一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，具体步骤包括安放试验对象，选择和布置三维激光扫描仪测站位置和数量，设置三维激光扫描标靶球位置和数量，对试验对象进行检测和对检测结果进行处理。本发明专利技术将三维激光扫描技术应用到结构试验中，对结构试验的全过程进行检测和监控。本发明专利技术提供的基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，可以测试结构的全位移场，得到结构的全变形场，能够对结构的开裂、失效和破坏模式进行全方位、全过程反馈。本发明专利技术提出的结构试验检测方法，可以帮助科研人员全面掌握结构在试验过程中发生的各种变化，能够大幅度提高对结构的力学性能了解、分析和把握的精准程度。

A structure test method based on 3D laser scanning technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法
本专利技术属于土木工程结构试验
，具体涉及结构的力学试验的检测方法。
技术介绍
结构力学试验是科研人员了解结构受力特点、对结构进行力学分析、判断结构的设计是否合理、对结构进行优化的重要方法和手段。传统的结构试验方法主要是使用位移计测量结构在荷载作用下的位移，通过目测了解结构在荷载作用下的开裂、变形与破坏模式。这种观测手段得到的结构位移的测点是少量的，对于结构发生开裂与破坏的观测精度是不足的，尤其是对于结构发生不规则变形的测量是十分欠缺的。因此，很有必要在现有技术的基础之上，设计研发一种能够对结构试验过程中发生的位移、变形、开裂以及破坏模式进行准确检测、测量和描述的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有试验技术的欠缺，提供一种能够对结构试验过程中发生的位移、变形、开裂以及破坏模式进行准确检测、测量和描述的方法。本专利技术把三维激光扫描技术引入到结构试验中，对结构力学试验的全过程进行检测和监控，能够大幅度提高检测的密度、精度和效率。为了实现以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，包括以下步骤：a、把试验对象的表面采用互相垂直的直线清晰地划分出网格区域；b、安放试验对象：根据检测要求，将试验对象平稳安放于地面上或距离地面一设定高度安放平稳，并清除试验对象周围的障碍物；c、选择和布置三维激光扫描仪测站位置和数量：沿试验对象周围并距试验对象一定距离设置若干测站，测站的位置和数量选取的原则是：使用最少的测站，实现对试验对象所有表面的全方位观测；d、设置三维激光扫描标靶球位置和数量：按步骤C设置的测站间隔设置若干标靶球，标靶球距试验对象一定的距离，具体方法是以三维激光扫描仪测站为顶点，三维激光扫描仪测站与相邻两个标靶球之间的夹角为钝角，每一测站都能够观测到至少3个标靶球，标靶球的位置在试验期间保持固定不动；e、对试验对象进行扫描检测：具体是采用分级施加荷载、分级进行三维激光扫描检测的方法，每一级荷载施加结束后，保持一段时间荷载不变；f、对检测结果进行处理：具体方法是将扫描的结果通过配准、拼接、降噪的后处理手段，形成试验对象的三维点云数据，对三维点云数据进行判断和分析，实现对试验对象的结构试验所发生的位移、变形、开裂以及破坏模式的全过程检测与监控。进一步优选的，步骤a中，所述的网格区域为方形网格区域；所述方形网格区域的边长为5-10cm。进一步优选的，步骤b中，所述的设定高度为1.2-1.5m。进一步优选的，步骤c中，所述距离为测站上三维激光扫描仪镜头到试验对象表面最近点处的距离为3-8m，所述若干测站为4-6个。进一步优选的，步骤d中，所述距离为标靶球球心到试验对象表面最近点处的距离为3-8m，所述若干标靶球为4-6个，在试验期间，所有标靶球的位置始终固定不动。进一步优选的，步骤d中，所述钝角为100-170度。进一步优选的，步骤e中，所述的分级施加荷载的大小为：每一级荷载为预计施加最大荷载值的1/10-1/30；所述的一段时间为15-20分钟。有益效果：本专利技术和现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术提出了一种标靶球设置方法，使用三维激光扫描仪在不同测站对结构进行扫描检测时，所有标靶球的位置在试验期间保持固定不动，有效避免了由于标靶球的位置改变而导致的误差累积。2、本专利技术提出了一种使用三维激光扫描检测结构位移和变形的方法，对结构所有表面进行分级检测和分级扫描，能够对结构在试验过程中的位移场和变形场进行全程监测，尤其是能够实现对结构不规则变形的全方位观测。3、本专利技术提出了一种使用三维激光扫描检测结构裂缝的方法，能够对结构在试验过程中所有的裂缝的发生和发展进行高精度测量，对结构的失效和破坏进行全过程监测。附图说明图1为本专利技术的结构试验检测中检测对象与检测仪器布置图。图中，1为试验对象；2为划分区域的直线；3-1、3-2、3-3、3-4为标靶球Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ；4-1、4-2、4-3、4-4为测站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例：如附图1所示，为本专利技术的一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，其包括以下内容和步骤：a、试验对象1为一根钢筋混凝土梁，把试验对象1的所有表面用石灰粉刷成白色，然后在试验对象1的表面上，用铅笔画出互相垂直、间距相等的黑色的直线2，直线2把试验对象1表面清晰地划分出不同的正方形网格状区域，网格状区域的大小可以根据观测的细致程度不同而确定，本实施例中，正方形网格状区域的边长为10cm，便于观测并精确定位结构不同区域的位移、变形、开裂以及破坏的发展模式；b、在试验时，把试验对象1安放在高出地面一定距离的位置，本实施例中，试验对象1的下表面距离地面1.5m，以便于观测结构下表面的位移、变形、开裂以及破坏的状况；试验前，清理试验对象1周围与试验无关的物体，无关人员禁止进入试验现场，防止无关人员和物体遮挡试验对象1，阻碍激光扫描；c、根据结构和试验现场情况，选择三维激光扫描仪4测站位置。三维激光扫描仪4测站位置选取的原则是：使用最少的测站，实现对结构所有表面的全方位观测。具体做法为：测站上三维激光扫描仪镜头到试验对象表面最近点处的距离为3-8m，三维激光扫描仪4测站数量为4-6站。本实施例中，选取的三维激光扫描仪4测站为测站Ⅰ4-1、测站Ⅱ4-2、测站Ⅲ4-3和测站Ⅳ4-4，共4个测站。三维激光扫描仪4在每一测站所处的平面位置不同，要保证在选定测站位置扫描时，激光能够分别扫描到试验对象1的所有立面。三维激光扫描仪4在每一测站架设的高度不同，要保证在选定测站位置扫描时，激光能够分别扫描到试验对象1的上表面和下表面。以上措施，能够保证试验对象1的所有表面，都能够被三维激光扫描仪扫描到，实现对结构所有表面的全方位的检测；d、根据结构和现场条件以及测站位置，选择合适的位置设置三维激光扫描标靶球3。具体做法为：标靶球3的数量为4-6个，标靶球球心到试验对象表面最近点处的距离为3-8m。本实施例中，标靶球的数量为4个，分别为标靶球Ⅰ3-1、标靶球Ⅱ3-2、标靶球Ⅲ3-3和标靶球Ⅳ3-4。要求以三维激光扫描仪4测站为顶点，三维激光扫描仪4测站与相邻两个标靶球3之间的夹角为钝角。例如，在本实例中，以三维激光扫描仪测站Ⅰ4-1为顶点，标靶球Ⅰ3-1、三维激光扫描仪测站Ⅰ4-1和标靶球Ⅳ3-4形成的角度为160度。并且每一测站都能够观测到尽量多的标靶球3，在相邻两个测站扫描时，至少能够同时完整扫描到三个相同的标靶球3。例如，在本实施例中，在测站Ⅰ4-1和测站Ⅱ4-2进行扫描时，都能够同时扫描到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/na、把试验对象的表面采用互相垂直的直线清晰地划分出网格区域；/nb、安放试验对象：根据检测要求，将试验对象平稳安放于地面上或距离地面一设定高度安放平稳，并清除试验对象周围的障碍物；/nc、选择和布置三维激光扫描仪测站位置和数量：沿试验对象周围并距试验对象一定距离设置若干测站，测站的位置和数量选取的原则是：使用最少的测站，实现对试验对象所有表面的全方位观测；/nd、设置三维激光扫描标靶球位置和数量：按步骤C设置的测站间隔设置若干标靶球，标靶球距试验对象一定的距离，具体方法是以三维激光扫描仪测站为顶点，三维激光扫描仪测站与相邻两个标靶球之间的夹角为钝角，每一测站都能够观测到至少3个标靶球，标靶球的位置在试验期间保持固定不动；/ne、对试验对象进行扫描检测：具体是采用分级施加荷载、分级进行三维激光扫描检测的方法，每一级荷载施加结束后，保持一段时间荷载不变；/nf、对检测结果进行处理：具体方法是将扫描的结果通过配准、拼接、降噪的后处理手段，形成试验对象的三维点云数据，对三维点云数据进行判断和分析，实现对试验对象的结构试验所发生的位移、变形、开裂以及破坏模式的全过程检测与监控。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、把试验对象的表面采用互相垂直的直线清晰地划分出网格区域；
b、安放试验对象：根据检测要求，将试验对象平稳安放于地面上或距离地面一设定高度安放平稳，并清除试验对象周围的障碍物；
c、选择和布置三维激光扫描仪测站位置和数量：沿试验对象周围并距试验对象一定距离设置若干测站，测站的位置和数量选取的原则是：使用最少的测站，实现对试验对象所有表面的全方位观测；
d、设置三维激光扫描标靶球位置和数量：按步骤C设置的测站间隔设置若干标靶球，标靶球距试验对象一定的距离，具体方法是以三维激光扫描仪测站为顶点，三维激光扫描仪测站与相邻两个标靶球之间的夹角为钝角，每一测站都能够观测到至少3个标靶球，标靶球的位置在试验期间保持固定不动；
e、对试验对象进行扫描检测：具体是采用分级施加荷载、分级进行三维激光扫描检测的方法，每一级荷载施加结束后，保持一段时间荷载不变；
f、对检测结果进行处理：具体方法是将扫描的结果通过配准、拼接、降噪的后处理手段，形成试验对象的三维点云数据，对三维点云数据进行判断和分析，实现对试验对象的结构试验所发生的位移、变形、开裂以及破坏模式的全过程检测与监控。


2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的结构试验检测方法，其特征在于：步骤a中，所述的网格区域为方形网格区域。


3.根据权利要求2所述的一种基于三维激光扫描技术的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛东焱，陆培，黄杨成，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32