基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备及方法

技术领域

本发明属于工程施工技术领域，特别是涉及基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备及方法。

背景技术

在对一些现有的构筑物或建筑物进行施工的过程中，尤其是对于如山体、隧道、桥梁施工时，往往因为施工体量较大，构筑物结构复杂，导致整体施工时通常需要对构筑物进行预先的结构分析，从而便于施工人员和技术人员对施工方案进行规划和设计，而在现有技术中，此部分工作通常都是人为测量或经验完成，而且缺乏一定的模型构造分析，而对于计算机软件构筑的虚拟模型，应用在实际施工过程中，往往太过理想化，进而与实际的施工方案存在偏差；因此，我们为了完善这一施工程序，设计了一种基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备及方法，解决现有的人为测量和经验规划设计施工方案时缺乏具体的模型构造分析和数据理想化的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备，包括挤压成型组件和微雕成型组件，所述挤压成型组件包括挤压工作架、载料台、塑形架和挤压块，所述微雕成型组件包括微调工作台和振荡器，其中挤压工作架与微调工作台相互连接为一体结构，所述塑形架设置于载料台的正上方，塑形架嵌套于挤压块的外部，且塑形架与挤压块滑动卡合；所述微调工作台设置于挤压成型组件外部的一侧，微调工作台的上表面与振荡器滑动卡合，且振荡器安装位置与载料台相互配合；

其中，本技术方案主要是结合3D扫描仪能够对待施工的构筑物的结构种类、结构形态和结构密度进行3D扫描计算的原理，对待施工的构筑物的相关结构数据进行整合，而后根据整合出的相关数据对构筑物进行特定比例的缩小建模，以便于施工人员和相关技术人员对构筑物进行完整彻底地分析；其中，本技术方案中的建模设备主要采用压片成型和微雕成型的方式，对构筑物的整体形态进行模拟还原，在整个工作过程中，操作简单且精准，便于后续施工方案的模拟演示和分析，挤压成型组件率先对物料挤压成初步形态，而后根据扫描出的构筑物的各类结构数据对模型进行微调和微雕，直至完整还原构筑物的结构形态。

所述挤压块下表面焊接有挤压板，且挤压板设置于塑形架的内部，并与塑形架内壁滑动贴合；所述载料台上表面开设有载料槽，载料台的上表面还焊接固定有若干启动调节柱，且若干启动调节柱均设置于载料槽的外沿；所述塑形架的框架内部开设有启动腔，所述启动调节柱的上端延伸至启动腔的内部，并与启动腔滑动配合；所述挤压工作架内部镶嵌有调节马达，所述启动腔的内部顶端焊接有启动块，启动块下表面通过弹簧连接有启动板，且启动板与启动块相互配合；所述启动板与启动块构成轻触开关结构，且启动块与调节马达电性连接，并在启动块通电时控制调节马达的正反转；结合前述结构，在挤压块下滑时，塑形架通常受到自身重力的影响同样下滑，直至塑形架与载料台构成一个封闭结构，在此封闭结构内再填充建模所需材料，并持续对挤压块施压，使模型挤压成型；挤压结束时，启动块达到最大受力状态而接通轻触开关电路，进而控制调节马达反转。

所述振荡器包括超声振荡钻头、伸缩缸和伸缩杆，其中伸缩缸和伸缩杆相互滑动配合，并构成电动活塞结构，所述伸缩杆内部镶嵌有振荡马达，且振荡马达的输出轴一端与超声振荡钻头机械连接；所述超声振荡钻头为锥状结构，且其周侧面设置有若干微雕刮刀；

结合前述结构，在调节马达反转的同时，振荡马达同时启动，带动超声振荡钻头旋转，使其构成铣刀结构，完成后续微雕工作的准备状态；其中伸缩缸和伸缩杆构成的电动活塞结构能够调节铣刀结构的工作深度。

优选地，所述伸缩缸下表面焊接有举升板，微调工作台上表面滑动卡合有移动滑板，其中移动滑板上表面旋转轴接有若干举升轴，且举升轴贯穿举升板，并与举升板之间通过开设螺纹槽构成丝杠结构。

优选地，所述微调工作台上表面旋转轴接有平移旋盘，同时微调工作台的上表面还开设有限位滑槽，其中限位滑槽为弧形槽口结构，且设置于平移旋盘的外缘；所述平移旋盘一侧面焊接有固定块，固定块的下表面焊接有滑块，且通过滑块与限位滑槽滑动卡合；所述固定块与移动滑板之间焊接有连接弹簧；

与上述结构相配合，在平移旋盘旋转时，固定块的横向位置发生改变，带动铣刀结构同步发生平移，调节铣刀结构的横向工作位置。

优选地，所述平移旋盘上表面焊接有从动齿轮；所述微调工作台上表面焊接有中控架，中控架内部镶嵌有驱动马达，驱动马达的输出轴一端焊接有驱动齿轮，且驱动齿轮与从动齿轮啮合。

优选地，所述中控架为“L”形架结构，其一表面滑动卡合有举升器；所述举升器内置电机，且电机的输出轴与举升轴机械连接，并构成电动丝杠结构。

优选地，所述挤压工作架同为“L”形架结构，所述挤压块上表面焊接有挤压轴；所述挤压轴上端贯穿挤压工作架，且与挤压工作架旋转配合；所述挤压工作架内部开设有工作腔，工作腔内表面旋转卡合有挤压旋套，且挤压旋套嵌套于挤压轴的外部，并与挤压轴之间通过开设有螺纹槽构成丝杠结构；所述调节马达的输出轴一端焊接有驱动轮，其中驱动轮与挤压旋套之间安装有传动带，且驱动轮、挤压旋套和传动带三者共同构成皮带轮传动结构。

优选地，所述中控架内置微控制器，且微控制器与振荡马达电性连接；所述振荡马达与启动块电性连接，且在启动块与启动板构成的轻触开关结构断电时，振荡马达启动。

优选地，所述中控架内置的微控制器与3D扫描仪电性连接，且3D扫描仪扫描到的构筑物结构数据信号传输至微控制器内部；所述载料台下表面与挤压工作架之间栓接固定有若干缓冲柱，缓冲柱为伸缩柱结构，其外部嵌套有缓冲弹簧，且缓冲弹簧同样设置于挤压工作架与载料台之间。

基于3D扫描数据的构筑物微型建模方法，包括以下步骤：

步骤一、利用3D扫描仪对即将建模的构筑物进行全方位3D扫描，扫描的数据包括结构形态、结构种类、结构密度，而后将扫描到的相关数据传输至微控制器内部；

步骤二、根据3D扫描仪扫描出的构筑物结构密度数据，通过人工操作调配预制模型材料，其中模型材料包括混凝土、沙土和构筑物样本粉末，调配内容为根据构筑物结构密度数据向模型材料中注入对应比例的水后搅拌均匀；

步骤三、启动调节马达，利用丝杠结构同时带动塑形架和挤压块下滑，直至塑形架与载料台之间仅存一条缝隙；此时将步骤二中调配好的模型材料通过螺旋输送机注入塑形架中，继续启动调节马达，利用挤压块持续挤压模型材料粉末，直至启动调节柱推动启动板与启动块构成的轻触开关通电，调节马达反转，再次利用丝杠结构使塑形架与挤压块同时上滑，完成脱模；

步骤四、脱模开始时，振荡马达启动，而后微控制器根据3D扫描仪扫描出的构筑物结构形态和结构种类数据分别控制电动活塞结构、举升器和驱动马达工作，调整超声振荡钻头的工作位置，对挤压成型的模型进行微雕工作，直至完成整体的建模工作。

本发明具有以下有益效果：

本技术方案主要是结合3D扫描仪能够对待施工的构筑物的结构种类、结构形态和结构密度进行3D扫描计算的原理，对待施工的构筑物的相关结构数据进行整合，而后根据整合出的相关数据对构筑物进行特定比例的缩小建模，以便于施工人员和相关技术人员对构筑物进行完整彻底地分析；其中，本技术方案中的建模设备主要采用压片成型和微雕成型的方式，对构筑物的整体形态进行模拟还原，在整个工作过程中，操作简单且精准，便于后续施工方案的模拟演示和分析，挤压成型组件率先对物料挤压成初步形态，而后根据扫描出的构筑物的各类结构数据对模型进行微调和微雕，直至完整还原构筑物的结构形态。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备的组装结构图；

图2为图1中A部分的局部展示图；

图3为本发明的基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备的侧向结构图；

图4为图3中B部分的局部展示图；

图5为本发明的基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备的俯视图；

图6为图5中剖面C-C的结构示意图；

图7为图6中D部分的局部展示图；

图8为图6中E部分的局部展示图；

图9为图6中剖面F-F的结构示意图；

图10为图9中G部分的局部展示图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、挤压工作架；2、载料台；3、塑形架；4、挤压块；5、微调工作台；7、挤压板；8、载料槽；9、启动调节柱；10、启动腔；11、调节马达；12、启动块；13、启动板；14、超声振荡钻头；15、伸缩缸；16、伸缩杆；17、振荡马达；18、微雕刮刀；19、举升板；20、移动滑板；21、举升轴；22、平移旋盘；23、限位滑槽；24、固定块；25、连接弹簧；26、从动齿轮；27、中控架；28、驱动马达；29、驱动齿轮；30、举升器；31、挤压轴；32、工作腔；33、挤压旋套；34、驱动轮；35、传动带；36、缓冲柱；37、缓冲弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-图10所示，本发明为基于3D扫描数据的构筑物微型建模设备，包括挤压成型组件和微雕成型组件，挤压成型组件包括挤压工作架1、载料台2、塑形架3和挤压块4，微雕成型组件包括微调工作台5和振荡器，其中挤压工作架1与微调工作台5相互连接为一体结构，塑形架3设置于载料台2的正上方，塑形架3嵌套于挤压块4的外部，且塑形架3与挤压块4滑动卡合；微调工作台5设置于挤压成型组件外部的一侧，微调工作台5的上表面与振荡器滑动卡合，且振荡器安装位置与载料台2相互配合；

其中，本技术方案主要是结合3D扫描仪能够对待施工的构筑物的结构种类、结构形态和结构密度进行3D扫描计算的原理，对待施工的构筑物的相关结构数据进行整合，而后根据整合出的相关数据对构筑物进行特定比例的缩小建模，以便于施工人员和相关技术人员对构筑物进行完整彻底地分析；其中，本技术方案中的建模设备主要采用压片成型和微雕成型的方式，对构筑物的整体形态进行模拟还原，在整个工作过程中，操作简单且精准，便于后续施工方案的模拟演示和分析，挤压成型组件率先对物料挤压成初步形态，而后根据扫描出的构筑物的各类结构数据对模型进行微调和微雕，直至完整还原构筑物的结构形态。

挤压块4下表面焊接有挤压板7，且挤压板7设置于塑形架3的内部，并与塑形架3内壁滑动贴合；载料台2上表面开设有载料槽8，载料台2的上表面还焊接固定有若干启动调节柱9，且若干启动调节柱9均设置于载料槽8的外沿；塑形架3的框架内部开设有启动腔10，启动调节柱9的上端延伸至启动腔10的内部，并与启动腔10滑动配合；挤压工作架1内部镶嵌有调节马达11，启动腔10的内部顶端焊接有启动块12，启动块12下表面通过弹簧连接有启动板13，且启动板13与启动块12相互配合；启动板13与启动块12构成轻触开关结构，且启动块12与调节马达11电性连接，并在启动块12通电时控制调节马达11的正反转；结合前述结构，在挤压块4下滑时，塑形架3通常受到自身重力的影响同样下滑，直至塑形架3与载料台2构成一个封闭结构，在此封闭结构内再填充建模所需材料，并持续对挤压块4施压，使模型挤压成型；挤压结束时，启动块12达到最大受力状态而接通轻触开关电路，进而控制调节马达11反转。

振荡器包括超声振荡钻头14、伸缩缸15和伸缩杆16，其中伸缩缸15和伸缩杆16相互滑动配合，并构成电动活塞结构，伸缩杆16内部镶嵌有振荡马达17，且振荡马达17的输出轴一端与超声振荡钻头14机械连接；超声振荡钻头14为锥状结构，且其周侧面设置有若干微雕刮刀18；

结合前述结构，在调节马达11反转的同时，振荡马达17同时启动，带动超声振荡钻头14旋转，使其构成铣刀结构，完成后续微雕工作的准备状态；其中伸缩缸15和伸缩杆16构成的电动活塞结构能够调节铣刀结构的工作深度。

优选地，伸缩缸15下表面焊接有举升板19，微调工作台5上表面滑动卡合有移动滑板20，其中移动滑板20上表面旋转轴接有若干举升轴21，且举升轴21贯穿举升板19，并与举升板19之间通过开设螺纹槽构成丝杠结构。

优选地，微调工作台5上表面旋转轴接有平移旋盘22，同时微调工作台5的上表面还开设有限位滑槽23，其中限位滑槽23为弧形槽口结构，且设置于平移旋盘22的外缘；平移旋盘22一侧面焊接有固定块24，固定块24的下表面焊接有滑块，且通过滑块与限位滑槽23滑动卡合；固定块24与移动滑板20之间焊接有连接弹簧25；

与上述结构相配合，在平移旋盘22旋转时，固定块24的横向位置发生改变，带动铣刀结构同步发生平移，调节铣刀结构的横向工作位置。

优选地，平移旋盘22上表面焊接有从动齿轮26；微调工作台5上表面焊接有中控架27，中控架27内部镶嵌有驱动马达28，驱动马达28的输出轴一端焊接有驱动齿轮29，且驱动齿轮29与从动齿轮26啮合。

优选地，中控架27为“L”形架结构，其一表面滑动卡合有举升器30；举升器30内置电机，且电机的输出轴与举升轴21机械连接，并构成电动丝杠结构。

优选地，挤压工作架1同为“L”形架结构，挤压块4上表面焊接有挤压轴31；挤压轴31上端贯穿挤压工作架1，且与挤压工作架1旋转配合；挤压工作架1内部开设有工作腔32，工作腔32内表面旋转卡合有挤压旋套33，且挤压旋套33嵌套于挤压轴31的外部，并与挤压轴31之间通过开设有螺纹槽构成丝杠结构；调节马达11的输出轴一端焊接有驱动轮34，其中驱动轮34与挤压旋套33之间安装有传动带35，且驱动轮34、挤压旋套33和传动带35三者共同构成皮带轮传动结构。

优选地，中控架27内置微控制器，且微控制器与振荡马达17电性连接；振荡马达17与启动块12电性连接，且在启动块12与启动板13构成的轻触开关结构断电时，振荡马达17启动。

优选地，中控架27内置的微控制器与3D扫描仪电性连接，且3D扫描仪扫描到的构筑物结构数据信号传输至微控制器内部；载料台2下表面与挤压工作架1之间栓接固定有若干缓冲柱36，缓冲柱36为伸缩柱结构，其外部嵌套有缓冲弹簧37，且缓冲弹簧37同样设置于挤压工作架1与载料台2之间。

基于3D扫描数据的构筑物微型建模方法，包括以下步骤：

步骤一、利用3D扫描仪对即将建模的构筑物进行全方位3D扫描，扫描的数据包括结构形态、结构种类、结构密度，而后将扫描到的相关数据传输至微控制器内部；

步骤二、根据3D扫描仪扫描出的构筑物结构密度数据，通过人工操作调配预制模型材料，其中模型材料包括混凝土、沙土和构筑物样本粉末，调配内容为根据构筑物结构密度数据向模型材料中注入对应比例的水后搅拌均匀；

步骤三、启动调节马达11，利用丝杠结构同时带动塑形架3和挤压块4下滑，直至塑形架3与载料台2之间仅存一条缝隙；此时将步骤二中调配好的模型材料通过螺旋输送机注入塑形架3中，继续启动调节马达11，利用挤压块4持续挤压模型材料粉末，直至启动调节柱9推动启动板13与启动块12构成的轻触开关通电，调节马达11反转，再次利用丝杠结构使塑形架3与挤压块4同时上滑，完成脱模；

步骤四、脱模开始时，振荡马达17启动，而后微控制器根据3D扫描仪扫描出的构筑物结构形态和结构种类数据分别控制电动活塞结构、举升器30和驱动马达28工作，调整超声振荡钻头14的工作位置，对挤压成型的模型进行微雕工作，直至完成整体的建模工作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。