基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法技术

本发明专利技术属于机械检测技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，旨在为了解决现有方法测量难度大、测量结果不能体现整个部件的变形、测量结果误差较大的问题。本发明专利技术方法在各扫描站分别通过三维激光扫描装置扫描被测起重机械和相应的标靶；对得到的点云数据进行拼接，获取统一坐标系下的被测起重机械表面各点的特征信息数据；进行三维空间模型重建，根据测试内容，获取三维模型目标平面上各测试点的空间坐标数据；计算得到被测起重机械的结构变形量。本发明专利技术能够获取被测机械部件的整体变形量，检测人员不需要近距离测量，因此提升了检测效率，降低了手工测量导致的测量误差。

Detection method of crane structure deformation based on 3D laser scanning

【技术实现步骤摘要】
基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法
本专利技术属于机械检测
，具体涉及一种基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法。
技术介绍
国民经济飞速发展的今天，起重机械已广泛应用于冶金、电力、港口、物流、机械制造和海洋工程等行业中。许多起重机械存在服役年代久远、运行工况复杂、日常作业过程中涉及到载荷多变，被吊物体形状多样化，作业频率、幅度变化不规律，工作环境复杂以及超负荷运行等情况。这些问题的存在容易致使起重机整体或局部钢结构产生变形的情况，从而导致起重机钢结构结构直接断裂或整机坍塌、倾翻等事故。起重机结构变形检测是起重机检验过程中一个重要的环节，包括起重机主梁腹板局部翘曲变形检测，起重机空载主梁上拱度检测，额定载荷主梁下挠度检测等。现在的起重机主梁腹板局部翘曲变形检测主要是在主梁内部腹板进行测量，利用长度为1m的量具配合钢尺进行测量，测量结果取量具内侧与腹板间隙最大值即为主梁腹板局部翘曲数值。起重机主梁上拱度是指主梁预制的、由水平线算起的向上拱起量。现有的起重机主梁上拱度主要采用水准仪或经纬仪测量法(测点必须距离镜头2米以上、拉钢丝(修正)法等进行检验测量。下挠度是指在额定载荷下，小车在主梁跨中，主梁跨中向下产生的弹性变形量，从加载前实际位置算起。现有的挠度测量主要利用经纬仪，激光测距仪进行测量。现有的测量方法需近距离测量被测设备，因此测量难度大、测量人员数量多；测量位置的选取多为局部选取，无法获取被测机械部件的整体变形量，测量结果不能全面体现整个部件的变形情况；测量结果的测量误差、累积误差较大。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有的测量方法测量难度大、测量结果不能全面体现整个部件的变形情况、测量结果的测量误差和累积误差较大问题，本专利技术提出了一种基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，该方法包括：步骤S100、根据被测起重机械和现场测试环境选取多个扫描站，并根据所述扫描站的位置布设标靶；步骤S200、在各扫描站分别通过三维激光扫描装置扫描所述被测起重机械和相应的标靶，获取第一点云数据；步骤S300、对多个扫描站获取的第一点云数据进行数据拼接，获取统一坐标系下的所述被测起重机械表面各点的特征信息数据，所述特征信息数据包括所述被测起重机械表面各点的空间坐标数据；步骤S400、基于所述特征信息数据，进行三维空间模型重建，得到被测起重机械三维模型；步骤S500、根据测试指标，从所述被测起重机械三维模型的目标平面上选取多个测试点，获取各测试点的空间坐标数据；步骤S600、基于所述空间坐标数据计算得到所述被测起重机械的结构变形量。作为本专利技术的一种改进，执行步骤S200之后，步骤S300之前，还包括：步骤S301、去除各扫描站获取的第一点云数据中的噪声数据，所述噪声数据为除被测起重机械和标靶之外的其他物体的点云数据。作为本专利技术的一种改进，执行步骤S200之后，步骤S300之前，还包括：步骤S302、对各扫描站获取的第一点云数据的进行优化处理，优化处理的方法包括点云滤波、点云简化、点云分割、点云分类中的一种或多种。作为本专利技术的一种改进，所述测试指标包括：主梁腹板翘曲局部变形量、主梁上拱度变形量、主梁下挠度变形量。作为本专利技术的一种改进，当所述测试指标为主梁腹板翘曲局部变形量时，扫描站选取条件包括：三维激光扫描装置与所述被测起重机械两个大梁内侧腹板夹角大于30°，且大梁两侧与所述三维激光扫描装置垂直水平面夹角大于45°。作为本专利技术的一种改进，所述标靶为标靶球，步骤S100中根据所述扫描站的位置布设标靶包括：同一水平面标靶球的数量为1个或2个；所述标靶球与所述三维激光扫描装置之间的距离范围均为3m—8m；三维激光扫描装置与地面之间的标靶球的夹角大于60°。作为本专利技术的一种改进，所述三维激光扫描装置的配置参数包括：点云参数设置范围为8192*3413Pt至10240*4267Pt；水平区域角度为0°至360°，垂直区域角度为-60°至90°；关闭GPS定位功能；扫描距离为室内10m以上。作为本专利技术的一种改进，所述结构变形量的计算方法为：ΔH＝H1-H2其中，ΔH为起重机主梁腹板或下盖板表面目标点的结构变形量；H1为同一坐标平面内起重机主梁表面目标点的空间Z轴坐标值；H2为起重机主梁表面目标点垂直于理想平面点的空间Z轴值。作为本专利技术的一种改进，当所述测试指标为主梁上拱度变形时，所述结构变形量的计算方法为：F＝D-D1其中，F为上拱度测量得到的结构变形量，D为主梁跨中上沿最高点位置坐标，D1为端梁正上方最高点坐标，D＞D1。作为本专利技术的一种改进，当所述测试指标为主梁下挠度变形检测时，所述结构变形量的计算方法为：y＝∣L-L1∣其中，y为下挠度值，L为加载前主梁腹板任一点的高度、L1加载后主梁腹板任一点的高度。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术利用三维激光扫描仪进行起重机变形的综合测量，可以将起重机可视范围内的所有空间点信息统一获取，计算变形量所需要的数据采集得更全面，从而可以获取整个平面的变形信息，而且降低了测量误差；检测人员不需要近距离测量，因此提升了检测效率，节省检测资源的消耗，将检测中的安全风险因素降到最低；能够获取被测机械部件的整体变形量，测量结果为检验结果提供可靠的数据支撑。附图说明本专利技术借助于以下附图进行描述：图1为本专利技术具体实施方式中基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法流程示意图；图2为本专利技术具体实施方式中三维激光扫描空间直角坐标系示意图；图3为本专利技术具体实施方式中的主梁腹板局部翘曲变形检测示意图；图4为本专利技术具体实施方式中的基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法一个实施例的流程示意图；图5为本专利技术具体实施方式中的一个测试实例的现场图；图6为本专利技术具体实施方式中的标靶球摆放和设站位置示意图；图7a为本专利技术具体实施方式中的Scans软件各扫描站拼接示意图；图7b为本专利技术具体实施方式中的拼接识别点识别示意图；图7c为本专利技术具体实施方式中的Scans软件中导出原始模型的布置扫描参数设定示意图；图7d为本专利技术具体实施方式中的Scans软件中导出原始模型的导出扫描点参数设定示意图；图8a为本专利技术具体实施方式中拾取平面上测试点坐标示意图；图8b为本专利技术具体实施方式中隐藏起重机模型得到各点空间坐标示意图；图9a为本专利技术具体实施方式中差异变形曲线示意图；图9b为本专利技术具体实施方式中导出原始数据示意图。具体实施方式为了更好的解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，其特征在于，该方法包括：/n步骤S100、根据被测起重机械和现场测试环境选取多个扫描站，并根据所述扫描站的位置布设标靶；/n步骤S200、在各扫描站分别通过三维激光扫描装置扫描所述被测起重机械和相应的标靶，获取第一点云数据；/n步骤S300、对多个扫描站获取的第一点云数据进行数据拼接，获取统一坐标系下的所述被测起重机械表面各点的特征信息数据，所述特征信息数据包括所述被测起重机械表面各点的空间坐标数据；/n步骤S400、基于所述特征信息数据，进行三维空间模型重建，得到被测起重机械三维模型；/n步骤S500、根据测试指标，从所述被测起重机械三维模型的目标平面上选取多个测试点，获取各测试点的空间坐标数据；/n步骤S600、基于所述空间坐标数据计算得到所述被测起重机械的结构变形量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S100、根据被测起重机械和现场测试环境选取多个扫描站，并根据所述扫描站的位置布设标靶；
步骤S200、在各扫描站分别通过三维激光扫描装置扫描所述被测起重机械和相应的标靶，获取第一点云数据；
步骤S300、对多个扫描站获取的第一点云数据进行数据拼接，获取统一坐标系下的所述被测起重机械表面各点的特征信息数据，所述特征信息数据包括所述被测起重机械表面各点的空间坐标数据；
步骤S400、基于所述特征信息数据，进行三维空间模型重建，得到被测起重机械三维模型；
步骤S500、根据测试指标，从所述被测起重机械三维模型的目标平面上选取多个测试点，获取各测试点的空间坐标数据；
步骤S600、基于所述空间坐标数据计算得到所述被测起重机械的结构变形量。


2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，其特征在于，执行步骤S200之后，步骤S300之前，还包括：
步骤S301、去除各扫描站获取的第一点云数据中的噪声数据，所述噪声数据为除被测起重机械和标靶之外的其他物体的点云数据。


3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，其特征在于，执行步骤S200之后，步骤S300之前，还包括：
步骤S302、对各扫描站获取的第一点云数据的进行优化处理，优化处理的方法包括点云滤波、点云简化、点云分割、点云分类中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，其特征在于，所述测试指标包括：主梁腹板翘曲局部变形量、主梁上拱度变形量、主梁下挠度变形量。


5.根据权利要求4所述的基于三维激光扫描的起重机械结构变形检测方法，其特征在于，当所述测试指标为主梁腹板翘曲局部变形量时，扫描站选取条件包括：
三维激光扫描装置与所述被测起重机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁克勤，史一生，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11