徕卡P40钢结构构件检测及预拼装中的应用方法介绍（压缩版）

徕卡ScanStationP40产品在钢结构构件检测及预拼装中的应用概述演示时间：2015年11月13日-11月14日演示地点：珠海三一海洋重工演示内容：钢结构外业点云扫描及数据处理演示要求：一、仪器测试1、检验设备的扫描速度。2、检查细节部分点云质量。3、检查拼接精度以及点云的扫描密度。4、计算主梁的旁弯及拱度并与全站仪数据进行对比。5、通过高精度全站仪验证扫描仪点云的精度。二、虚拟装配测试作业过程外业扫描扫描前的准备扫描之前对现场进行勘察，确定每一个构件扫描仪的架站位置，合理计划分配，是扫描仪最终的架站扫描在保证质量的前提下，节约时间和扫描数据量，为后续的数据处理打好基础；同时为便于进行扫描仪精度及主梁拱度和旁弯的数值，在特定区域贴上提前打印好的徕卡4.5英寸黑白标靶，为前期扫描做好一切准备工作。此次扫描为钢结构构件，分为主梁一、二及支腿A、B、C、D。扫描采用独立架站方式，扫描基本分辨率使用6.3mm@10m，在主梁及支腿的接口部分采用3.1mm@10m，保证接口部分点云密度约1mm，以更好的记录接口的现实情况。扫描主梁现场标靶的扫描点云扫描完毕，每站进行标靶扫描。标靶扫描分为三部分：第一部分为扫描后期用于对站站之间数据进行拼接的标靶，原则上保证站站之间有两个公共标靶；第二部分为根据提前划取中线位置贴制的标靶，用于后续虚拟安装时定义控制标准；第三部分扫描主梁侧面及顶部的标靶，通过点位坐标延测量轴系的偏差来计算主梁的拱度及旁弯，同时通过标靶点位之间的距离与全站仪数据进行对比，检验扫描仪精度。数据存储主梁及支腿分别创建新的工程文件进行扫描，避免单个数据文件过大，整体扫描完毕之后通过USB存储设备导出。内业数据处理数据导入使用徕卡P40设备标配后处理软件Cyclone进行数据的直接导入，进行点云的浏览、查看。单站点云数据数据拼接通过Cyclone-Register模块进行站站之间的数据自动拼接，生成专业的拼接报告并可进行报告的输出，使用徕卡P40专用4.5英寸标靶，可将站站之间整体拼接精度控制在1mm以下。点云整体拼接精度（error为误差）数据过滤和提取各个构件拼接完成之后，进行数据的过滤和去噪，目的是最终保留对后续处理成果有用的点，将无关的点全部删除或屏蔽，避免对数据处理产生不良影响。拼接好的两条主梁拼接好的支腿A&B点云质量检查P40设备扫描最快速度为一百万点每秒，实际扫描中，使用6.3mm@10m及3.1mm@10m平均扫描速度为1.5~2min每站，扫描单个标靶时间约为20s，从实际的点云质量上看，采用该设置点云质量较好（图6）。Cyclone软件同时支持在软件中自动查找扫描点云中的黑白标靶用于点云的拼接，使用此功能在保证拼接精度的前提下，可节约外业扫描的时间（图7）。细节点云质量点云密度精度验证扫描精度检测是通过与高精度全站仪（徕卡TCR1202+）的测量数据进行比对的方式进行。具体方式为：在扫描的点云中提取事先贴好的标靶点坐标，通过靶点在点云中提取主梁的旁弯及拱度数据及点间距数据，与全站仪直接测量的数据进行对比。旁弯数据对比旁弯扫描点云表1主梁旁弯数据对比表主梁一主梁二点号全站仪旁弯扫描仪旁弯偏差方差点号全站仪旁弯扫描仪旁弯偏差方差10.000.000.000.0310.000.000.000.224-2.17-1.80-0.370.384-0.26-1.000.740.115-2.05-1.30-0.751.0852.121.300.820.206-3.08-2.40-0.681.0961.200.001.200.747-4.11-3.10-1.012.1072.271.700.570.098-4.03-3.80-0.230.638-0.29-0.600.310.009-3.72-3.10-0.621.589-2.72-3.200.480.0610-3.79-4.500.710.0010-4.61-5.400.790.3211-3.21-5.001.791.0611-2.67-3.901.231.1512-5.08-6.000.920.0812-2.38-4.101.722.8713-4.98-6.101.120.2713-2.69-2.60-0.090.0214-3.76-4.600.840.1114-2.53-2.50-0.030.0415-4.25-4.00-0.250.48150.46-0.300.761.0716-2.14-2.600.460.02160.060.80-0.740.0417-0.92-1.600.680.00170.261.00-0.740.07180.93-0.401.330.4418-0.670.00-0.670.1120.000.000.000.0720.000.000.000.180.770.67主梁1旁弯对比主梁2旁弯对比由上图表可知，主梁一、主梁二各自采用扫描仪与全站仪分别检测旁弯数据的走势基本一致，且各自最大值（符合工艺要求≤8mm）对应点相同。另外，分别对比扫描仪与全站仪检测数据，其偏差≤2mm且方差S很小，即数据波动小，检测结果稳定。拱度数据对比拱度扫描点云表2主梁拱度数据对比表主梁一主梁二点号全站仪拱度扫描仪拱度偏差方差点号全站仪拱度扫描仪拱度偏差方差10.000.000.000.0310.000.000.001.894-1.890.10-1.994.7141.560.600.965.4651.333.40-2.075.7953.834.40-0.570.9463.867.30-3.4415.6565.997.30-1.310.0978.7911.50-2.7112.68710.8414.10-3.262.62813.4010.802.602.04815.1014.001.106.73917.0619.00-1.948.82918.0622.50-4.447.221018.2321.10-2.8717.871018.5321.20-2.671.471120.2921.10-0.817.281126.9522.504.4533.081218.7316.801.930.121215.2516.30-1.051.171317.7015.002.700.141314.3916.80-2.410.011416.2417.90-1.6615.361412.1616.40-4.243.831511.8710.701.174.27156.9710.70-3.733.76166.780.606.185.08164.586.60-2.020.76172.89-2.705.597.82170.281.70-1.420.5120.000.000.000.0320.000.000.001.892.682.15主梁1拱度对比主梁2拱度对比点间距数据对比L1L2L1L2L3主梁1对比直线示意图L5L5L4支腿C尺寸检测位置示意图表3点间距检测表序号部件尺寸名称设计值三维扫描仪测量值全站仪测量值备注1主梁一L1-5.9992m5.9998m小0.6mm2L2-11.4965m11.4982m小1.7mm3L3-23.4914m23.4898m大1.6mm4支腿CL40.700m0.700m-05L51.600m1.601m-1mm虚拟装配点云分段数据导出扫描分段数据进行高精度拼接、过滤后，进行分段导出为标准的点云格式，为后期的虚拟装配提供基础扫描数据。虚拟装配主尺寸量测将点云分段数据及对应标靶控制点导入第三方软件，依照提前提供的装配图示，以控制点为基准在软件中进行虚拟对齐装配，完毕后计算关键数据实际测量值与设计值的差异。需要说明的是支腿与主梁设计角度均为90°，故装配完成后主梁控制点为中心与支腿另一侧相应位置间距理论上为同一数值。如下图所示，给出理论长度为23470mm，经规范对齐装配完成后，测量得出实际长度为23490mm。图16.主梁及支腿装配图示图17.分段扫描点云数据导入第三方软件图18.主梁1装配完成图示S1S2L1H2H1S1S2L1H2H1图19.主梁1装配完成关键数据测量根据同样方法对主梁2进行虚拟装配并测量关键数据。图20.主梁2装配完成关键数据测量表4主梁1虚拟装配测量表序号尺寸名称设计值虚拟装配测量值与设计值偏差1L123.470m23.4901m大20mm2H115.542m15.542m-3H215.542m15.542m-4S1-28.1674m-5S2-28.1681m-表5主梁2虚拟装配测量表序号尺寸名称设计值虚拟装配测量值与设计值偏差1L123.470m23.4882m大18mm2H115.542m15.542m-3H215.542m15.542m-4S1-28.1654m-5S2-28.1661m-虚拟装配对接截面细节尺寸量测主尺寸量测完毕，将主梁与支腿截面处放大至适合视图，分别调整三维视角至内侧（及主梁贴标靶检测旁弯一侧）正视视角及外侧正视视角，利用上述方法同样的测量功能，单侧均匀选取4个点进行截面上Z轴方向的距离测量。图21.主梁1支腿A内侧测量界面图22.主梁1支腿A外侧测量界面图23.主梁1支腿D内侧测量界面图24.主梁1支腿D外侧测量界面图25.主梁2支腿B内侧测量界面图26.主梁2支腿B外侧测量界面图27.主梁2支腿C内侧测量界面图28.主梁2支腿C外侧测量界面表6主梁1虚拟装配截面测量表支腿编码测量序号测量值（m）支腿编码测量序号测量值（m）A60.036D140.046A70.036D150.048A80.033D160.047A90.032D170.043A100.034D180.041A110.030D190.045A120.026D200.047A130.026D210.044支腿编码测量序号测量值（m）支腿编码测量序号测量值（m）B140.034C60.030B150.031C70.029B160.035C80.034B170.033C90.028B180.025C100.028B190.031C110.030B200.034C120.030B210.029C130.029表7主梁2虚拟装配截面测量表总结三维激光扫描技术获取数据的速度快，获取信息全，徕卡最新一代三维激光扫描仪ScanStationP40产品完美继承了徕卡全站仪高精度、高稳定性的特点。演示证明徕卡P40产品精度与全站