本發(fā)明涉及模塊組裝領(lǐng)域，特別涉及一種模塊組裝適配度檢測系統(tǒng)以及適用于該系統(tǒng)的模塊組裝適配度檢測方法。

背景技術(shù)：

模塊化建造的、由多個單元拼裝構(gòu)成的模塊，在制造廠中制造完成后、被運往現(xiàn)場前，通常需要在車間將模塊完整的組裝一遍，以檢驗?zāi)K組裝的適配度，保證模塊各個單元齊全完整、確認(rèn)各個單元的組裝誤差是否超限、同時檢查組裝方法有效性等，確保模塊被運至現(xiàn)場后能夠高效、順利地安裝，并保證整個模塊組裝后的工作性能。但是，這種在車間對模塊預(yù)先組裝的做法，尤其是對中大型模塊的組裝，需要占用大量的場地、人工和機械，導(dǎo)致較多的費用和工期成本。

因此，如何解決模塊組裝適配度檢測過程中需要占用大量的場地、人工和機械而導(dǎo)致較多的費用和工期的問題成為亟待解決的事情。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種模塊組裝適配度檢測系統(tǒng)及方法，不需要額外的場地、人工、機械，并且費用和工期成本較低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種模塊組裝適配度檢測系統(tǒng)，包含：存儲模塊，對模塊設(shè)計模型進行預(yù)存；掃描模塊，對依照模塊設(shè)計模型制造出的多個模塊單元進行掃描；處理模塊，依據(jù)所述掃描模塊掃描的數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型，對單元模型進行模擬組裝生成模塊組裝模型，提取存儲模塊中模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)并相互對比，輸出對比結(jié)果。

本發(fā)明還提供了一種模塊組裝適配度檢測方法，包括：掃描依照模塊設(shè)計模型制造出的多個模塊單元；用掃描的數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型，對單元模型進行模擬組裝生成模塊組裝模型；提取并對比預(yù)存的模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)和模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)；輸出對比結(jié)果。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，對模塊設(shè)計模型預(yù)先進行預(yù)存，處理模塊根據(jù)模塊設(shè)計模型制造出的模塊單元的掃描信息進行模擬生成和模擬重組，用這種模擬建模的系統(tǒng)和方法代替了傳統(tǒng)的實體模塊的重組，并將模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的模塊單元接口坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對比，輸出模塊對比結(jié)果，不需要占用額外的場地、人工和機械，費用和工期成本較低。

優(yōu)選的，所述處理模塊將掃描模塊掃描的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)稀釋后再構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型。將掃描模塊掃描的大量模塊單元數(shù)據(jù)進行稀釋，僅利用關(guān)鍵數(shù)據(jù)去構(gòu)建單元模型，減少了系統(tǒng)的多余處理過程，優(yōu)化了系統(tǒng)的處理速度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得處理過程更有效率。

另外，還包括顯示模塊，所述顯示模塊接收并顯示所述處理模塊輸出的對比結(jié)果。處理模塊將模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的數(shù)據(jù)對比完后，由顯示模塊接收對比結(jié)果，并進行相應(yīng)有效的顯示，使得系統(tǒng)處理結(jié)果的呈現(xiàn)更加直觀和完整。

另外，所述顯示模塊顯示的對比結(jié)果具體為：圖片對比結(jié)果、數(shù)據(jù)誤差結(jié)果中的任一種或其組合。顯示模塊顯示對比結(jié)果的方式和內(nèi)容可以有多種，其中，圖片對比結(jié)果顯示更為形象，數(shù)據(jù)誤差結(jié)果顯示更加清楚準(zhǔn)確，兩者結(jié)合一起使用可以進一步提升顯示的效果，讓使用者更好的了解模塊組裝適配度檢測的結(jié)果。

進一步的，還包括調(diào)試模塊，所述處理模塊輸出對比結(jié)果后，所述調(diào)試模塊對模塊組裝模型進行調(diào)試，所述處理模塊將調(diào)試后的模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)和模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行對比，再次輸出對比結(jié)果。處理模塊將模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的模塊單元接口坐標(biāo)數(shù)據(jù)對比完并輸出對比的結(jié)果是存在一定誤差時，可以利用調(diào)試模塊進行進一步的調(diào)試，并對調(diào)試的結(jié)果進行再次的對比檢測和對比結(jié)果輸出，實現(xiàn)在模擬條件下對重組模塊重新調(diào)整后的檢測。

另外，所述用掃描的數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型是指：采用減少數(shù)據(jù)冗余的方式將所述掃描的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)稀釋后再形成所述多個模塊單元的單元模型。對多個模塊單元的掃描數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)稀釋，比如可以是采取減少數(shù)據(jù)冗余的方式，系統(tǒng)對稀釋后的數(shù)據(jù)進行單元模擬和單元重組，如此設(shè)置使得建模的過程更為簡單而快速，減少了系統(tǒng)的處理負(fù)擔(dān)。

另外，輸出對比結(jié)果后顯示所述對比結(jié)果。將模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的數(shù)據(jù)對比結(jié)果輸出后，進行對應(yīng)直觀的顯示。

另外，所述顯示對比結(jié)果是指：顯示圖片對比結(jié)果、數(shù)據(jù)誤差結(jié)果中的任一種或其組合。顯示的內(nèi)容為模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的圖片對比、數(shù)據(jù)上的對比和誤差結(jié)果中的任意一個或者它們的組合，顯示對比結(jié)果的方式有多種，其中圖片對比結(jié)果的方式較為形象，數(shù)據(jù)誤差結(jié)果顯示較為清楚準(zhǔn)確，兩者結(jié)合顯示也可以使顯示達到較好的效果。

另外，所述輸出對比結(jié)果后，還包括步驟：對模塊組裝模型進行調(diào)試，將調(diào)試后的模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)與模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行對比，再次輸出對比結(jié)果。模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的模塊單元接口坐標(biāo)數(shù)據(jù)對比有誤差時，可以對模塊組裝模型進行相對應(yīng)的調(diào)試，并對調(diào)試結(jié)果進行重新的對比檢測和結(jié)果輸出，使得系統(tǒng)對模塊組裝適配度檢測更加完善。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一實施方式的模塊示意圖；

圖2是本發(fā)明第二實施方式的方法流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種模塊組裝適配度檢測系統(tǒng)。如圖1所示，包含：

存儲模塊1，對模塊設(shè)計模型進行預(yù)存；掃描模塊2，對依照模塊設(shè)計模型制造出的多個模塊單元進行掃描；處理模塊3，依據(jù)所述掃描模塊2掃描的數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型，對單元模型進行模擬組裝生成模塊組裝模型，提取存儲模塊1中模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)并相互對比，輸出對比結(jié)果。本實施方式中，利用存儲模塊1對模塊設(shè)計模型預(yù)先進行預(yù)存，利用掃描模塊2對多個模塊單元的點云數(shù)據(jù)進行掃描測量，利用處理模塊3對掃描模塊2中的數(shù)據(jù)進行單元模型的構(gòu)建以及對單元模型進行模擬重組，并將模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)與存儲模塊1中預(yù)存的模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行對比，將對比結(jié)果進行輸出，如此設(shè)計，用模擬的模塊重組代替了傳統(tǒng)的實體模塊重組，利用掃描的點云數(shù)據(jù)逆向建模，貼合的點云程度高，實現(xiàn)了良好的現(xiàn)場組裝還原效果，節(jié)省了大量的場地、人力和機械，并且費用和工期成本較低，模擬重組的操作簡便、快速，輸出的對比結(jié)果準(zhǔn)確、效率，總的來說，該模擬組裝系統(tǒng)具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

需要強調(diào)的是，本實施方式中，還可以僅提取模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)和模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在提取和進行數(shù)據(jù)對比的處理時，減少了提取和對比的數(shù)據(jù)量，簡化了系統(tǒng)模塊的處理速度，優(yōu)化了處理方式，并使得系統(tǒng)的處理結(jié)果更加有效率。

其中，輸出的對比結(jié)果具體為模塊組裝模型和模塊設(shè)計模型之間的誤差等，需要說明的是，當(dāng)模塊單元少件或組裝方法不得當(dāng)時，輸出的對比結(jié)果誤差將為無窮大，如此工作人員便可察覺少件或組裝方法錯誤的情形。

值得一提的是，掃描模塊2中采用高精度相位式掃描儀進行掃描，可以是采用數(shù)碼照相測量儀、激光跟蹤測量儀，掃描模塊2中還可以內(nèi)含有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件。具體的，用一臺或數(shù)臺數(shù)碼照相測量儀對多個模塊單元的端面尺寸、棱邊、孔組進行三維測量，用激光跟蹤測量儀對模塊單元的局部群間關(guān)系進行測量，并通過軟件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將用數(shù)碼照相測量儀和激光跟蹤測量儀掃描測量到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個三維平面數(shù)據(jù)庫中，以備處理模塊3直接使用掃描測量到的數(shù)據(jù)進行單元模型的構(gòu)建。對于模塊之間的連接點也可以采用全站儀測量迅速獲得高精度的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可將精度控制在±1mm內(nèi)。

另外，掃描模塊2可以針對具有緊湊、有高度的模塊單元部分采用多角度、立體式的交互掃描方式，對比較規(guī)整、精細的模塊單元部分采用多站密集掃描方式，以保證數(shù)據(jù)的完整性，方便后期處理模塊3采用數(shù)據(jù)進行建模。

另外，值得一提的是，掃描模塊2掃描對象是不銹鋼時，由于不銹鋼的表面反光比較大，容易存在精度損失，所以在測量過程中應(yīng)該注意燈光控制、距離控制等，避免不必要的抖動，必要時，對重要單元部位噴涂顯影劑。

本實施方式中，優(yōu)選的，所述處理模塊3將掃描模塊2掃描的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)稀釋后再構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型。掃描模塊2中的掃描儀多方位進行掃描后，采集的海量數(shù)據(jù)中存在大規(guī)模的重復(fù)、疊加、非建模范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行稀釋，留下關(guān)鍵的、需要進行對比的，再利用這些數(shù)據(jù)生成單元模型，減少了系統(tǒng)的多余處理過程，優(yōu)化了系統(tǒng)的處理速度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也使得處理過程更有效率。其中，對數(shù)據(jù)進行稀釋也可以采取減少數(shù)據(jù)冗余的方式，比如采用優(yōu)化的編碼存儲以減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余，也可以采用最小二乘法擬合等方式進行數(shù)據(jù)的稀釋。

本實施方式中，還包括顯示模塊4，所述顯示模塊4接收并顯示所述處理模塊3輸出的對比結(jié)果。處理模塊3將模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的數(shù)據(jù)對比完后，向顯示模塊4輸出對比結(jié)果，顯示模塊4接收對比結(jié)果并進行相應(yīng)的顯示，使得處理模塊3處理的結(jié)果更加直觀和完整的呈現(xiàn)出來。

本實施方式中，所述顯示模塊4顯示的對比結(jié)果可為圖片對比結(jié)果、數(shù)據(jù)誤差結(jié)果中的任一種或其組合。顯示模塊4顯示對比結(jié)果的方式和內(nèi)容可以有多種，其中，圖片對比結(jié)果顯示更為形象，數(shù)據(jù)誤差結(jié)果顯示更加清楚準(zhǔn)確，兩者結(jié)合一起使用可以進一步提升顯示的效果，讓使用者更好的了解模塊組裝適配度檢測的結(jié)果，可以根據(jù)使用者的需要著重強調(diào)的部分進行選擇或者自由組合。

本實施方式中，還包括調(diào)試模塊5，所述處理模塊3輸出對比結(jié)果后，所述調(diào)試模塊5對處理模塊3中的模塊組裝模型進行調(diào)試，所述處理模塊3將調(diào)試后的模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)和模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行對比，再次輸出對比結(jié)果。處理模塊3將模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型的模塊單元接口坐標(biāo)數(shù)據(jù)對比完并輸出，對比的結(jié)果一般是存在一定誤差的，可以利用調(diào)試模塊5對模塊組裝模型進行進一步的調(diào)試，并將調(diào)試過后的模塊組裝模型與存儲模塊1中的模塊設(shè)計模型進行再次的對比和對比結(jié)果輸出，以檢測調(diào)試的結(jié)果，當(dāng)輸出的調(diào)試后的對比結(jié)果依舊存在較大誤差時，可以進行再次的調(diào)試，可以理解的是，當(dāng)多次實踐證明該模塊組裝模型無法在調(diào)試的作用下解決存在的較大誤差時，掃描模塊2掃描的該模塊可能是不合格的，可以進一步的進行人為檢測和判斷。

具體的，為了進一步舉例說明，本實施方式對一需要安置在廠房內(nèi)部的帶有管道的設(shè)備進行了掃描和模擬建模，其中，需要進行單元掃描和模擬建模的模塊分別為：skid02模塊，skid05模塊，鋼結(jié)構(gòu)平臺附屬管道模塊，管廊模塊。以下列表(單位均為mm)是模塊組裝模型中各單元的接口中心坐標(biāo)與對應(yīng)的模塊設(shè)計模型的接口中心坐標(biāo)的對比結(jié)果和相關(guān)記錄。

表1是skid02模塊各個接口中心坐標(biāo)在模塊組裝模型和模塊設(shè)計模型的對比結(jié)果和相關(guān)記錄(其中x1、y1、z1是該模塊組裝模型的掃描數(shù)據(jù)，x2、y2、z2是該模塊設(shè)計模型的理論數(shù)據(jù))。

【表1】

表2是skid05模塊各個接口中心坐標(biāo)在模塊組裝模型和模塊設(shè)計模型對比結(jié)果和相關(guān)記錄(其中x1、y1、z1是該模塊組裝模型的掃描數(shù)據(jù)，x2、y2、z2是該模塊設(shè)計模型的理論數(shù)據(jù))。

【表2】

表3是鋼結(jié)構(gòu)平臺附屬管道模塊中鋼結(jié)構(gòu)平臺向上連接部分的各個接口中心坐標(biāo)在模塊組裝模型的記錄。

【表3】

表4是鋼結(jié)構(gòu)平臺附屬管道模塊中鋼結(jié)構(gòu)平臺向下與skid02連接的各個接口中心坐標(biāo)在模塊組裝模型和模塊設(shè)計模型的對比結(jié)果和相關(guān)記錄(其中x1、y1、z1是該模塊組裝模型的掃描數(shù)據(jù)，x2、y2、z2是該模塊設(shè)計模型的理論數(shù)據(jù))。

【表4】

表5是上部的管廊模塊中管廊向下連接接口的中心坐標(biāo)在模塊組裝模型的相關(guān)記錄。

【表5】

表6是上部的管廊模塊中第一管廊pipe-1模塊組裝模型和第三管廊pipe-3的模塊組裝模型之間各個連接接口的中心坐標(biāo)的對比結(jié)果和相關(guān)記錄(其中x1、y1、z1是該模塊組裝模型中pipe-1對應(yīng)pipe-3部分的掃描數(shù)據(jù)，x2、y2、z2是該模塊組裝模型中pipe-3對應(yīng)pipe-1部分的掃描數(shù)據(jù))。

【表6】

表7是上部的管廊模塊中第一管廊pipe-1模塊組裝模型和第二管廊pipe-2的模塊組裝模型之間各個連接接口的中心坐標(biāo)的對比結(jié)果和相關(guān)記錄(其中x1、y1、z1是該模塊組裝模型中pipe-1對應(yīng)pipe-2部分的掃描數(shù)據(jù)，x2、y2、z2是該模塊組裝模型中pipe-2對應(yīng)pipe-1部分的掃描數(shù)據(jù))。

【表7】

需要說明的是，由于掃描模塊掃描的對象基本是不銹鋼，尤其是一些比較細小的不銹鋼接口，并且接口邊沿比較薄，導(dǎo)致反射回掃描儀的激光信號數(shù)據(jù)量少，另外掃描儀器在鋼結(jié)構(gòu)平臺上掃描有輕微抖動，造成點云接口的邊沿數(shù)據(jù)不清晰以及有部分精度損失，所以利用掃描回的數(shù)據(jù)建模時存在一定的前期人工誤差，大小大致在±2～4mm。

經(jīng)過掃描模塊2中的掃描儀掃描采集數(shù)據(jù)之后，處理模塊3進行數(shù)據(jù)處理形成的組裝模塊依舊存在一定的組裝誤差，經(jīng)軟件評估，模塊整體最高平均誤差在±2.3mm,最低平均誤差在±1.3mm

總的來說，通過建立模塊組裝模型之后，數(shù)據(jù)相對最高累積誤差為±5～6mm，通過全站儀對關(guān)鍵控制點進行測量，精度可達±1mm，不會對構(gòu)建模塊組裝模型和對比的結(jié)果造成太大影響。

另外，本實施方式中掃描的總數(shù)據(jù)可高達24gb左右，但是經(jīng)過數(shù)據(jù)稀釋后，最大數(shù)據(jù)量可控制在1.5gb之內(nèi)，并且留下的數(shù)據(jù)足夠由處理模塊3進行逆向建模，代表多個被測模塊單元的狀態(tài)。

通過上述接口坐標(biāo)數(shù)據(jù)(x、y、z)的對比結(jié)果，便能檢驗?zāi)K組裝的適配度，保證模塊各個單元齊全完整、確認(rèn)各個單元的組裝誤差是否超限、同時檢查組裝方法有效性等，確保模塊被運至現(xiàn)場后能夠高效、順利地安裝，并保證整個模塊組裝后的工作性能，有效地通過模擬重組代替了傳統(tǒng)的實體模塊的重組，具有不需要額外的場地、人工、機械、以及費用和工期成本較低優(yōu)點。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種帶有輸出模塊設(shè)計模型與模塊組裝模型對比結(jié)果的模擬組裝方法，第二實施方式是適用于第一實施方式的方法，如圖2所示，包括：

s01：掃描依照模塊設(shè)計模型制造出的多個模塊單元；

s02：用掃描的數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型，對單元模型進行模擬組裝生成模塊組裝模型；

s03：提取并對比預(yù)存的模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)和模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

s04：輸出對比結(jié)果。

本實施方式中，所述“s02：用掃描的數(shù)據(jù)構(gòu)建所述多個模塊單元的單元模型”是指：采用減少數(shù)據(jù)冗余的方式將所述掃描的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)稀釋后再形成所述多個模塊單元的單元模型。

本實施方式中，“s04：輸出對比結(jié)果”步驟之后，還可以進一步的包括步驟“s05：顯示所述對比結(jié)果”。

本實施方式中，“s05：顯示所述對比結(jié)果”是指：顯示圖片對比結(jié)果、數(shù)據(jù)誤差結(jié)果中的任一種或者其組合。其中，圖片對比結(jié)果顯示更為形象，數(shù)據(jù)誤差結(jié)果顯示更加清楚準(zhǔn)確，兩者結(jié)合一起使用可以進一步提升顯示的效果，讓使用者更好的了解模塊組裝適配度檢測的結(jié)果，可以根據(jù)使用者的需要著重強調(diào)的部分進行選擇或者自由組合。

本實施方式中，“s04：輸出對比結(jié)果”步驟之后，還可以進一步的包括步驟“s06：對模塊組裝模型進行調(diào)試，將調(diào)試后的模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)與預(yù)存的模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行對比，再次輸出對比結(jié)果”。

本實施方式是適用于第一實施方式的方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，掃描根據(jù)模塊設(shè)計模型制造的模塊單元的點云數(shù)據(jù)，通過處理該點云數(shù)據(jù)進行逆向建模，構(gòu)建模塊單元模型和模塊組裝模型，實現(xiàn)良好的現(xiàn)場組裝還原的效果，代替了傳統(tǒng)的現(xiàn)場組裝，節(jié)省了大量的場地、人力和機械，并且費用和工期成本較低，對比模塊組裝模型中模塊單元接口的組裝坐標(biāo)數(shù)據(jù)和預(yù)先存儲的模塊設(shè)計模型中模塊單元接口的理論坐標(biāo)數(shù)據(jù)和輸出對比結(jié)果，幫助檢測模塊重組的效果。該模塊組裝適配度的檢測方法的操作簡便、快速，輸出的對比結(jié)果準(zhǔn)確、效率，并且可進一步的添加顯示和調(diào)試功能，使得該檢測方法的結(jié)果更加完善，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。具體的說明和數(shù)據(jù)列舉已經(jīng)在第一實施方式中詳細闡述，為避免重復(fù)，這里不再贅述。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。