CN205898742U - 一种建筑物外墙空洞的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于建筑技术领域，提供了一种建筑物外墙空洞的检测装置。该检测装置包括空中机器人以及固设于所述空中机器人上的敲击装置；所述空中机器人获取预置的检测路线，沿着所述检测路线行走，并在每个检测点进行预置时间段的停留，所述检测路线包含待测外墙的若干检测点；所述敲击装置在一所述预置时间段内对待测外墙的一检测点进行敲击，依次收集各个检测点的敲击声并发送给地面控制站。该检测装置避免了需要人员在对外墙进行敲击检测的情况，不仅杜绝了人员安全问题的出现，还实现了自动检测，以及提高了工作效率和检测的精确度。

Description

一种建筑物外墙空洞的检测装置

技术领域

本实用新型属于建筑技术领域，尤其涉及一种建筑物外墙空洞的检测装置。

背景技术

建筑物的外墙可以分为墙体结构层、找平层和饰面层这三个基本层次。按缺陷在外墙出现位置可以将建筑物外墙的饰面层的缺陷分为两类：第一类、面砖饰面与找平层间的脱粘空鼓；第二类、抹灰层与外墙主体基底的脱粘空鼓。与第一类空鼓相比，第二类空鼓重量大而且隐蔽，其坠落时对人的危害更大。因此，需要及时发现第一类空鼓和第二类空鼓，尤其是第二类空鼓。

引起外墙面砖空鼓的原因较多，有单一因素造成的，也有几种因素共同作用的结果。经过调研，产生空鼓的原因大概分为以下几种：自然原因、施工原因、材料原因、管理不当等原因。建筑墙体由于受其自身及外界各种因素的影响常常会产生空鼓现象，对建筑物承载能力和耐久性造成严重危害。高层建筑外墙空鼓会导致外墙脱落，由此造成人身伤害以及经济损失的报道屡见不鲜。

目前，对建筑的外墙装饰物的粘结质量的检测，国内外主要有三大类方法：第一类检测方法以电磁波为媒介，比如：脉冲雷达法等。第二类检测方法以机械波为媒介，比如：超声脉冲回波法、敲击法等。第三类检测方法以可见光或红外线作为媒介，比如目测法和IRNDT(infrared nondestructive testing，红外非破坏性试验)。

现有的敲击法是利用工具锤敲击外墙饰面来判断外墙饰面是否会剥落以及是否存在空鼓。这种方法直接简单，但是存在明显的缺点：如主要依靠检测人员的经验进行检测，所以受主观因素影响较大，受检测条件的限制，由于不可能一次对很大的面积进行检测，从而导致检测的劳动强度大、效率低，并且危险性比较大。此外，在城市噪声对敲击声音的干扰下，经常得不到准确的检测结果。因此传统敲击法已经无法满足检测需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种建筑物外墙空洞的检测装置，旨在解决不能自动检测外墙是否存在空洞的问题。

本实用新型是这样实现的，一种建筑物外墙空洞的检测装置，包括空中机器人以及固设于所述空中机器人上的敲击装置；

所述空中机器人获取预置的检测路线，沿着所述检测路线行走，并在每个检测点进行预置时间段的停留，所述检测路线包含待测外墙的若干检测点；

所述敲击装置在一所述预置时间段内对待测外墙的一检测点进行敲击，依次收集各个检测点的敲击声并发送给地面控制站。

进一步地，所述敲击装置包括电机、敲击器、将所述电机的旋转运动转化为使所述敲击器做直线运动的传动机构以及声音传感器；

所述电机的转动轴与所述传动机构可转动连接；

所述敲击器与所述传动机构相接触，用于敲击待测外墙；

所述声音传感器固设于所述敲击器上，用于将所述敲击器敲击待测外墙发出的敲击声发送给地面控制站。

进一步地，所述传动机构包括联轴器和凸轮，所述联轴器可转动地固设于所述电机的转动轴上；

所述凸轮可转动地套设于所述联轴器上。

进一步地，所述敲击器包括套筒、弹簧和敲击棒，

所述套筒套设于所述敲击棒上，且所述敲击棒可沿所述套筒的长度延伸方向移动。所述套筒的内壁和部分敲击棒之间具有用于容纳所述弹簧的间隙；

所述弹簧套设在所述敲击棒上，位于所述间隙内。

进一步地，所述敲击装置还包括盒子、超声波传感器和摄像头；

所述盒子固设于所述空中机器人上，用于容纳所述电机、敲击器、传动机构以及声音传感器；

所述超声波传感器置于所述盒子内，用于控制所述空中机器人离待测外墙的距离；

摄像头置于所述盒子内，用于实时拍摄待测外墙的图像。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：所述的外墙空洞的检测装置使用空中机器人对外墙的空洞情况进行检测，空中机器人接收到检测指令和待测外墙的检测路线后，能沿着该检测路线行走并对各个检测点进行敲击，检测各个检测点是否存在空洞的情况。采用空中机器人检测替换了人员的检测，实现了对待测外墙的自动检测，并且检测效率高，同时，还避免了人员检测存在的安全隐患。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的建筑物外墙空洞的检测方法的流程示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的建筑物外墙空洞的检测方法的流程示意图；

图3是本实用新型建筑物外墙空洞的检测方法中待测外墙的检测路线示意图；

图4是本实用新型中建筑物外墙空洞的检测装置的结构示意图；

图5是图4的正视结构示意图；

图6是沿图5中A-A方向的剖面示意图；

图7是沿图6中B-B方向的部分结构剖面示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

结合图1和图3所示，图1为本实用新型第一实施例提供的建筑物外墙空洞的检测方法的流程示意图，该检测方法包括以下步骤：

S101、接收检测指令。

检测指令可以由地面控制站发出，也可以由操作人员通过手动遥控器发出。检测指令用于控制空中机器人启动，去执行检测任务。

S102、获取预置的检测路线301，并沿着检测路线301行走，检测路线301包含待测外墙的若干检测点302。

S103、敲击每个检测点302。

该检测路线301可以由地面控制站根据外墙的结构进行规划，检测路线301一般沿着砖面、墙面等进行布设，然后再将规划好的检测路线301发送给空中机器人。空中机器人接收到检测路线301后即可以沿着检测路线301进行行走。

检测点302分布在检测路线301上，并且各个检测点302一般分布均匀，以便能检测到所有的外墙面。空中机器人沿着检测路线301中的箭头方向行走，行走一圈后，能将各个检测点302都敲击一次。为了提高检测效率，在规划检测路线301时，使检测路线301在待测外墙上的分布没有重复路径，即空中机器人不需要走重复路线。

S104、收集各个检测点302的敲击声并发送给地面控制站。

空中机器人每敲击一个检测点302，需要收集该检测点302的敲击声，并将该敲击声发送到地面控制站。由地面控制站对所有的检测点302相应的敲击声进行分析，从而得出待测外墙的空洞情况。

在上述实施例的基础上，该检测方法还包括如下步骤：

控制敲击装置与待测外墙之间的距离保持恒定。

敲击装置与待测外墙之间保持恒定的距离，也就是空中机器人在沿检测路线301行走的时候要控制与待测外墙之间的距离恒定，该距离可以根据实际的待测外墙进行设定。

在空中机器人飞行时，为了不偏离检测路线301，并且与待测外墙保持恒定的距离，需要建立空间直角坐标系进行控制，具体如下：

建立空间直角坐标系，分别为X、Y、Z轴。

空中机器人在对待测外墙进行检测时，需要与建筑物维持在一个比较近的距离，因此需要建立空间直角坐标系，以方便对空中机器人进行精确定位。

在空间直角坐标系上对空中机器人进行定位，控制空中机器人与待测外墙的距离保持在预设距离的范围内。

在纵向方向(即Z轴)上进行定位，具体为：

通过空中机器人上的GPS模块进行定位，当GPS模块由于靠近待测外墙受到干扰时，使用光流模块进行定位。即在定位时可以实现光流模块和GPS模块的自然切换，有效结合了光流定位与GPS定位的优点，增加了定位的可靠性。

在轴向方向(即Y轴)上进行定位，具体为：

横向水平定位主要采取GPS模块和一对超声波收发器进行定位，超声波收发器主要用于辅助定位，防止空中机器人的碰撞，从而使得空中机器人与外墙面保持一定距离。空中机器人与外墙之间的距离太近时，空中机器人容易与外墙相撞，从而导致坠毁并损坏建筑物的外墙面。

对空中机器人写入程序，使其与待测外墙面保持预设距离。比如，空中机器人与待测外墙面之间的距离控制在1m±0.5m的一个范围。当空中机器人与外墙之间的距离大于1m时，在程序会控制空中机器人稍微朝里飞行增加一段距离，使得距离达到1m；当空中机器人与外墙之间的距离小于1m时，则会使空中机器人稍微朝外飞行增加一段距离，使得距离达到1m。

在横向方向(即X轴)上进行定位，具体为：

空中机器人在空中飞行，其沿X轴方向的定位主要通过GPS模块，GPS模块能够使空中机器人水平飞行精度达到1到2m。与轴向定位相类似，在空中机器人起飞前，已经写入程序。飞行过程中飞控板能够读取GPS模块的数据，并根据预先输入的程序调整电机输出，从而控制自身飞行状态。

该外墙空洞的检测方法使用空中机器人对待测外墙的进行检测，并收集待测外墙上各个检测点的敲击声。通过分析敲击声能判断出外墙是否存在缺陷。该检测方法避免了需要人员对外墙进行敲击检测的情况，不仅杜绝了人员安全问题的出现，还提高了工作效率和检测的精确度。

结合图2和图3所示，图2为本实用新型第二实施例提供的建筑物外墙空洞的检测方法的流程示意图，该检测方法包括以下步骤：

S201、规划空中机器人对待测外墙的检测路线301，并发送检测路线301给空中机器人，检测路线301中具有若干检测点302。

地面控制站对待测外墙的检测路线301进行规划。一般的，由空中机器人向地面控制站提供一张整体的待测外墙的图像，然后由地面控制站根据该图像进行规划检测路线301，检测路线301在规划时遵循行走路线不重复且行走路线尽量最短的原则。

S202、接收并存储空中机器人对待测外墙的敲击声。

由接收器接收敲击声，并按照时间顺序对敲击声进行存储，以方便将各个敲击声和各个检测点302对应起来。

S203、根据预置的敲击声与拉拔力的关系表，得到每个检测点302对应的外墙的面砖拉拔力。

简单地讲，拉拔力就将待测外墙的面砖与待测外墙的内部结构分开所使用的拉力。外墙面砖拉拔试验是用于测试面砖拉拔力大小，对面砖粘结强度的检测方法为拉拨试验，其检测手段以及试验方法是：根据JGJ110-97的要求，拉拨试验采用的检测仪器为粘结强度检测仪，应符合国家现行行业标准《粘结强度检测仪》的规定。试样规格应为95mm×45mm(适用于饰面砖试样)或40mm×40mm(适用于马赛克试样)。

当待测外墙的饰面材料存在空鼓时，饰面材料和黏结材料间存在空隙，像是一块空心的薄板，该处外墙的饰面材料的等效厚度要比正常墙体饰面材料的等效厚度小，刚度显著降低。这样在敲击空鼓部位时，敲击锤的初动能转化为墙体弯曲振动能量的比率将大大高于正常墙面，这样空鼓部位的振动幅度将明显增加。墙体饰面空鼓部分与正常部位的刚度和吸收能量的明显不同，将在敲击声音中有明确的表现。也即正常墙体因刚度相对较大，振动频率较高，而空鼓墙体因刚度相对较小，振动频率低，但空鼓时墙面吸收了较多的敲击能量，空鼓墙面的振动幅度将增大，表现为声音高。因此通过对敲击过程中产生的敲击声的声信号特征进行分析，可判断墙体结构中是否存在空鼓。

在具体应用中，可以将敲击声与拉拔力对应起来，通过实验数据可以得到不同振动频率的敲击声对应的拉拔力，然后将各个振动频率的敲击声与相应的拉拔力对应起来，并建立对应关系表。然后在检测待测外墙时，将得到的各个检测点301的敲击声查找关系表即可得到每个检测点对应的外墙的面砖拉拔力。例如，敲击声为X分贝时，对应的该敲击声为X分贝处的外墙需要Y牛的力才能将面砖与外墙结构分离开，即将X分贝与Y牛对应起来，当待测外墙的敲击声为X分贝时，查找该关系表即可知道，该处对应的外墙拉拔力为Y牛。根据不同的外墙结构需要建立不同的对应关系表。

本实用新型第三实施例提供的外墙面空洞的检测方法包括以下步骤：

S301、接收能反映待测外墙的整体结构的图像。该图像可以由空中机器对待测外墙进行拍照，然后发送给地面控制站。

S302、将图像进行栅格化处理，并结合栅格化处理后得到的需要检测的全部墙面进行规划检测路线301，在检测路线301上设定若干检测点302。

S303、将检测路线301发送给空中机器人。

S304、接收并存储空中机器人对待测外墙的敲击声。

S305、根据对建筑物外墙的敲击声与能将建筑物外墙的面砖拉起来的拉拔力的大小对应关系，建立敲击声与拉拔力的关系表。

S306、将接收到的敲击声进行滤波去噪处理。

滤波去噪处理之后使用傅里叶变化求出其频谱图，根据频谱图中的高频成分确定敲击声的频率分布区间，敲击声的频率分布区间是一段数组，再将该段数组与外墙拉拔力建立联系。

S307、按照滤波去噪处理后的敲击声查询关系表，得到每个检测点对应的外墙的面砖拉拔力。

该实施例中不详尽之处，请参照上述实施例的说明，在此不再赘述。

该外墙空洞的检测方法通过接收空中机器人对待测外墙中各个检测点的敲击声，并将收集到的敲击声通过功率谱分析来判断外墙是否存在缺陷。该检测方法避免了需要人员对外墙进行敲击检测的情况，不仅杜绝了人员安全问题的出现，还提高了工作效率和检测的精确度。

请一并参阅图4至图7，一种建筑物外墙空洞的检测装置，包括空中机器人40以及固设于空中机器人40上的敲击装置50。

空中机器人40获取预置的检测路线301，沿着检测路线301行走，并在检测路线301上的每个检测点302进行预置时间段的停留，停留预置时间段后继续沿着检测路线301行走。空中机器人40可以为四旋翼无人机或者六旋翼无人机等。

敲击装置在一预置时间段内对待测外墙的一检测点进行敲击，依次收集各个检测点的敲击声并发送给地面控制站。

请参照图6，敲击装置50包括电机501、敲击器504、将电机501的旋转运动转化为使敲击器504做直线运动的传动机构502以及声音传感器503。电机501的转动轴5011与传动机构502可转动连接。敲击器504与传动机构502相接触，用于敲击待测外墙。声音传感器503固设于敲击器504上，用于将敲击器504敲击待测外墙发出的敲击声发送给地面控制站。

作为其中一个实施例，传动机构502包括联轴器5021和凸轮5022，联轴器5021可转动地固设于电机501的转动轴5011上。凸轮5022可转动地套设于联轴器5021上。

敲击器504包括套筒5042、弹簧5043和敲击棒5041。套筒5042套设于敲击棒5041上，且敲击棒5041可沿套筒5042的长度延伸方向移动。套筒5042的内壁和部分敲击棒5041之间具有用于容纳弹簧5043的间隙。弹簧5043套设在敲击棒5041上，位于间隙内。

具体的，套筒5042具有一用于容置敲击棒5041的空腔，以及使敲击棒5041从套筒5042的一端穿出的通孔。套筒5042套设于敲击棒5041上，且能沿套筒5042的长度延伸方向做直线往复运动。套筒5042具有通孔的一端设有一挡片，该挡片用于挡住弹簧5043，以防止弹簧5043从套筒5042内的空腔中弹出。敲击棒5041上具有凸部，该凸部用于挡住弹簧5043的另一端。即间隙的两端上，一端是敲击棒5041上的凸部，另一端是套筒5042上的挡片，弹簧5043置于间隙内，且位于凸部和挡片之间，当弹簧5043压缩时，弹簧5043的两端能入挤压到凸部和挡片。

敲击棒5041敲击待测外墙时，弹簧5043处于压缩状态，紧接着弹簧5043复原敲击棒5041离开待测外墙。弹簧5043能使敲击棒5041始终与凸轮5022相接触。

凸轮5022工作特点是由凸轮5022的转动变成敲击器504的直线往复运动，结构简单、紧凑。凸轮5022是一种将旋转运动转变为直线运动的装置，凸轮5022与电机501通过联轴器5021连接做旋转运动，凸轮5022有内凸轮曲线形状，随动件与敲击棒5041接触，套筒5042固定在盒子上，使随动件不能上下前后位移，只能在一个方向运动，因此旋转件的旋转运动转变为随动件的直线运动。

敲击装置50还包括盒子508、超声波传感器506和摄像头507。盒子508固设于空中机器人40上，用于容纳电机501、敲击器504、传动机构502以及声音传感器503。超声波传感器506置于盒子508内，用于控制空中机器人40离待测外墙的距离，使空中机器人40与待测外墙保持在预设的距离范围内。摄像头507置于盒子508内，用于实时拍摄待测外墙的图像。

盒子508的内壁上具有第一固定件5081和第二固定件5081，第一固定件5081和第二固定件5081分别固设于盒子508的两个相邻内壁上。第一固定件5081用于固设电机501，第二固定件5082用于固设套筒5042，并使套筒5042的长度延伸方向为水平方向。

该外墙空洞的检测装置将敲击棒5041敲击待测外墙发出的敲击声通过声音传感器503发送到地面控制站，然后由地面控制站的接收器接收敲击声，在地面控制站将敲击声经过滤波去噪处理和声信号特征分析后，得出外墙体结构的空鼓缺陷位置和缺陷情况，并根据拉拔力关系表得出整个待测外墙的拉拔力检测报告。该检测装置使用空中机器人代替人工作业，避免了人员在高层检测时可能遭遇危险的情况，大大提高了工程安全性。并且，采用机器检测收集敲击声并对敲击声的声信号进行分析，可以避免依靠检测人员的经验进行检测，受主观因素影响较大的问题。本技术应用敲击声法对墙体空鼓进行无损检测的嵌入式系统，通过计算敲击声功率谱并进行参数分析来判断墙体的空鼓情况，提高声音识别正确率，同时具有低成本，便携性好，使用方便等特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种建筑物外墙空洞的检测装置，其特征在于，包括空中机器人以及固设于所述空中机器人上的敲击装置；

所述空中机器人获取预置的检测路线，沿着所述检测路线行走，并在每个检测点进行预置时间段的停留，所述检测路线包含待测外墙的若干检测点；

所述敲击装置在一所述预置时间段内对待测外墙的一检测点进行敲击，依次收集各个检测点的敲击声并发送给地面控制站。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述敲击装置包括电机、敲击器、将所述电机的旋转运动转化为使所述敲击器做直线运动的传动机构以及声音传感器；

所述电机的转动轴与所述传动机构可转动连接；

所述敲击器与所述传动机构相接触，用于敲击待测外墙；

所述声音传感器固设于所述敲击器上，用于将所述敲击器敲击待测外墙发出的敲击声发送给地面控制站。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述传动机构包括联轴器和凸轮，所述联轴器可转动地固设于所述电机的转动轴上；

所述凸轮可转动地套设于所述联轴器上。

4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述敲击器包括套筒、弹簧和敲击棒，

所述套筒套设于所述敲击棒上，且所述敲击棒可沿所述套筒的长度延伸方向移动，所述套筒的内壁和部分敲击棒之间具有用于容纳所述弹簧的间隙；

所述弹簧套设在所述敲击棒上，位于所述间隙内。

5.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述敲击装置还包括盒子、超声波传感器和摄像头；

所述盒子固设于所述空中机器人上，用于容纳所述电机、敲击器、传动机 构以及声音传感器；

所述超声波传感器置于所述盒子内，用于控制所述空中机器人离待测外墙的距离；

摄像头置于所述盒子内，用于实时拍摄待测外墙的图像。