有夹具。

上述的钢结构分析指导系统中，所述夹具包括夹板，所述夹板的一侧连接有活动杆，所述转轴的端部转动套接有转套，所述活动杆螺旋插接在转套上，所述活动杆的端部设有限位杆，所述限位杆插设在转轴上，且限位杆为方形杆。

上述的钢结构分析指导系统中，所述活动座的外壁上安装有旋钮，所述活动座的底壁上转动安装有螺纹杆，所述螺纹杆螺旋插接在激光扫描仪的顶端，所述旋钮和螺纹杆的顶端通过锥齿轮连接，所述活动座的底壁上安装有插设在激光扫描仪顶端的插杆。

上述的钢结构分析指导系统中，所述激光扫描仪的输出端连接有分析模块，所述分析模块用于存储钢结构各点位尺寸的标准值，在激光扫描仪输出各点位尺寸的测量值后将其与标准值对比，并将对比结果输出给指导模块，所述指导模块存储各尺寸偏差状态以及对应的指导意见并连接显示屏展示，根据对比结果展示对应的指导意见。

上述的钢结构分析指导系统中，所述激光扫描仪测量单个钢结构时至少在往复丝杆上来回三次，所述激光扫描仪输出的各点位的测量值为该点位每次测量值的平均值。

与现有技术相比，本发明通过将激光扫描仪和钢结构工件同步联动，在钢结构缓慢旋转的同时使激光扫描仪缓慢在钢结构外侧移动对其进行扫描，稳定高效，无需人工翻转工件，也无需人工移动激光扫描仪，减少设备和工件的抖动，能够快速细致地完成对钢结构的测量过程，并且能够快速完成多次测量，取平均值后精确度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的正视图；

图3为本发明的左侧视图；

图4为本发明的激光扫描仪的结构示意图；

图5为本发明的激光扫描仪的剖切示意图；

图6为本发明的夹持机构的结构示意图；

图7为本发明的夹持机构的剖视图。

图中的标号分别代表：1、底座；2、顶板；3、夹持机构；301、固定板；302、安装架；303、转轴；304、转套；305、活动杆；306、夹板；307、限位杆；4、第一皮带轮；5、电机；6、风机；7、吊板；8、往复丝杆；9、导向杆；10、活动座；11、激光扫描仪；12、阀板；13、第二皮带轮；14、阀口；15、出风口；16、旋钮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

参照图1-7，本发明提供一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，包括激光扫描仪11，还包括：

底座1和顶板2，底座1上安装有用于固定钢结构的夹持机构3，底座1上还安装有驱动钢结构旋转的电机5，电机5启动后会带动夹持机构3上固定的钢结构工件旋转，替代人工对工件进行翻转，稳定省力。

往复丝杆8，转动设置在夹持机构3的上方，往复丝杆8上螺旋套设有活动座10，激光扫描仪11安装在活动座10的下方且激光扫描仪11在竖直方向上可升降，往复丝杆8与夹持机构3传动连接。夹持机构3与往复丝杆8同步工作，电机5启动后，工件开始缓慢旋转，同时往复丝杆8旋转会带动活动座10水平移动，激光扫描仪11即缓慢地水平移动，如此即可对工件进行全方位地细致扫描，调整好电机5的转速使激光扫描仪11能够扫描到工件的所有部位，激光扫描仪11往复移动一个来回即可自动完成对工件的扫描过程，显著降低了人力消耗，并且避免了手持激光扫描仪11可能产生的抖动和偏差，精准度更高。另外，激光扫描仪11还可升降，方便调整其与工件的距离，使激光扫描仪11能够更精确地对工件进行扫描。

安装在顶板2上的风机6，激光扫描仪11的下表面开设有出风口15，风机6的出气端与出风口15连接。在激光扫描仪11移动的同时对钢结构工件进行吹气，将其表面上可能附着的灰尘和杂物吹走，提高测量准确度。

参照图2，顶板2的下表面对称安装有两个吊板7，往复丝杆8转动安装在两个吊板7之间，往复丝杆8的一端安装有第二皮带轮13，第二皮带轮13与电机5传动连接，两个吊板7之间固定连接有贯穿插设在活动座10上的导向杆9。

参照图6，夹持机构3包括两个对称安装在底座1上的固定板301，固定板301上竖直设有安装架302，安装架302上水平插装有转轴303，其中一个转轴303的端部安装有第一皮带轮4，第一皮带轮4分别与第二皮带轮13和电机5传动连接，两个转轴303相对的一端均安装有夹具。

往复丝杆8通过端部的第二皮带轮13与第一皮带轮4连接，第一皮带轮4则与电机5的输出轴连接，因此电机5工作时即可同时带动转轴303和往复丝杆8转动，实现在翻转工件的同时带动激光扫描仪11移动，巧妙高效，显著提高了工作效率。在需要对钢结构工件进行测量时，先将两个转轴303锁紧（对转轴进行锁停的手段在实际作业过程中较为普遍，例如用螺栓挤紧或者用刹车片刹停，在此不做赘述），然后将工件固定在两个夹具之间，随后松开转轴303，开启电机5后即可带动转轴303旋转进而带动工件旋转。

参照图6，夹具包括夹板306，夹板306的一侧连接有活动杆305，转轴303的端部转动套接有转套304，活动杆305螺旋插接在转套304上，活动杆305的端部设有限位杆307，限位杆307插设在转轴303上，且限位杆307为方形杆。在通过夹具固定工件时，先将转轴303锁紧使其无法转动，然后将工件放置到两个夹具之间，分别转动两个转套304，由于转套304与活动杆305螺纹连接，并且活动杆305通过其端部的限位杆307与转轴303连接，使活动杆305只能移动而不能旋转，因此在受到转套304的螺旋驱动时会伸出或收回，以此实现了对夹板306位置的调整，进而能够通过调整夹板306的位置将工件固定，当电机5启动后，转轴303转动，通过限位杆307的带动，活动杆305转动，则会带动夹持在两个夹板306之间的钢结构工件转动，巧妙便捷。

参照图2和图5，激光扫描仪11的扫描头位于激光扫描仪11的下表面的中部，出风口15设有两个且分别位于扫描头的两侧，激光扫描仪11的侧部水平插设有阀板12，阀板12上开设有阀口14，阀板12在激光扫描仪11移动方向上的尺寸大于激光扫描仪11，因此阀板12始终会有一部分伸出激光扫描仪11，当阀板12被吊板7顶入激光扫描仪11内部时切换阀口14与出风口15的连通状态。开启电机5后同时开启风机6，激光扫描仪11会在往复丝杆8上来回移动，风机6则会向出风口15供气，初始状态下，激光扫描仪11停留在与左侧的吊板7贴靠的位置，此时阀板12的左端被全部顶入激光扫描仪11，阀板12的右端被顶出，此时阀板12上的阀口14则与右侧的出风口15连通，使气体从右侧的出风口15吹出,因此当激光扫描仪11开始移动后，出风口15先将工件上的灰尘和杂物吹走，扫描头才会开始对清理过的工件表面进行扫描，而在激光扫描仪11到达最右方时，阀板12伸出的部分与最右端的吊板7接触，阀板12被向左顶动，阀口14此时与左侧的出风口15连通，因此在激光扫描仪11向左侧移动的同时，左侧的出风口15会吹出气流先对工件表面进行清理，随后激光扫描仪11才会对工件进行扫描，如此在激光扫描仪11对工件进行扫描之前先对工件进行清理，能够进一步提高检测结果的精准度。而采用上述方式对出风口15自动进行切换，十分巧妙，无需人工或者电子元器件进行控制，高效便捷。

参照图4，活动座10的外壁上安装有旋钮16，活动座10的底壁上转动安装有螺纹杆，螺纹杆螺旋插接在激光扫描仪11的顶端，旋钮16和螺纹杆的顶端通过锥齿轮连接，活动座10的底壁上安装有插设在激光扫描仪11顶端的插杆。旋钮16延伸至活动座10的内部连接一个锥齿轮，螺纹杆的顶端延伸至活动座10的内部也连接一个锥齿轮，两个锥齿轮啮合，旋钮16转动即可带动螺纹杆转动，在插杆的限制下，螺纹杆转动即可带动激光扫描仪11升降，即可调整激光扫描仪11的高度，使其与工件的距离更合适，提高检测效果。

以上方案中，激光扫描仪11的核心工作设备安装在内部，除核心设备之外的其他位置供阀板12的安装，以及出风口15的开设，激光扫描仪11的核心工作设备可选用AXE-G7型，也可根据需要选用其他型号的设备。

激光扫描仪11的输出端连接有分析模块，分析模块用于存储钢结构各点位尺寸的标准值，在激光扫描仪11输出各点位尺寸的测量值后将其与标准值对比，并将对比结果输出给指导模块，指导模块存储各尺寸偏差状态以及对应的指导意见并连接显示屏展示，根据对比结果展示对应的指导意见。

激光扫描仪11测量单个钢结构时至少在往复丝杆8上来回三次，激光扫描仪11输出的各点位的测量值为该点位每次测量值的平均值，以提高最终测量结果的精准度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，包括激光扫描仪（11），其特征在于，还包括：

底座（1）和顶板（2），底座（1）上安装有用于固定钢结构的夹持机构（3），所述底座（1）上还安装有驱动钢结构旋转的电机（5）；

往复丝杆（8），转动设置在夹持机构（3）的上方，往复丝杆（8）上螺旋套设有活动座（10），激光扫描仪（11）安装在活动座（10）的下方且激光扫描仪（11）在竖直方向上可升降，所述往复丝杆（8）与夹持机构（3）传动连接；

安装在顶板（2）上的风机（6），激光扫描仪（11）的下表面开设有出风口（15），所述风机（6）的出气端与出风口（15）连接；

所述激光扫描仪（11）的扫描头位于激光扫描仪（11）的下表面的中部，所述出风口（15）设有两个且分别位于扫描头的两侧，所述激光扫描仪（11）的侧部水平插设有阀板（12），阀板（12）上开设有阀口（14），所述阀板（12）在激光扫描仪（11）移动方向上的尺寸大于激光扫描仪（11），当阀板（12）被吊板（7）顶入激光扫描仪（11）内部时切换阀口（14）与出风口（15）的连通状态；

所述活动座（10）的外壁上安装有旋钮（16），所述活动座（10）的底壁上转动安装有螺纹杆，所述螺纹杆螺旋插接在激光扫描仪（11）的顶端，所述旋钮（16）和螺纹杆的顶端通过锥齿轮连接，所述活动座（10）的底壁上安装有插设在激光扫描仪（11）顶端的插杆。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，其特征在于，所述顶板（2）的下表面对称安装有两个吊板（7），所述往复丝杆（8）转动安装在两个吊板（7）之间，所述往复丝杆（8）的一端安装有第二皮带轮（13），所述第二皮带轮（13）与电机（5）传动连接，两个所述吊板（7）之间固定连接有贯穿插设在活动座（10）上的导向杆（9）。

3.根据权利要求2所述的一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，其特征在于，所述夹持机构（3）包括两个对称安装在底座（1）上的固定板（301），所述固定板（301）上竖直设有安装架（302），所述安装架（302）上水平插装有转轴（303），其中一个所述转轴（303）的端部安装有第一皮带轮（4），所述第一皮带轮（4）分别与第二皮带轮（13）和电机（5）传动连接，两个所述转轴（303）相对的一端均安装有夹具。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，其特征在于，所述夹具包括夹板（306），所述夹板（306）的一侧连接有活动杆（305），所述转轴（303）的端部转动套接有转套（304），所述活动杆（305）螺旋插接在转套（304）上，所述活动杆（305）的端部设有限位杆（307），所述限位杆（307）插设在转轴（303）上，且限位杆（307）为方形杆。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，其特征在于，所述激光扫描仪（11）的输出端连接有分析模块，所述分析模块用于存储钢结构各点位尺寸的标准值，在激光扫描仪（11）输出各点位尺寸的测量值后将其与标准值对比，并将对比结果输出给指导模块，所述指导模块存储各尺寸偏差状态以及对应的指导意见并连接显示屏展示，根据对比结果展示对应的指导意见。

6.根据权利要求5所述的一种基于三维激光扫描的钢结构分析指导系统，其特征在于，所述激光扫描仪（11）测量单个钢结构时至少在往复丝杆（8）上来回三次，所述激光扫描仪（11）输出的各点位的测量值为该点位每次测量值的平均值。