一种基于三维扫描的钢结构数字化检测方法技术

本发明专利技术涉及一种能够方便准确地检测钢桥梁中复杂曲线异型结构、超大尺寸结构的结构尺寸和线形的一种基于三维扫描的钢结构数字化检测方法，根据设计结构，采用三维数字建模软件创建理论数据模型，并布设控制点；根据三维扫描设备的作业要求，在其适宜的环境中对桥梁钢结构实体进行点云数据采集，并进行点云清理及拼接处理，采用专用软件生成检测数据模型；将理论数据模型和检测数据模型按照一定规则进行拟合，确定理论数据模型与检测数据模型的偏差，从而得到制造结构与设计结构的偏差分析报告。此技术的重点是理论数据模型的创建精度、三维扫描测量生成检测数据模型的测量精度和两者数据模型的偏差分析处理规则。本专利技术，适用范围广，满足三维扫描测量作业条件下均可采用该技术进行结构检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维扫描的钢结构数字化检测方法
本专利技术涉及一种能够方便准确地检测钢桥梁中复杂曲线异型结构、超大尺寸结构的结构尺寸和线形的一种基于三维扫描的钢结构数字化检测方法，属钢桥梁加工制造技术与施工管理方法领域。
技术介绍
以往桥梁钢结构尺寸检测均采用钢盘尺、直尺等测量工具，高程检测采用水准仪与塔尺配合测量，结构线形采用全站仪或经纬仪进行测量。传统测量方法已在各行各业中应用多年，具有丰富的实施经验，对一般型桥梁钢结构制造能够起到预控精度的要求。但对于复杂曲线、复杂结构的桥梁钢结构，采用传统测量方式的弊端较为显著，诸如复杂线型无法检测判断、曲线测量困难、尺寸测量误差大、数据采集难度高等。为此，传统测量方式对于复杂曲线、复杂结构测量及精度判断存在一定难度。随着钢桥梁行业的不断发展，国内钢桥梁结构设计也日新月异，不仅仅满足其使用功能要求，也注重了结构外观的美观要求。近年来，复杂的曲线异型结构、超大尺寸结构等桥梁设计层出不穷，对钢桥梁的加工制造精度提出较高要求。采用传统测量方式，无法对复杂曲线异型结构的线形、轮廓尺寸进行有效测量，在结构制造精度控制中属于薄弱环节；对于超大尺寸结构，传统测量局限在于测量作业困难，人工采集相关数据难度加大，作业安全也尤为突出，导致数据采集不全或效率极低。
技术实现思路
设计目的：为了检测钢桥梁中复杂曲线异型结构、超大尺寸结构的结构尺寸和线形，结合三维扫描测量技术应用要求，避免
技术介绍
中的不足之处，设计一套完善的测量分析系统，确定产品结构与设计结构的偏差，为项目的质量提供一种测量手段。设计方案：为了实现上述设计目的。本专利技术基于三维扫描测量技术，采用能够满足各类桥梁钢结构加工精度的检测需要的现有三维扫描测量仪器，能够为桥梁钢结构的数字化建模提供支持的现有软件为基础，利用三维扫描测量作业的成果分析，基于扫描数据模型与创建数字模型进行对比，在桥梁钢结构中将三维扫描测量与各软件、各技术统筹应用，达到预期的质量精度控制，实现对复杂的曲线异型结构、超大尺寸结构等桥梁进行三维空间尺寸与线形检测，实现产品质量精度控制目标，为今后钢桥梁设计朝复杂曲线、大型化变革进程中提供技术保障，是本专利技术在桥梁钢结构制造检测中的创新点，其具有较大的应用价值，可实施性强。基于钢桥梁三维数字化结构，利用三维扫描测量设备与数据处理软件，采用偏差对比分析程序，对桥梁钢结构加工精度进行判断，从而达到检测质量精度的目的。钢结构三维扫描数字化检测主要包括以下几方面：⑴理论数据模型创建：根据桥梁设计结构，利用专用三维软件创建理论数据模型，其模型应如实反映设计意图，精度满足设计的相关要求；另外，考虑钢桥梁制造与安装的施工要求，应在理论数据模型创建时，增设钢桥梁制造、安装工艺留量，以达到制造结构与理论数据模型相一致的原则。⑵三维扫描数据采集：根据三维扫描测量设备作业环境要求，进行测量前期准备。安置平稳三维扫描设备，根据要求设置设备测量精度，采用多站点实物数据采集。各测量站点间转换，通过设置固定测量靶标实现精确定位。⑶三维扫描检测数据模型生成：利用专用数据处理软件，将现场采集的三维扫描数据通过靶标定位自动识别拼接为整体；截取需要的点云数据，其余点云数据清除，利于后期数据处理。将处理后的数据导入专用分析软件，并手动去除明显噪点，形成检测数据模型。⑷三维扫描偏差分析：在专用分析软件环境下，将检测数据模型与理论数据模型分别导入，通过点选进行预对齐，在预对齐之后再次进行自动对齐（自动对齐处理基于最小二乘法拟合）；通过分析软件自有功能，自动生成两者模型数据对比偏差数据，在模型数据上呈现偏差分析彩图，或通过注释进行局部的分析。本专利技术与
技术介绍
相比，一是适用范围广：三维扫描测量检测技术不仅适用于钢桥梁复杂曲线异型结构、超大尺寸结构，同时可满足其他各种桥梁结构形式的尺寸及线形检测；二是检测全面精度高：三维扫描测量检测技术，是一种三维的数字化检测，与传统的单一尺寸、线形检测不同，其同时可对各个部位、各个方向的尺寸及线形进行同步检测，检测精度高；三是实现检测自动化：传统检测技术均以人工作业为主；而三维扫描测量准备、后续处理为人工辅助外，整个数据测量过程均实现了自动化；四是检测数据为数字化：传统检测结果是一组数值，一般由检测人员填表留存；三维扫描的检测数据为一组点云数据，进而可处理生成检测数据模型，具有直观性；五是质量控制的全面性：传统检测仅能实现单一尺寸及线形的判断，对施工质量控制只是独立进行；三维扫描数据的全面性，决定了其具有综合整体结构全方位检测数据，给予综合判定，对施工质量全面控制起到关键作用。附图说明图1是根据设计结构，结合制造工艺留量创建的理论数据模型。图2是采用三维扫描设备采集结构实物数据。图3是根据采集数据，利用专用软件进行数据处理取得检测数据模型。图4是在专用软件环境下，将理论数据模型与检测数据模型进行对比分析，取得偏差分析报告。具体实施方式⑴三维建模软件选择CATIA软件进行三维模型的创建。CATIA理论数据模型创建示例见示意图1。⑵三维扫描测量设备选择德国Z+F公司的IMAGER5010C三维扫描仪，自动旋转式扫描、扫描速度快、扫描精度高。三维扫描测量示例见示意图2。⑶利用Z+F公司的IMAGER5010C三维扫描仪自带数据处理软件，将现场采集的点云数据通过靶标自动识别拼接，选取其中有用点云数据；并将处理后数据导入polyworks软件进行噪点处理，形成检测数据模型。三维扫描检测数据模型生成示例见示意图3。⑷在polyworks分析软件环境下，将检测数据模型与理论数据模型分别导入，自动对齐后生成两者模型数据对比偏差数据。三维扫描偏差分析示例见图4。需要理解到的是：上述实施例虽然对本专利技术的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本专利技术设计思路的简单文字描述，而不是对本专利技术设计思路的限制，任何不超出本专利技术设计思路的组合、增加或修改，均落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维扫描的钢结构数字化检测方法，其特征是：⑴ 理论数据模型创建：根据桥梁设计结构，利用专用三维软件创建理论数据模型，其模型应如实反映设计意图，精度满足设计的相关要求；其次，考虑钢桥梁制造与安装的施工要求，应在理论数据模型创建时，增设钢桥梁制造、安装工艺留量，以达到制造结构与理论数据模型相一致的原则；⑵ 三维扫描数据采集：根据三维扫描测量设备作业环境要求，进行测量前期准备，安置平稳三维扫描设备，根据要求设置设备测量精度，采用多站点实物数据采集，各测量站点间转换，通过设置固定测量靶标实现精确定位；⑶ 三维扫描检测数据模型生成：利用专用数据处理软件，将现场采集的三维扫描数据通过靶标定位自动识别拼接为整体；截取需要的点云数据，其余点云数据清除，利于后期数据处理，将处理后的数据导入专用分析软件，并手动去除明显噪点，形成检测数据模型；⑷ 三维扫描偏差分析：在现有分析软件环境下，将检测数据模型与理论数据模型分别导入，通过点选进行预对齐，在预对齐之后再次进行自动对齐，自动对齐处理基于最小二乘法拟合；通过分析软件自有功能，自动生成两者模型数据对比偏差数据，在模型数据上呈现偏差分析彩图，或通过注释进行局部的分析。...

【技术特征摘要】
2018.12.20 CN 20181156607991.一种基于三维扫描的钢结构数字化检测方法，其特征是：⑴理论数据模型创建：根据桥梁设计结构，利用专用三维软件创建理论数据模型，其模型应如实反映设计意图，精度满足设计的相关要求；其次，考虑钢桥梁制造与安装的施工要求，应在理论数据模型创建时，增设钢桥梁制造、安装工艺留量，以达到制造结构与理论数据模型相一致的原则；⑵三维扫描数据采集：根据三维扫描测量设备作业环境要求，进行测量前期准备，安置平稳三维扫描设备，根据要求设置设备测量精度，采用多站点实物数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓辉，朱新华，刘志刚，张永利，李硕，杨亮，雷云，李艳停，白兴海，
申请(专利权)人：中铁高新工业股份有限公司，中铁宝桥扬州有限公司，中铁宝桥集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51