一種水火彎板成型在線檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種船舶外板水火成型在線檢測(cè)方法，屬于船舶制造技術(shù)和光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。具體包括如下步驟：A、船板理論模型點(diǎn)云構(gòu)建；B、掃描獲取船板測(cè)量點(diǎn)云；C、船板理論模型點(diǎn)云與船板測(cè)量點(diǎn)云坐標(biāo)系配準(zhǔn)；D、計(jì)算船板測(cè)量點(diǎn)云中各點(diǎn)到理論曲面的距離，以表示測(cè)量點(diǎn)云和理論模型點(diǎn)云的偏差；E、以色斑圖表達(dá)偏差值。本發(fā)明與傳統(tǒng)的樣箱/樣板檢測(cè)方法相比，具有檢測(cè)效率和精度高、檢測(cè)結(jié)果量化且可讀性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種水火彎板成型在線檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種曲板成型在線檢測(cè)方法，特別是一種水火彎板過(guò)程中的在線檢測(cè)方法。屬于船舶制造技術(shù)和光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水火彎板無(wú)模成型技術(shù)是目前世界造船工業(yè)中一種技術(shù)性強(qiáng)、難度大、影響因素多且被廣泛應(yīng)用的板材成型加工工藝。在加工過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確檢測(cè)與判別被加工船體曲板與目標(biāo)曲板的形狀誤差是目前造船業(yè)迫切需要解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]目前船廠檢測(cè)與判別被加工船體曲板與目標(biāo)曲板的形狀誤差，主要依靠有經(jīng)驗(yàn)的工人通過(guò)卡樣板、樣箱的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。但這種方法存在很多缺點(diǎn):(1)樣板、樣箱的精度決定了曲板的加工精度，而樣板、樣箱大多數(shù)為木質(zhì)材料，受環(huán)境影響如天氣等會(huì)發(fā)生較大的變形，因而檢測(cè)誤差較大，成型精度難以保證，為后續(xù)造船精度控制設(shè)置了障礙，根據(jù)調(diào)研，這種加工誤差有時(shí)可達(dá)20mm，無(wú)法滿足精度造船的要求；(2)整個(gè)過(guò)程需要大量人工操作，對(duì)工人技術(shù)水平要求高；(3)需要制作大量樣箱、樣板，浪費(fèi)木材；(4)生產(chǎn)效率低下，導(dǎo)致造船周期長(zhǎng)，與日益競(jìng)爭(zhēng)激烈的世界造船市場(chǎng)嚴(yán)重不符等。
[0004]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助船板曲面成型檢測(cè)已經(jīng)成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。數(shù)十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者致力于新型檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)。
[0005]國(guó)內(nèi)比較有代表性的有:(1)大連理工大學(xué)、大連新船重工有限責(zé)任公司、清華大學(xué)以及北京航空航天大學(xué)等單位，對(duì)船體外板加工成型自動(dòng)檢測(cè)方法、加工后外板成型的自動(dòng)判別進(jìn)行了相關(guān)的研究并取得了一定的成果，但是離工程化實(shí)際應(yīng)用還有很大一段距離。
[0006]國(guó)外比較有代表性的有:(1)首爾大學(xué)的J S Park, J G Skin, K H Ko采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(CMM)對(duì)船板進(jìn)行測(cè)量。所采用CMM的測(cè)量范圍是2.SmX2.Sm，測(cè)量誤差在±0.068mm以內(nèi)。此方法測(cè)量精度高、可以精確得到船板邊界，角點(diǎn)等特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)。但同樣存在著眾多缺點(diǎn):(a)測(cè)量過(guò)程需要大量的人工操作，導(dǎo)致測(cè)量效率低下；(b) CMM的使用對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件要求高；(c)CMM測(cè)量范圍的擴(kuò)大需要增加很多成本等。(2)東京大學(xué)的Kazuo Hiekata, Hiroyuki Yamato, Masakazu Enomoto等開(kāi)發(fā)出基于激光測(cè)量的船板精度評(píng)價(jià)系統(tǒng)。首先，通過(guò)激光掃描獲得被測(cè)船體曲板的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；然后，通過(guò)基于點(diǎn)云邊界的方法，將測(cè)量數(shù)據(jù)和理論模型匹配在一起；最后，計(jì)算出理論數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。此測(cè)量方法測(cè)量具有精度高、效率高的優(yōu)點(diǎn)。但仍有很多缺點(diǎn):(a)對(duì)理論模型的輸入要求比較高，而對(duì)很多船舶設(shè)計(jì)軟件來(lái)說(shuō)，用戶要拿到整個(gè)船體曲面完整的設(shè)計(jì)信息和幾何信息比較困難；(b)采用基于邊界的測(cè)量數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的匹配方法誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服已有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種用于船體水火彎板成型在線檢測(cè)方法，能夠提高對(duì)被加工船板成型形狀誤差檢測(cè)的速度和精度。[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種用于船體水火彎板成型在線檢測(cè)方法，包括以下步驟:A、構(gòu)建船板理論模型點(diǎn)云并擬合理論曲面；B、激光線掃描獲取船板測(cè)量點(diǎn)云；C、船板理論模型點(diǎn)云與船板測(cè)量點(diǎn)云坐標(biāo)系配準(zhǔn)；D、計(jì)算船板測(cè)量點(diǎn)云中各點(diǎn)到理論曲面的距離，以表示測(cè)量點(diǎn)云和理論模型點(diǎn)云的偏差；E、以色斑圖表達(dá)偏差值。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，該在線檢測(cè)方法具體包括以下步驟:
A、從設(shè)計(jì)系統(tǒng)(Rikz7)中抽取船板邊界及特征點(diǎn)陣，構(gòu)建船板理論模型點(diǎn)云并擬合曲面上(X, j, z) = O ；
B、激光線掃描船板，相機(jī)采集帶有激光線的船板二維圖像，計(jì)算待彎船板激光線上點(diǎn)的三維坐標(biāo)，作為待彎板面上點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，通過(guò)對(duì)整個(gè)船板的掃描和實(shí)時(shí)計(jì)算，獲取船板測(cè)量點(diǎn)云；
C、以船板理論模型點(diǎn)云為基準(zhǔn),通過(guò)基于IterativeClosest Point (ICP)算法的精確匹配，進(jìn)行船板理論模型點(diǎn)云與船板測(cè)量點(diǎn)云坐標(biāo)系的配準(zhǔn)；
D、計(jì)算船板測(cè)量點(diǎn)云中任意點(diǎn)IKwi)到理論曲面
【權(quán)利要求】
1.一種船舶外板水火成型在線檢測(cè)方法，其特征在于本方法包括以下步驟:A、構(gòu)建船板理論模型點(diǎn)云并擬合理論曲面、掃描獲取船板測(cè)量點(diǎn)云；C、船板理論模型點(diǎn)云與船板測(cè)量點(diǎn)云坐標(biāo)系配準(zhǔn)；D、計(jì)算船板測(cè)量點(diǎn)云中各點(diǎn)到理論曲面的距離，以表示測(cè)量點(diǎn)云和理論模型點(diǎn)云的偏差；E、以色斑圖表達(dá)偏差值。
2.如權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量方法，其特征在于該方法的具體步驟為: A、從設(shè)計(jì)系統(tǒng)中抽取船板邊界及特征點(diǎn)陣，構(gòu)建船板理論模型點(diǎn)云并擬合曲面
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟B中為具有確定相對(duì)位姿關(guān)系的兩臺(tái)CCD相機(jī)同時(shí)拍攝帶有激光線的船板，在該位姿關(guān)系下兩臺(tái)相機(jī)視場(chǎng)分別能覆蓋整個(gè)船板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟C中，匹配前對(duì)船板理論模型點(diǎn)云和船板測(cè)量點(diǎn)云進(jìn)行k-d樹(shù)分割。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103673916SQ201210326893
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月6日
【發(fā)明者】楊潤(rùn)黨, 習(xí)俊通, 甄希金, 吳卓奇, 胡民政, 王振興 申請(qǐng)人:上海船舶工藝研究所, 上海交通大學(xué)