基于3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置及拼装方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，包括钢筋混凝土雨污水管段，所述钢筋混凝土雨污水管段的两端分别设有钢筋混凝土雨污水管段插口和钢筋混凝土雨污水管段承口，所述钢筋混凝土雨污水管段内设有管底滚动筒，所述管底滚动筒的轴心处安装有激光测距仪，所述钢筋混凝土雨污水管段外设有带标尺伸缩杆，所述带标尺伸缩杆上固定有3D激光扫描仪，所述带标尺伸缩杆下方安装有CCD成像靶块，所述3D激光扫描仪上设有定位模块。本发明专利技术能在精确定位后进行高精度3D扫描发现尺寸偏差大的不合格的管道，并进行模拟拼接，提高质检效率，提升拼接精度和速度，降低管段泄露的风险。

Simulated Assembly Device and Assembly Method of Large Diameter Municipal Pipeline Based on 3D Scanning

【技术实现步骤摘要】
基于3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置及拼装方法
本专利技术涉及管道拼装
，具体来说，涉及基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置及拼装方法。
技术介绍
根据相关国家规范，对于较大口径的钢筋混凝土雨污水管的管口端面垂直度偏差允许值为6-9mm，而两个管段拼接后的管口的纵向间隙要求为5-15mm。当两个管道拼接前的垂直度偏差分别均符合规范，但均达到8-9mm时，即使不考虑两个管段管口间橡胶圈的加工误差和两个管段基础的高差，两个管线拼接后的管口间隙易达到16-18mm，即大于规范要求，质量不合格导致返工。所以，根据规范要求，单个大口径的钢筋混凝土雨污水管的端面垂直度偏差允许值需达到2.5-7.5mm才能保证拼接后的纵向间隙尺寸达标。施工现场对于大口径钢筋混凝土雨污水管缺乏进场质检措施，采用铅垂和卷尺等手段难以发现大口径混凝土管的毫米级加工误差。此外，施工中一般采用管道吊装试拼装后测量的方式查看两个管段拼接后的管口的纵向间隙，在这种方式下，经常在两个管段拼插接完成后发现间隙超标，这时需要使用汽车吊再次吊起管道旋转管道，尝试调小间隙。在旋转调试失败后，还需要更换其他新管段再次拼插接，直至间隙符合要求。而旋转和更换吊装其他新管段造成工时、设备台班成本增加和工期延误，还可能对管口和密封胶圈造成损坏。目前建筑工程领域开始大量采用激光扫描技术。但是，由于大直径管道拼接精度要求高（扫描时需达到mm级精度）等原因，在大直径管道高精度拼接方面应用较少。由于激光扫描仪的扫描精度与距离扫描对象的距离直接相关，对于几何对称的扫描对象，如将扫描仪与扫描对象对中、保证距离扫描对象两边距离一致，可有效提高扫描的精度。比如，对左右对称的古建筑进行的扫描，均将扫描仪架设在建筑外部正中。但是，由于面对大口径钢筋混凝土雨污水管（比如直径2000）时，其内部的空腔（不是类似建筑外表面的平面）正对激光扫描仪，难以利用现有技术完成扫描仪和管段的对中调整。扫描仪在扫描中，往往需要在扫描对象上布设定位标靶作为扫描基准点，定位标靶的位置精确确定也有利于提高扫描精度。此外，目前我国智慧城市建设在大规模开展，但是对于市政大管径雨污水管路的施工质量和完工后长期的质量监测和运行监测却缺乏措施，发生管段接口处泄露也无法及时发现。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提出基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置及拼装方法，能够克服现有技术的上述不足。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，包括钢筋混凝土雨污水管段，所述钢筋混凝土雨污水管段的两端分别设有钢筋混凝土雨污水管段插口和钢筋混凝土雨污水管段承口，所述钢筋混凝土雨污水管段内设有管底滚动筒，所述管底滚动筒的轴心处安装有激光测距仪，所述钢筋混凝土雨污水管段外设有带标尺伸缩杆，所述带标尺伸缩杆上固定有3D激光扫描仪，所述带标尺伸缩杆下方安装有CCD成像靶块，所述3D激光扫描仪上设有定位模块，所述管底滚动筒的外径大于等于40mm。进一步的，所述钢筋混凝土雨污水管段的筋混凝土雨污水管段承口通过密封橡胶圈和另一个钢筋混凝土雨污水管段的钢筋混凝土雨污水管段承口连接。进一步的，所述钢筋混凝土雨污水管段的两端粘接有管段粘接定位标靶且所述钢筋混凝土雨污水管段的两端喷涂有管段喷涂标号。进一步的，所述钢筋混凝土雨污水管段内设有两个透明定位球，所述透明定位球为一壁厚为5mm的硬质塑料透明球，且外径与管底滚动筒外径相同，所述透明定位球包括定位球壁，所述定位球壁内充注体积为球内容积95%的透明液体，所述透明液体上有5%的红色气体泡。进一步的，所述CCD成像靶块包括透光块，所述透光块的长度大于等于200mm、且中心处开设有直径不大于5mm的圆柱状透光孔，所述透光块上设有与所述圆柱状透光孔配合的CCD成像板，所述CCD成像板采集的图像可实时传输至3D激光扫描仪内并显示在其自带的彩色液晶屏幕上。进一步的，所述钢筋混凝土雨污水管段的插口端部外表面和管段外表面均设有光纤压力传感器，所述钢筋混凝土雨污水管段的内表面设有光纤温度传感器。本专利技术还提供基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置的拼装方法，包括如下步骤：S1：将若干段钢筋混凝土雨污水管段运至施工现场材料场地，并按照施工规范放置；S2：将管底滚动筒贴钢筋混凝土雨污水管段内壁距离底部大约20cm高处释放，使其贴内壁面自由滚动，当滚动停止后，管底滚动筒静止在钢筋混凝土雨污水管段内管底中心处，将2个透明定位球在距离管底滚动筒前端和后端约5公分距离钢筋混凝土雨污水管段底部大约15cm高处分别释放，2个透明定位球贴钢筋混凝土雨污水管段内壁面自由滚动，当滚动停止后，2个透明定位球也静止于钢筋混凝土雨污水管段内管底中心处，利用2个透明定位球上的红色气体泡，根据红色气体泡位置是否偏心有效识别球由于底部不够光滑未滚落到最低点的情况，如果未到最低点，再次在15cm高处释放定位球滚动；确认2个透明定位球已经滚动至管道内底中心最低点后，使用激光测距仪发出激光束穿过透明定位球，辅助管底滚动筒和透明定位球的对中调整，透明定位球与管底滚动筒的对中使用目视方法，调整管底滚动筒的轴心线即激光束所在位置与透明定位球顶部的红色气体泡的中心对齐，调整当中保持2个已在管底最低点的透明定位球不动，仅调整管底滚动筒；S3：通过搬动3D激光扫描仪、移动3D激光扫描仪的云台和伸缩带标尺伸缩杆，将激光测距仪发射的激光束、2个透明定位球的球心、CCD成像靶块的圆柱状透光孔轴心调整到位于一条直线上且与CCD成像板垂直，完成3D激光扫描仪和钢筋混凝土雨污水管段的位置对中，此时，CCD成像板被激光束照射，图像实时传输至3D激光扫描仪内并显示在其自带的彩色液晶屏幕上，使用者观察后可确定对中完成；为避免透明定位球内的液体对激光束产生折射，在本步骤保持管底滚动筒不动、将透明定位球移开；S4：对待扫描质检管段粘接管段粘接定位标靶，并喷涂管段喷涂标号，其中至少一个定位标靶位于管底滚动筒轴心的正下方的管底上，且至少一个定位标靶位于管底滚动筒轴心的正上方的管顶上；S5：定位后，采用3D激光扫描仪对管段接口部位进行扫描得到管段三维信息；S6：使用3D激光扫描仪上设的定位模块、激光测距仪以及标尺伸缩杆确定钢筋混凝土雨污水管段内底中心的空间坐标位置信息，并记录于扫描仪内，将管段三维信息和一一对应的管段内底中心的空间坐标位置信息导入计算机，建立管段三维电子模型数据库和管段在材料堆场内的空间位置数据库；S7：将扫描结果与标准管段数据对比，及时剔除管口端面垂直度偏差允许值超过规范要求的不合格管段；S8：利用BIM软件进行管段的模拟拼插连接，记录模拟拼装的管段编号和拼装次序，直至完成所有管段的拼装；S9:根据BIM模拟拼装的结果进行现场拼装施工，施工过程中，分别监测插口端部外表面和管段外表面的光纤压力传感器的压力值，当拼接完成管段插口的端部外表面压力值过低，即密封面未压紧时应要求施工人员进行调整；当管段外表面光纤压力传感器压力值高于设定值，即为管段与基础紧密接触，反之基础可能局部未夯实或有沉降，通过监测可提高施工质量，降低漏水隐患；S10：在施工完成后使用光纤压力传感器继续监测钢筋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，其特征在于，包括钢筋混凝土雨污水管段（1），所述钢筋混凝土雨污水管段（1）的两端分别设有钢筋混凝土雨污水管段插口（31）和钢筋混凝土雨污水管段承口（32），所述钢筋混凝土雨污水管段（1）内设有管底滚动筒（9），所述管底滚动筒（9）的轴心处安装有激光测距仪（10），所述钢筋混凝土雨污水管段（1）外设有带标尺伸缩杆（12），所述带标尺伸缩杆（12）上固定有3D激光扫描仪（8），所述带标尺伸缩杆（12）下方安装有CCD成像靶块（11），所述3D激光扫描仪（8）上设有定位模块（13），所述管底滚动筒（9）的外径大于等于40mm。

【技术特征摘要】
1.基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，其特征在于，包括钢筋混凝土雨污水管段（1），所述钢筋混凝土雨污水管段（1）的两端分别设有钢筋混凝土雨污水管段插口（31）和钢筋混凝土雨污水管段承口（32），所述钢筋混凝土雨污水管段（1）内设有管底滚动筒（9），所述管底滚动筒（9）的轴心处安装有激光测距仪（10），所述钢筋混凝土雨污水管段（1）外设有带标尺伸缩杆（12），所述带标尺伸缩杆（12）上固定有3D激光扫描仪（8），所述带标尺伸缩杆（12）下方安装有CCD成像靶块（11），所述3D激光扫描仪（8）上设有定位模块（13），所述管底滚动筒（9）的外径大于等于40mm。2.根据权利要求1所述的基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，其特征在于，所述钢筋混凝土雨污水管段（1）的筋混凝土雨污水管段承口（32）通过密封橡胶圈（6）和另一个钢筋混凝土雨污水管段（1）的钢筋混凝土雨污水管段承口（32）连接。3.根据权利要求2所述的基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，其特征在于，所述钢筋混凝土雨污水管段（1）的两端粘接有管段粘接定位标靶（4）且所述钢筋混凝土雨污水管段（1）的两端喷涂有管段喷涂标号（5）。4.根据权利要求3所述的基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，其特征在于，所述钢筋混凝土雨污水管段（1）内设有两个透明定位球（14），所述透明定位球（14）为一壁厚为5mm的硬质塑料透明球，且外径与管底滚动筒（9）外径相同，所述透明定位球（14）包括定位球壁（143），所述定位球壁（143）内充注体积为球内容积95%的透明液体（142），所述透明液体（142）上有5%的红色气体泡（141）。5.根据权利要求1所述的基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，其特征在于，所述CCD成像靶块（11）包括透光块（111），所述透光块（111）的长度大于等于200mm、且中心处开设有直径不大于5mm的圆柱状透光孔，所述透光块（111）上设有与所述圆柱状透光孔配合的CCD成像板（112），所述CCD成像板（112）采集的图像可实时传输至3D激光扫描仪（8）内并显示在其自带的彩色液晶屏幕上。6.根据权利要求1所述的基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置，其特征在于，所述钢筋混凝土雨污水管段（1）的插口端部外表面和管段外表面均设有光纤压力传感器（7），所述钢筋混凝土雨污水管段（1）的内表面设有光纤温度传感器（2）。7.一种如权利要求1-6任一所述的基于高精度3D扫描的大直径市政管道模拟拼装装置的拼装方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将若干段钢筋混凝土雨污水管段（1）运至施工现场材料场地，并按照施工规范放置；S2：将管底滚动筒（9）贴钢筋混凝土雨污水管段（1）内壁距离底部大约20cm高处释放，使其贴内壁面自由滚动，当滚动停止后，管底滚动筒（9）静止在钢筋混凝土雨污水管段（1）内管底中心处，将2个透明定位球（14）在距离管底滚动筒（9）前端和后端约5公分距离钢筋混凝土雨污水管段（1）底部大约15cm高处分别释放，2个透明定位球（14）贴钢筋混凝土雨污水管段（1）内壁面自由滚动，当滚动停止后，2个透明定位球（14）也静止于钢筋混凝土雨污水管段（1）内管底中心处，利用2个透明定位球（14）上的红色气体泡（141），根据红色气体泡（141）位置是否偏心有效识别球由于底部不够光滑未滚落到最低点的情况，如果未到最低点，再次在15cm高处释放定位球滚动；确认2个透明定位球（14）已经滚动至管道内底中心最低点后，使用激光测距仪（10）发出激光束穿过透明定位球（14），辅助管底滚动筒（9）和透明定位球（14）的对中调整，透明定位球（14）与管底滚动筒（9）的对中使用目视方法，调整管底滚动筒（9）的轴心线即激光束所在位置与透明定位球（14）顶部的红色气体泡（141）的中心对齐，调整当中保持2个已在管底最低点的透明定位球（14）不动，仅调整管底滚动筒（9）；S3：通过搬动3D激光扫描仪（8）、移动3D激光扫描仪（8）的云台和伸缩带...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宽，方宏伟，李宏伟，刘明海，郭伟，汪诗超，谭学彪，刘政，董磊，宋琳，王亚清，
申请(专利权)人：中铁建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11