CN212180644U - 三维激光扫描外墙检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维激光扫描外墙检测***，包括一扫描装置、一控制器、一数据采集装置、一信号处理装置和一便携式计算机；所述便携式计算机、所述控制器和所述扫描装置依次连接；所述扫描装置、所述数据采集装置、所述信号处理装置和所述便携式计算机依次连接；所述扫描装置包括一壳体和固定于所述壳体的一激光发射器、一激光接收器、一驱动机构和至少两反光镜；所述反光镜与所述驱动机构传动连接并分别邻近所述激光发射器和所述激光接收器设置；所述控制器连接所述激光发射器、所述激光接收器和所述驱动机构。本实用新型的一种三维激光扫描外墙检测***，非接触式、检测速度快、缺陷识别率高，为检测对象质量评估与修缮提供技术支撑。

Description

三维激光扫描外墙检测***

技术领域

本实用新型涉及建筑物检测装置领域，尤其涉及一种三维激光扫描外墙检测***。

背景技术

受施工质量和环境因素的影响，建筑物饰面层或外保温***存在空鼓、开裂、脱落等质量问题，易发生建筑材料脱落，导致高空坠物事故，因此，需采取有效措施对外立面中缺陷位置和尺寸进行快速、精确检测。目前外立面检测常用的方法有人工敲击法、拉拔法和红外热成像法。人工敲击法中打击力度和判断准则均未有定量化的标准，需靠检测人员的主观判断，结果具有一定随机性；拉拔法是一种微损检测方式，无法判别缺陷的尺寸。同时，两者均为接触式检测方法，检测效率低，且高空检测时，危险系数高。红外热成像是一种非接触式无损检测技术，对于外立面的大面积普查具有重要意义，但是无法实现缺陷的精确识别。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种三维激光扫描外墙检测***，非接触式、检测速度快、缺陷识别率高，为检测对象质量评估与修缮提供技术支撑。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种三维激光扫描外墙检测***，包括一扫描装置、一控制器、一数据采集装置、一信号处理装置和一便携式计算机；所述便携式计算机、所述控制器和所述扫描装置依次连接；所述扫描装置、所述数据采集装置、所述信号处理装置和所述便携式计算机依次连接；所述扫描装置包括一壳体和固定于所述壳体的一激光发射器、一激光接收器、一驱动机构和至少两反光镜；所述反光镜与所述驱动机构传动连接并分别邻近所述激光发射器和所述激光接收器设置；所述控制器连接所述激光发射器、所述激光接收器和所述驱动机构。

优选地，所述驱动机构包括两旋转机构和至少一电机，两所述反光镜分别通过一所述旋转机构与所述电机传动连接；所述控制器连接所述电机。

优选地，所述控制器包括单片机。

优选地，所述信号处理装置包括计算机、平板电脑和智能手机。

优选地，所述数据采集装置包括数据采集卡。

优选地，还包括一固定架，所述扫描装置安装于所述固定架上。

本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

扫描装置用于对待检测对象进行三维激光扫描；便携式计算机用于对扫描装置进行控制和检测信息的显示；控制器用于接收便携式计算机的控制指令对扫描装置进行控制；通过便携式计算机、控制器、驱动机构和反光镜的配合，为实现自动旋转反光镜对检测区间进行扫描获取点云数据提供了硬件基础；数据采集装置用于存储点云数据并对点云数据进行信号处理；信号处理装置用于对点云数据进行后处理并将处理后的信息发送给便携式计算机。通过便携式计算机、扫描装置、数据采集装置和信号处理装置的配合，可实现非接触式、检测速度快且缺陷识别率高的三维激光扫描外墙检测，为检测对象质量评估与修缮提供技术支撑。

附图说明

图1为本实用新型实施例的三维激光扫描外墙检测***的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的三维激光扫描外墙检测***的检测流程图；

图3为本实用新型实施例的建筑物外立面凸出区域成像图。

具体实施方式

下面根据附图1～图3，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。

请参阅图1，本实用新型实施例的一种三维激光扫描外墙检测***，包括一扫描装置1、一控制器2、一数据采集装置3、一信号处理装置4、一便携式计算机5和一固定架6；便携式计算机5、控制器2和扫描装置1依次连接；扫描装置1、数据采集装置3、信号处理装置4和便携式计算机5依次连接；扫描装置1包括一壳体和固定于壳体的一激光发射器11、一激光接收器12、一驱动机构13和至少两反光镜；反光镜与驱动机构13传动连接并分别邻近激光发射器11和激光接收器12设置；控制器2连接激光发射器11、激光接收器12和驱动机构13。扫描装置1安装于固定架6上。

本实施例中，激光发射器11安全等级为1级，不同类型激光发射器11 发射激光脉冲波长范围为256nm～1550nm。扫描装置1为三维激光扫描装置，三维激光扫描通过测量激光点所接触物体表面的水平方向、斜距和反射强度，获取目标物的三维空间数据源，是一种非接触式的主动检测技术，具有采样速率高、扫描速度快、测量精度高、测程远等优点。通过便携式计算机5、控制器2、驱动机构13和反光镜的配合，为实现自动旋转反光镜对检测区间进行扫描获取点云数据提供了硬件基础。

驱动机构13包括两旋转机构和至少一电机，两反光镜分别通过一旋转机构与电机传动连接；控制器2连接电机。

本实施例中，控制器2包括单片机。信号处理装置4包括计算机、平板电脑和智能手机。数据采集装置3包括数据采集卡。

使用本实用新型实施例的一种三维激光扫描外墙检测***时，利用激光发射器11发出脉冲信号；当脉冲信号传播至待检对象7表面时，发生漫反射现象，部分信号传回至激光接收器12，通过数据采集装置3进行信号采集、存储，从而获取待检对象7的距离和角度；同时测量每个脉冲激光横向扫描角度和纵向扫描角度，可以获取待检对象7上待检点的三维坐标；自动旋转反光镜，可以自动获取整个取待检对象7的点云数据；然后利用信号处理装置4对点云数据进行后处理，后处理可包括采用最近点迭代配准法、k-近邻点云去噪算法、点云成像和缺陷自动识别算法，以确定待检对象7外表面是否存在缺陷及尺寸，为其安全性评估提供指导。

本实用新型实施例的一种三维激光扫描外墙检测***，具有如下有益效果：

1、采用三维激光扫描，实现非接触式检测，检测效率高。

2、适用于高层建筑外立面无损检测，应用范围广，安全系数高。

3、检测精度高。

在检测过程中，首先根据待检对象7所处环境和激光传播理论，确定检测距离和扫描范围。通过控制器2发出命令给激光发射器11产生脉冲激光，同时命令扫描装置1启动驱动机构13旋转反光镜，对检测区域进行扫描。在扫描过程中，扫描装置1采用相位差法测量与每个扫描点之间的距离S，同时测量每个激光脉冲横向扫描角度α和纵向扫描角度θ，计算各个扫描点相对于扫描装置1的坐标(x,y,z)，即点云数据，存储在数据采集装置3中进行信号处理。信号处理装置4对点云数据进行后处理，由便携式计算机5中基于C++ 语言的***软件完成对整个扫描***的控制和显示，通过设置阈值，自动识别缺陷位置和尺寸，实现检测对象外表面的定量无损检测。

请参阅图2，本实用新型实施例的一种三维激光扫描外墙检测***，其操作步骤如下：

S1：选择检测***放置点，在检测对象外表面设置检测区域，根据激光传播理论设定波长、采样频率、扫描速度等参数；

S2：通过激光测距测量检测***与检测点之间距离S，记录其横、纵向扫描角度α和θ，计算扫描点坐标(x,y,z)；

S3：通过驱动机构13自动旋转反光镜对检测区间进行扫描获取点云数据，利用数据采集装置3进行保存；

S4：在检测区域中选取一点作为坐标原点，基于最近点迭代配准法和坐标变换技术对点云数据进行配准，利用k-近邻点云去噪算法进行降噪，并设定距离阈值d对点云数据进行重采样，精简数据；

S5：设定z坐标阈值z₁和z₂(z₁>z₂)，保持坐标x，y不变，若：

(i)坐标值z＞z₁，z取值保持不变，否则z取值0，存为新的数据集合J_T，表示检测区域凸出部分；

(ii)坐标值z＜z₂，z取值保持不变，否则z取值0，存为新的数据集合J_A，表示检测区域凹陷部分；

(iii)坐标值z₂＜z＜z₁，z取值保持不变，否则z取值0，存为新的数据集合J_z，表示检测区域正常部分。

S6：利用k-近邻点云去噪算法对新的数据集合J_T、J_A和J_z去噪后，利用 C++语言编制的检测软件进行成像，分别表征检测对象外表面凸出、凹陷和正常区域的位置；

S7：基于自适应阈值分割原理将图像转换成二值图像，通过计算二值图像像素点的方式自动提取凸出、凹陷和正常区域面积。

在步骤S1中，采用脉冲激光器作为发射器，激光安全等级为1级，检测距离可达500m，可以通过点间距、光斑大小和距离分辨率调整扫描分辨率。

在步骤S5中，如果检测对象外表面存在空鼓、开裂、脱落等缺陷，该区域z坐标值与周围正常区域相应值存在较大差值，通过选择阈值z₁和z₂，可以判断缺陷是否存在。同时，对于不同的检测环境，阈值z₁和z₂亦不同，需要根据存在缺陷的具体状况提前进行标定。

在步骤S6中，根据三维激光成像图和z坐标值，可以定量分析凸出区域的高度和凹陷区域的深度。

例如：

本实用新型实施例的一种三维激光扫描外墙检测***，在建筑物外立面缺陷检测中的操作步骤如下：

S1：选择检测***放置点，在建筑物外立面设置检测区域(3.75m×20.0m)，根据激光传播理论选用绿光，设定其波长为532nm、扫描速度每秒200000点，点间距为1mm，检测距离为20m；

S2：通过激光测距测量检测***与检测点之间距离S，记录其横、纵向扫描角度α和θ，计算扫描点坐标(x,y,z)；

S3：通过驱动机构13自动旋转反光镜对检测区间进行扫描获取点云数据，利用数据采集装置3进行保存；

S4：在检测区域中选取一点作为坐标原点，基于最近点迭代配准法和坐标变换技术对点云数据进行配准，利用k-近邻点云去噪算法进行降噪，并设定距离阈值2mm对点云数据进行重采样，精简数据；

S5：设定z坐标阈值z₁＝10mm和z₂＝-10mm(z₁>z₂)，保持坐标x，y 不变，若：

(i)坐标值z＞z₁，z取值保持不变，否则z取值0，存为新的数据集合J_T，表示检测区域凸出部分；

(ii)坐标值z＜z₂，z取值保持不变，否则z取值0，存为新的数据集合J_A，表示检测区域凹陷部分；

(iii)坐标值z₂＜z＜z₁，z取值保持不变，否则z取值0，存为新的数据集合J_z，表示检测区域正常部分。

S6：利用k-近邻点云去噪算法对新的数据集合J_T、J_A和J_z去噪后，利用C++语言编制的检测软件进行成像，分别表征建筑物外立面凸出、凹陷和正常区域的位置，凸出区域如图3所示。

S7：基于自适应阈值分割原理将图像转换成二值图像，通过计算二值图像像素点的方式自动提取凸出、凹陷和正常区域面积，其中凸出区域的面积为0.45m²，凹陷区域面积为0m²，正常区域面积为74.55m²，与建筑物外立面缺陷实际尺寸较一致。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种三维激光扫描外墙检测***，其特征在于，包括一扫描装置、一控制器、一数据采集装置、一信号处理装置和一便携式计算机；所述便携式计算机、所述控制器和所述扫描装置依次连接；所述扫描装置、所述数据采集装置、所述信号处理装置和所述便携式计算机依次连接；所述扫描装置包括一壳体和固定于所述壳体的一激光发射器、一激光接收器、一驱动机构和至少两反光镜；所述反光镜与所述驱动机构传动连接并分别邻近所述激光发射器和所述激光接收器设置；所述控制器连接所述激光发射器、所述激光接收器和所述驱动机构。

2.根据权利要求1所述的三维激光扫描外墙检测***，其特征在于，所述驱动机构包括两旋转机构和至少一电机，两所述反光镜分别通过一所述旋转机构与所述电机传动连接；所述控制器连接所述电机。

3.根据权利要求1所述的三维激光扫描外墙检测***，其特征在于，所述控制器包括单片机。

4.根据权利要求1所述的三维激光扫描外墙检测***，其特征在于，所述信号处理装置包括计算机、平板电脑和智能手机。

5.根据权利要求1所述的三维激光扫描外墙检测***，其特征在于，所述数据采集装置包括数据采集卡。

6.根据权利要求1所述的三维激光扫描外墙检测***，其特征在于，还包括一固定架，所述扫描装置安装于所述固定架上。

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