3d扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统及方法
阅读说明：本技术 3d扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统及方法 (Test system and method for measuring concrete mixture performance by 3D scanning ) 是由 陈尚伟 徐立斌 罗通 何信周 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统及方法,该系统包括3D扫描仪、智能数据处理模块、匹配模板数据库、数据传输单元、数据储存模块,所述3D扫描仪与智能数据处理模块信号连接,智能数据处理模块分别与数据传输单元、匹配模板数据库信号连接,数据传输单元与数据储存模块信号连接。本发明通过智能数据处理模块进行智能匹配评定,精确度和准确率高,避免了人为的主观因素造成的偏差；避免了评定时间长使混凝土表面性质发生变化,影响参数评定的准确性；通过数据储存模块储存评定结果及其对应的三维模型,方便施工人员查看；评定过程与储存过程均实现智能化,提高了效率。(The invention provides a test system and a method for measuring concrete mixture performance by 3D scanning, wherein the system comprises a 3D scanner, an intelligent data processing module, a matching template database, a data transmission unit and a data storage module, the 3D scanner is in signal connection with the intelligent data processing module, the intelligent data processing module is in signal connection with the data transmission unit and the matching template database respectively, and the data transmission unit is in signal connection with the data storage module. According to the invention, intelligent matching evaluation is carried out through the intelligent data processing module, so that the accuracy and the precision are high, and the deviation caused by artificial subjective factors is avoided; the evaluation time is long, so that the surface property of the concrete is changed, and the accuracy of parameter evaluation is not influenced; the evaluation result and the corresponding three-dimensional model are stored through the data storage module, so that the evaluation result can be conveniently checked by a constructor; the evaluation process and the storage process are both intelligentized, and the efficiency is improved.)
技术领域
本发明涉及建筑材料性能测试技术领域，具体涉及一种3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统及方法。
背景技术
目前，混凝土被广泛使用在房屋、道路、桥梁等建设工程中，混凝土的性能直接影响到施工质量。而在各种施工状态下，对混凝土各项性能指标的要求也不尽相同。在新拌混凝土的各项技术指标中，和易性占据重要地位。混凝土的和易性包括流动性、可塑性、稳定性、易密性等方面，不同用途的混凝土有不同要求的流动性、粘聚性、保水性等，其中流动性通常用坍落度来表示，而粘聚性和保水性则依赖试验人员的主观经验来评定，经验丰富的专家时间有限，大部分的评定实验无法直接由专家完成，而一般实验人员经验有限，评定时难免存在一定的偏差，影响混凝土拌合物性能的客观真实评价。由此，可能会导致混凝土的性能指标与实际用途不吻合，则有可能影响施工过程的正常进行和建筑质量。例如，如果要将混凝土泵送至一定的高度，则需要根据混凝土的流动性及时调整泵送参数，如果实验人员对流动性(坍落度)的评定存在偏差，就会使得泵送参数无法快速准确地协调，影响施工效率；极端情况下可能导致混凝土最终无法泵送至该高度，影响施工的正常进行。
公开号为CN110162925A的中国专利公开了一种城市地下综合管廊混凝土工程质量评价方法，该方法包括：采用3D激光扫描混凝土工程表面空间数据，生成点云数据格式；将点云数据导入BIM设计软件civil3D，并用BIM设计软件civil3D加载混凝土施工设计模型，将点云数据与设计模型比对；最终基于比对结果，将其与建立的混凝土工程全区域表面质量评价标准进行比对，对混凝土工程质量进行评价。
该专利的方法是应用于已施工完成的混凝土工程评价的技术，对于混凝土的性能指标评定而言，不存在预设的设计模型，而且该方法仅能对尺寸进行测量对比，无法用该方法评定粘聚性、保水性等多重指标。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统及方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供了一种3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统，包括3D扫描仪、智能数据处理模块、匹配模板数据库、数据传输单元、数据储存模块，所述3D扫描仪与智能数据处理模块信号连接，智能数据处理模块分别与数据传输单元、匹配模板数据库信号连接，数据传输单元与数据储存模块信号连接。
所述3D扫描仪用于对新拌的试验混凝土进行扫描，生成3D扫描模型。
所述3D扫描仪生成3D扫描模型的精度不低于0.1mm。
所述匹配模板数据库储存有包含混凝土各项性能参数的多个匹配模板；智能数据处理模块能够测量3D扫描仪的3D扫描模型的坍落度与扩展度，并且能够将3D扫描仪的3D扫描模型与匹配模板进行匹配，获得3D扫描模型对应的各项性能参数。
所述性能参数包括坍落度、扩展度、粘聚性、保水性。
所述智能数据处理模块用于评定试验混凝土的粘聚性、保水性时，可切换为智能评定模式或人工评定模式。
智能评定模式下，智能数据处理模块通过图形匹配算法将3D扫描模型与匹配模板进行匹配。
人工评定的模式下，由经验丰富的试验人员对新拌混凝土的粘聚性与保水性进行评价，评价结果输入到匹配模板数据库添加保存。
所述数据传输单元通过无线网络或有线网络将3D扫描模型、以及3D扫描模型对应的各项性能参数、试验时间、环境温湿度、试验地点传输至数据储存模块储存。
本发明还提供了一种采用上述3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统的3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验方法，包括如下步骤：
步骤一、采用3D扫描仪对新拌混凝土拌合物坍落度试验后的状态进行扫描，生成3D扫描模型；
步骤二、通过智能数据处理模块测量3D扫描仪的3D扫描模型的坍落度与扩展度；
步骤三、通过智能数据处理模块将3D扫描模型与匹配模板数据库中储存的匹配模板进行匹配，获得新拌混凝土的粘聚性与保水性；
步骤四、采用数据传输单元将坍落度、扩展度、粘聚性、保水性、3D模型、试验时间、环境温湿度、试验地点通过无线网络或有线网络传输至数据储存模块储存。
所述步骤三，智能数据处理模块获得的当粘聚性、保水性与实际发生偏差，或出现新的性能要求时，由经验丰富的试验人员进行评定，并将评定数据输入至匹配模板数据库保存。
本发明的有益效果在于：
采用本发明，具有如下优点：(1)采用3D扫描仪直接生成试验混凝土的三维模型，并通过智能数据处理模块进行智能匹配评定，精确度和准确率高，避免了人为的主观因素造成的偏差；(2)避免了评定时间长使混凝土表面性质发生变化，影响参数评定的准确性；(3)通过数据储存模块储存评定结果及其对应的三维模型，方便施工人员查看；(4)评定过程与储存过程均实现智能化，提高了效率；(5)在使用过程中逐渐提高智能评定的精确度、准确率和丰富性，系统的可靠性会随着使用越来越好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的计算示例中拌合物状态良好的示例。
图3是本发明的计算示例中拌合物状态一般的示例。
图4是本发明的计算示例中拌合物状态较差的示例。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示为本发明的结构示意图：
本发明提供了一种3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统，包括3D扫描仪、智能数据处理模块、匹配模板数据库、数据传输单元、数据储存模块，所述3D扫描仪与智能数据处理模块信号连接，智能数据处理模块分别与数据传输单元、匹配模板数据库信号连接，数据传输单元与数据储存模块信号连接。
原理：采用3D扫描仪对试验混凝土进行扫描，生成3D扫描模型；通过信号连接，智能数据处理模块可以获取该3D扫描模型，并且将3D扫描模型与匹配模板数据库进行匹配，从而从匹配模板中获取与3D扫描模型最接近的混凝土性能参数；数据传输单元将3D扫描模型及其对应的性能参数传输至数据储存模块储存，便于施工人员调取查看。
采用本发明，具有如下优点：(1)采用3D扫描仪直接生成试验混凝土的三维模型，并通过智能数据处理模块进行智能匹配评定，精确度和准确率高，避免了人为的主观因素造成的偏差；(2)避免了评定时间长使混凝土表面性质发生变化，影响参数评定的准确性；(3)通过数据储存模块储存评定结果及其对应的三维模型，方便施工人员查看；(4)评定过程与储存过程均实现智能化，提高了效率。
本发明通过将3D扫描仪运用于生成试验混凝土的三维模型，3D扫描的精度更高，识别最小尺寸0.02mm；3D扫描可以测量图像的景深；可以用于混凝土拌合物在坍落度试验后，整体拌合物的粗糙程度，粗骨料的分布情况和浆体的裹浆性能，而且可以定量的计算拌合物的比表面积，进而评价混凝土拌合物的性能；因而有别于现有技术仅能对尺寸相关参数(例如坍落度、扩展度、输出流动速度)的测量，本发明可测量：坍落度、扩展度、坍后比表面积、粗骨料分布情况等。计算模型通过定量计算坍落度试验后的表面积，衡量混凝土拌合物的裹浆性能。图2～图4为计算示例，图2中，拌合物状态良好，粗骨料裹浆饱满，表面积较少；图3中，拌合物状态一般，粗骨料表面裹浆量少，表面积中等；图4中，拌合物状态较差，粗骨料表面不裹浆，表面积最大。而在实际运用中，由于表面积可以量化表示，因此拌合物状态也可以对应量化表示。
对3D扫描仪的这一运用及特性未被记载在现有技术中，此为本发明突出的实质性特点和显著的进步之一。
所述3D扫描仪用于对新拌的试验混凝土进行扫描，生成3D扫描模型。
所述3D扫描仪生成3D扫描模型的精度不低于0.1mm。便于获得高质量的图像，保证混凝土粘聚性、保水性等指标评定的准确性。
所述匹配模板数据库储存有包含混凝土各项性能参数的多个匹配模板；智能数据处理模块能够测量3D扫描仪的3D扫描模型的坍落度与扩展度，并且能够将3D扫描仪的3D扫描模型与匹配模板进行匹配，获得3D扫描模型对应的各项性能参数。通过智能数据处理模块进行智能匹配评定，评定效率高，并且避免了人为偏差，提高了精确度和准确率。
所述性能参数包括坍落度、扩展度、粘聚性、保水性。
其中，坍落度、扩展度通过直接测量3D扫描模型得到，粘聚性、保水性等参数则通过智能数据处理模块从匹配模板中获取，每一种性能参数可分别有针对性地匹配其图像特征得到(图像特征例如：颗粒组合、浆料状态、浆料对粗骨料的包裹状态、反光度、色阶等)，对每一性能参数的匹配准确性高，而且匹配模板与3D扫描模型之间的组合形式灵活，对各性能参数可独立评定，提高了准确性。在现有技术(CN110162925A)中，扫描点阵数据与施工设计模型是一一对应的关系，假设将其应用到本申请的领域中，只能将试验混凝土的3D扫描模型与储存的设计模型匹配，确定试验混凝土的坍落度、扩展度与设计的偏差范围，而无法直接确定具体值，更无法用于测定粘聚性、保水性等，从而本申请的技术效果对本领域技术人员而言是不可预期的。
所述智能数据处理模块用于评定试验混凝土的粘聚性、保水性时，可切换为智能评定模式或人工评定模式。
智能评定模式下，智能数据处理模块通过图形匹配算法将3D扫描模型与匹配模板进行匹配。
人工评定的模式下，由经验丰富的试验人员对新拌混凝土的粘聚性与保水性进行评价，评价结果输入到匹配模板数据库添加保存。
大多数情况下均可采用智能评定模式，效率高，避免了人为误差；当粘聚性、保水性通过智能评定结果与实际发生偏差，或出现新的性能要求时，切换为人工评定模式，由经验丰富的试验人员进行评定，并通过评定结果进一步完善匹配模板数据库，从而，在系统使用过程中，智能评定的精确度、准确率和丰富性逐渐提高，而且节约了经验丰富的试验人员的劳动时间。
所述数据传输单元通过无线网络或有线网络将3D扫描模型、以及3D扫描模型对应的各项性能参数、试验时间、环境温湿度、试验地点传输至数据储存模块储存。施工人员通过数据便于追溯每一3D扫描模型的实验时间、实验条件等，实现了试验流程的监管，提高了可靠性。
本发明还提供了一种采用上述3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验系统的3D扫描测定混凝土拌合物性能的试验方法，包括如下步骤：
步骤一、采用3D扫描仪对新拌混凝土拌合物坍落度试验后的状态进行扫描，生成3D扫描模型；
步骤二、通过智能数据处理模块测量3D扫描仪的3D扫描模型的坍落度与扩展度；
步骤三、通过智能数据处理模块将3D扫描模型与匹配模板数据库中储存的匹配模板进行匹配，获得新拌混凝土的粘聚性与保水性；
步骤四、采用数据传输单元将坍落度、扩展度、粘聚性、保水性、3D模型、试验时间、环境温湿度、试验地点通过无线网络或有线网络传输至数据储存模块储存。
所述步骤三，智能数据处理模块获得的当粘聚性、保水性与实际发生偏差，或出现新的性能要求时，由经验丰富的试验人员进行评定，并将评定数据输入至匹配模板数据库保存。便于在使用过程中逐渐提高智能评定的精确度、准确率和丰富性，系统的可靠性会随着使用越来越好。