本發(fā)明屬于建筑檢測，更具體地說，是涉及一種金屬屋面巡檢加固一體化裝置及方法。

背景技術：

1、金屬屋面由于其空間適應性強、造型美觀、裝配化程度高等優(yōu)勢，在火車站、體育館、機場等公共建筑中廣泛使用。但是由于其與主體結構之間通過機械連接的特殊性，屋面服役過程中陸續(xù)暴露出一些問題，連接在風荷載長期作用下會松動，嚴重時出現大面積松脫，發(fā)生風揭事故。為避免風揭，最有效的手段就是采用檢監(jiān)測技術提前查明金屬屋面的連接狀況并及時加固。

2、然而，金屬屋面連接狀況復雜，又極具隱蔽性，現有手段難以對該連接進行評定，主要表現為：（1）金屬屋面多通過咬合方式與檁條連接，受人工操作和環(huán)境影響，連接效果不穩(wěn)定，現缺乏對連接施工質量的科學界定；（2）風荷載的長期作用導致初始咬合狀態(tài)發(fā)生變化，現缺乏有效手段量化該變化；（3）屋面板連接數量龐大，人工巡檢工作量巨大，且由于上述變化小，肉眼不易分辨，導致常規(guī)檢測手段難以開展。受這些因素制約，金屬屋面的服役狀態(tài)監(jiān)管是大型公共建筑運維管理中最為薄弱的環(huán)節(jié)。

3、為此，國內提出了一些專門適用于金屬屋面檢監(jiān)測的方法，但由于屋面風揭破壞特征為最初的個別連接損傷到局部松脫再到大面積破壞，現有裝置和方法存在后期安裝工程量大、難以實施的問題，或存在靈敏度差、精度不足的問題?？傊饘傥菝娣蹱顟B(tài)的檢測和評估問題難以解決。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種金屬屋面巡檢加固一體化裝置及方法，以解決現有技術中存在的金屬屋面服役狀態(tài)的檢測和評估問題難以解決的技術問題。

2、為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：提供一種金屬屋面巡檢加固一體化裝置，包括行走機構、壓緊機構、激振發(fā)生機構、聲音采集模塊、定位模塊、輪廓掃描模塊和信號傳輸模塊，行走機構用于在金屬屋面上行走；壓緊機構設在行走機構上，用于壓緊金屬屋面的板肋；激振發(fā)生機構設在行走機構上，用于對金屬屋面的板面施加激振；聲音采集模塊設在行走機構上，用于采集金屬屋面的聲音；定位模塊設在行走機構上，用于定位行走機構所在的位置；輪廓掃描模塊設在行走機構上，用于掃描金屬屋面的外形輪廓；信號傳輸模塊分別與聲音采集模塊、定位模塊和輪廓掃描模塊電連接，用于向外傳遞信號。

3、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，行走機構包括車架、動力器和多個行動輪，動力器設在車架上；多個行動輪轉動設在車架上，且與動力器傳動連接；激振發(fā)生機構與動力器傳動連接，以在動力器的帶動下產生激振。

4、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，激振發(fā)生機構包括外殼、齒盤、撥桿、隨動齒桿、彈擊桿、彈性件、彈擊桿固定器和彈射開關，外殼與車架連接；齒盤轉動設置在車架上，且與動力器傳動連接，齒盤上設有無齒段；隨動齒桿滑動設置在外殼內，且與齒盤配合，以在齒盤的帶動下滑動；彈擊桿滑動設置在外殼內，且與隨動齒桿連接；彈性件分別與隨動齒桿和外殼連接，用于為隨動齒桿和彈擊桿提供彈力；彈擊桿固定器設在外殼的一側，用于在隨動齒桿滑動至外殼的一側時，將隨動齒桿臨時固定；彈射開關設在外殼上，且與彈擊桿固定器連接；撥桿設在齒盤上，用于撥動并觸發(fā)彈射開關，使得彈擊桿固定器釋放隨動齒桿，使得彈擊桿撞擊金屬屋面。

5、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，壓緊機構包括多個轉動設置在車架上的壓緊輥，多個壓緊輥用于位于板肋兩側，以將板肋夾緊。

6、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，輪廓掃描模塊為兩個，且分別位于車架的兩側；每個輪廓掃描模塊均包括調節(jié)支架、安裝座和線激光輪廓掃描儀，調節(jié)支架一端與車架連接；安裝座與調節(jié)支架的另一端連接；線激光輪廓掃描儀設在安裝座上，使得發(fā)出的激光能在金屬屋面上呈線性排列。

7、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，金屬屋面巡檢加固一體化裝置還包括數據處理模塊和數據存儲模塊，數據處理模塊與信號傳輸模塊電連接，用以處理數據信號；數據存儲模塊與數據處理模塊電連接，用以存儲數據信號。

8、為實現上述目的，本發(fā)明又采用的技術方案是：提供一種金屬屋面巡檢加固一體化方法，采用上述的金屬屋面巡檢加固一體化裝置，包括以下步驟：

9、s100、驅動行走機構沿板肋向前行走，并通過壓緊機構將板肋壓緊，同時激振發(fā)生機構周期性向金屬屋面的板面施加激振，使得金屬屋面的板面因高頻震動而發(fā)出聲音；

10、s200、收集聲音采集模塊采集到的聲音信息、定位模塊采集到的位置信息和輪廓掃描模塊掃描得到的金屬屋面輪廓信息；

11、s300、對聲音采集模塊采集到的聲音信息和定位模塊采集到的位置信息進行分析處理，獲取金屬屋面的振動頻率和阻尼分布，并與已有的振動頻率和阻尼分布的數據進行對比，判斷所在區(qū)域的金屬屋面下部是否存在支座；

12、s400、利用輪廓掃描模塊掃描得到的金屬屋面輪廓信息和定位模塊采集到的位置信息，生成掃描點云，對掃描點云進行擬合、重構后生成金屬屋面輪廓，并與已有的金屬屋面輪廓進行對比，評定金屬屋面節(jié)點咬合狀態(tài)；

13、s500、根據s300和s400中獲取的金屬屋面的振動頻率和阻尼分布及生成的金屬屋面輪廓，給出金屬屋面咬合節(jié)點服役狀態(tài)評價。

14、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，在s400中，將生成金屬屋面輪廓，記入金屬屋面輪廓檔案；對于初次掃描的金屬屋面，將生成的金屬屋面輪廓與試驗金屬屋面的輪廓進行比較，通過輪廓的變化，評定金屬屋面節(jié)點的咬合狀態(tài)；對于再次掃描的金屬屋面，將屋面板輪廓分別與試驗金屬屋面的輪廓、歷次掃描的金屬屋面輪廓檔案進行比較，評定金屬屋面節(jié)點咬合狀態(tài)的同時，給出金屬屋面節(jié)點咬合狀態(tài)變化趨勢。

15、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，在s400中，輪廓點云采集后，采用b-樣條曲線擬合金屬屋面輪廓，計算開口間距、輪廓外圍寬、輪廓外圍高、輪廓外圍面積，將上述參數和試驗統計值比較，確定屋面板的服役壽命值。

16、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，在s300中，對聲音采集模塊采集到的聲音信息進行分析處理的步驟包括：

17、按照激振發(fā)生機構的周期截取信號，并對截取的聲音信號進行時頻分析，計算聲音信號q的尺度譜，

18、，

19、其中，為時頻分析中用到的小波函數，*表示卷積計算，t為時間，s為尺度；

20、之后，在估算的金屬屋面振動頻率附近選擇兩個尺度s1和s2，計算兩個尺度對應的尺度譜的對數，根據尺度譜對數值差值和尺度譜對數曲線的斜率d，獲得金屬屋面振動頻率f和阻尼系數：

21、，，

22、其中，和為時頻分析參數。

23、結合上述技術方案，在一種可能的實現方式中，將s400中獲得的開口間距、輪廓外圍寬、輪廓外圍高、輪廓外圍面積等參數和s300中獲得的不同階次的頻率和阻尼參數，以及定位模塊采集到的位置信息結合，構建各類參數在屋面的空間分布序列并統計各類參數在屋面的分布情況，實現參數異常值檢測，給出參數分布異常區(qū)域，結合試驗統計值對屋面整體服役狀況進行評估并預警。

24、本發(fā)明提供的金屬屋面巡檢加固一體化裝置的有益效果在于：與現有技術相比，本發(fā)明通過行走機構和壓緊機構能夠壓緊金屬屋面的同時對金屬屋面上較小的變形進行恢復，并通過激振發(fā)生機構對金屬屋面施加激振，使得金屬屋面發(fā)出聲音，通過聲音采集模塊采集聲音，由于金屬屋面下是否有支座，產生的聲音不同，因此可以通過聲音和輪廓掃描模塊得到的金屬屋面的外形輪廓判斷金屬屋面與檁條的連接狀態(tài)，并通過定位模塊確定連接狀態(tài)不佳的位置，便于后期維護，從而實現對金屬屋面的一體化巡檢加固，能夠節(jié)省人力的同時，降低操作的危險性，并便于更為精準的確定金屬屋面的狀態(tài)；而且檢測獲得的數據可以存檔，建立金屬屋面的長期健康檔案，便于跟蹤和評估，以便科學、定量地給出金屬屋面板的服役壽命。

25、本發(fā)明提供的金屬屋面巡檢加固一體化方法的有益效果在于：與現有技術相比，本發(fā)明在日常巡檢中，能將壓緊加固和屋面檢測合為一體，建立屋面板的長期健康檔案，便于跟蹤和評估，科學、定量給出金屬屋面板的服役壽命；而且通過聲音識別和輪廓掃描相結合，判定隱蔽處支座是否存在的基礎上，通過金屬屋面板的輪廓形貌識別節(jié)點的咬合狀態(tài)，提高屋面板節(jié)點損傷識別的準確性和可靠度；通過巡檢方式獲得金屬屋面板的健康狀態(tài)，不需要對屋面進行任何改造，可以靈活機動、根據需要巡檢，具有廣泛的適應性和經濟性，檢測獲得的結果也具有直觀性。