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「三維激光掃描虛擬預(yù)拼裝技術(shù)」利用三維激光掃描儀復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型等各種數(shù)據(jù)點云模型，在計算機中進行虛擬預(yù)拼裝，簡便高效地分析比對數(shù)據(jù)，驗證構(gòu)件的加工制作對接精度。本文以浙江大學(xué)承接的杭州某雙曲面人行天橋鋼箱梁模型檢測工程為例，講解鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)上的三維激光掃描儀虛擬預(yù)拼裝應(yīng)用技術(shù)。

構(gòu)件需要預(yù)拼裝常見于構(gòu)件或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運輸超限、以及現(xiàn)場安裝條件差等情況下，這意味著進行預(yù)拼裝即面對著諸多困難。為滿足現(xiàn)場一次拼裝和吊裝成功率，確保下道工序的正常運轉(zhuǎn)和安裝質(zhì)量達(dá)到規(guī)范、設(shè)計要求，進行實體預(yù)拼裝需耗費較多的人力物力，并且需要較大的空間以及較長的時間。

(資料圖片僅供參考)

三維激光掃描虛擬預(yù)拼裝技術(shù)利用三維激光掃描儀記錄被測物體表面的點的三維坐標(biāo)和紋理反射率等信息，快速復(fù)建出被測目標(biāo)的面、體以及三維模型等各種數(shù)據(jù)，然后使用點云處理及數(shù)據(jù)對比分析功能的軟件(MagnetCollage、Geomagic ControlX等），在計算機中進行虛擬預(yù)拼裝。在模型數(shù)據(jù)的對比分析中，可以簡單高效地得到構(gòu)件的加工尺寸偏差數(shù)據(jù)，更加直觀地了解構(gòu)件對接部位及其他關(guān)鍵部位的偏差分布，對偏差密集的區(qū)域或是關(guān)鍵部位進行點注釋，驗證構(gòu)件的加工制作對接精度。

外業(yè)掃描獲取數(shù)據(jù)

設(shè)備選型

本工程采用了Topcon GTL-1200三維激光掃描設(shè)備，其最大掃描距離能達(dá)到70m,掃描速度最快達(dá) 200000點/s，測距誤差為 ±2mm@50m，完全能夠滿足大范圍快速高精度測量的需求。

設(shè)備架設(shè)

多段構(gòu)件按照批次分布在現(xiàn)場不同位置，利用三維掃描儀便攜、快速的特點，每個構(gòu)件都通過不同角度轉(zhuǎn)換站點，在現(xiàn)場完成構(gòu)件全方位的掃描。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)采集的各測站點數(shù)據(jù)利用Magnet Collage軟件進行初步的處理。

1.點云模型處理

掃描后導(dǎo)入MagnetCollage處理

軟件MagnetCollage處理最終結(jié)果

2.模型虛擬預(yù)拼裝

將整理好的點云模型利用Geomagic ControlX軟件進行合并、拼接。

3號段中拱三維點云模型

人行橋中拱虛擬拼裝完成

3、對比分析

Geomagic ControlX軟件可以使用拼接好的點云模型與標(biāo)準(zhǔn)模型進行3D或2D對比分析。3D對比分析可以讓我們對構(gòu)件的整體偏差有一個直觀的了解，2D對比分析可以對偏差比較密集或者比較關(guān)鍵的部位進行更加全面的對比分析。

3D注釋分析

2D注釋分析

通過將掃描的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模型的對比分析，我們可以直觀地了解制作、拼裝的誤差，在構(gòu)件出廠前可以對制作不合格的構(gòu)件進行矯正，嚴(yán)重不合格的進行報廢處理，杜絕不合格產(chǎn)品出廠。同時在現(xiàn)場鋼拱的拼裝過程中也可以對拼裝進行指導(dǎo)，預(yù)拼裝好之后整體掃描一遍，誤差在允許范圍之內(nèi)才能進行焊接，誤差過大需根據(jù)對比分析結(jié)果進行及時調(diào)整，焊接完成之后進行復(fù)測，誤差在允許范圍內(nèi)才可進行吊裝。

三維激光掃描虛擬預(yù)拼裝技術(shù)擁有掃描速度快、實時性強、精度高等特點。能夠?qū)θ我馕矬w進行掃描，采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)。快速將掃描的信息轉(zhuǎn)換成計算機處理的數(shù)據(jù)，相比人工手動統(tǒng)計計算，避免了人為疏忽導(dǎo)致數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤的可能性。偏差數(shù)據(jù)不僅可以表現(xiàn)在模型上，用不同的顏色來表示不同的偏差范圍大小以及偏差分布，也可以以圖表的形式呈現(xiàn)。又或者創(chuàng)建點注釋，標(biāo)出構(gòu)件的詳細(xì)尺寸偏差。可以將所有對比分析操作生成報告并以 pdf格式保存，方便保存與隨時查看。更加全面快捷地復(fù)核鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的安裝精度，為后續(xù)安裝提供依據(jù)，對提高鋼結(jié)構(gòu)工廠加工及現(xiàn)場安裝的效率與質(zhì)量有著十分積極的作用。

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