海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接變形測(cè)量方法，尤其涉及海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的焊接變形測(cè)量 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接后往往會(huì)產(chǎn)生變形，因此就需要在焊接后對(duì)甲板片進(jìn)行測(cè) 量，檢驗(yàn)出焊接質(zhì)量是否合格。當(dāng)前多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量采用全站儀對(duì)甲 板片主梁的交點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，然后與設(shè)計(jì)的交點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)檢驗(yàn)。該方法效率較低，而 且容易產(chǎn)生測(cè)量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種測(cè)量精度和效率可以大幅提高 的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] 本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法，它包括以下步驟：
[0006] (1)在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的三維模型，并對(duì)甲板片的主梁外 輪廓直線信息進(jìn)行提取；
[0007] (2)使用三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)焊接后的甲板片進(jìn)行掃描，得到實(shí)際焊接后甲板片 的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0008] (3)將甲板片的三維模型的輪廓信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，統(tǒng)一到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系 下；
[0009] (4)搜索甲板片主梁外輪廓周圍區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)獲得特征鄰域點(diǎn)云集合；
[0010] (5)對(duì)特征鄰域點(diǎn)云集合進(jìn)行分析計(jì)算，提取出實(shí)際的甲板片主梁外輪廓直線；
[0011] (6)通過(guò)計(jì)算得到主梁中線，從而計(jì)算出主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0012] (7)重復(fù)所述的步驟（1)至步驟（6)，求取所有需要測(cè)量的甲板片主梁交點(diǎn)位置坐 標(biāo)；
[0013] (8)對(duì)比實(shí)際主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)坐標(biāo)與理論主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)坐標(biāo)的偏差，檢驗(yàn) 出焊接質(zhì)量是否合格。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：采用三維激光掃描系統(tǒng)掃描甲板片，可一次性提取出需要測(cè) 量的交點(diǎn)信息，相比于以往的全站儀逐點(diǎn)測(cè)量，本方法的測(cè)量精度和效率可以大幅提高；因 為海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量主要測(cè)量的是主梁焊接交點(diǎn)，所以在CAD模型輔助下處 理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將減少其他不必要的數(shù)據(jù)計(jì)算工作，提高效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法采用的坐標(biāo)計(jì)算三維示 意圖；
[0016] 圖2是發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法采用的特征信息周圍區(qū)域 點(diǎn)云搜索示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法采用的輪廓線中線及其 交點(diǎn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0019] 本發(fā)明是海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新技術(shù)，它包括以下步驟：
[0020] (1)在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接后的理論三維模型，并對(duì)甲板 片的主梁外輪廓直線信息進(jìn)行提取，甲板片的主梁的結(jié)構(gòu)形式為工字鋼焊接而成的鋼架結(jié) 構(gòu)；
[0021] (2)使用三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)甲板片進(jìn)行掃描，得到實(shí)際焊接后甲板片的點(diǎn)云數(shù) 據(jù)，然后對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到優(yōu)化的實(shí)際焊接后甲板片點(diǎn)云數(shù)據(jù)；優(yōu)化處理通常 包括去噪等處理。三維激光掃描系統(tǒng)可以在市場(chǎng)購(gòu)得，三維激光掃描系統(tǒng)的工作原理為：
[0022] 三維激光掃描系統(tǒng)是采用脈沖激光測(cè)距的方法，通過(guò)激光脈沖二極管發(fā)射激光脈 沖，射向被測(cè)物體，激光碰到被測(cè)物體的表面后反射回來(lái)，由系統(tǒng)內(nèi)的探測(cè)裝置接收并記 錄。根據(jù)激光束發(fā)射和接收的時(shí)間差T，計(jì)算掃描點(diǎn)到儀器的斜距S，同時(shí)獲取此激光束的 水平方向角度α和垂直方向角度Θ，計(jì)算出掃描點(diǎn)用空間坐標(biāo)系中X方向、Y方向、Z方向 3個(gè)矢量數(shù)據(jù)表示。見(jiàn)圖1。
[0023] 計(jì)算掃描點(diǎn)空間坐標(biāo)時(shí)，坐標(biāo)原點(diǎn)為系統(tǒng)內(nèi)部測(cè)距激光發(fā)射的幾何中心，Z軸為儀 器的豎軸，Y軸為掃描默認(rèn)起始方位，X軸與Y、Z軸垂直構(gòu)成空間坐標(biāo)系。通過(guò)計(jì)算可得掃 描點(diǎn)P的坐標(biāo)（X p，Yp，Zp)，即
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法，其特征在于，它包括以下步驟： (1) 在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的三維模型，并對(duì)甲板片的主梁外輪廓 直線?目息進(jìn)行提??； (2) 使用三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)焊接后的甲板片進(jìn)行掃描，得到實(shí)際焊接后甲板片的點(diǎn) 云數(shù)據(jù)； (3) 將甲板片的三維模型的輪廓信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，統(tǒng)一到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系下； (4) 搜索甲板片主梁外輪廓周圍區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)獲得特征鄰域點(diǎn)云集合； (5) 對(duì)特征鄰域點(diǎn)云集合進(jìn)行分析計(jì)算，提取出實(shí)際的甲板片主梁外輪廓直線； (6) 通過(guò)計(jì)算得到主梁中線，從而計(jì)算出主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)的坐標(biāo)； (7) 重復(fù)所述的步驟（1)至步驟（6)，求取所有需要測(cè)量的甲板片主梁交點(diǎn)位置坐標(biāo)； (8) 對(duì)比實(shí)際主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)坐標(biāo)與理論主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)坐標(biāo)的偏差，檢驗(yàn)出焊 接質(zhì)量是否合格。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法，其特征在于：所述 的步驟（4)中鄰域點(diǎn)云數(shù)據(jù)搜索具體步驟為： 步驟一、將理論三維模型的輪廓特征信息整合到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系后，通過(guò)人工移動(dòng) 使點(diǎn)云數(shù)據(jù)和理論三維模型的輪廓線位置基本重合； 步驟二、以經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換的理論焊接后甲板片主梁的輪廓特征線為軸線，生成圓柱體， 然后用球體對(duì)特征周圍形成的圓柱體進(jìn)行空間填充，用一系列球體所包含的點(diǎn)集近似代替 圓柱體內(nèi)部點(diǎn)； 步驟三、使用k-鄰域點(diǎn)云搜索方法對(duì)輪廓線周圍進(jìn)行鄰域搜索。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法，其特征在于： 所述的步驟（5)中特征提取方法具體如下： 步驟一、先將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中具有法向或曲率突變的點(diǎn)舍去； 步驟二、根據(jù)甲板片上面與其軸向兩個(gè)側(cè)面內(nèi)點(diǎn)云法向指向不同特性進(jìn)行區(qū)域分類， 然后得到上表面和與其相交的各面兩區(qū)域點(diǎn)云； 步驟三、利用最小二乘法擬合兩區(qū)域空間平面，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
式中31、131、(31、(11、32、13 2、(32、(12分別為空間平面？1、？2表達(dá)式中的系數(shù)，1、7、2分別為 兩面上點(diǎn)的坐標(biāo)； 聯(lián)立兩空間平面方程，求取兩空間平面的交線來(lái)表示實(shí)際焊接后甲板片主梁的輪廓 線；相交空間直線方程數(shù)學(xué)表示：
式中，（Χ(Ι，％，Ζ(Ι)為空間直線上任意一點(diǎn)，（θ^ θ2, θ3)萬(wàn)為空間直線的方向向量。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測(cè)量新方法，它包括以下步驟：在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的三維模型，并對(duì)甲板片的主梁外輪廓直線信息進(jìn)行提取；使用三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)焊接后的甲板片進(jìn)行掃描，得到實(shí)際焊接后甲板片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將甲板片的三維模型的輪廓信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，統(tǒng)一到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系下；搜索甲板片主梁外輪廓周圍區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)獲得特征鄰域點(diǎn)云集合；對(duì)特征鄰域點(diǎn)云集合進(jìn)行分析計(jì)算，提取出實(shí)際的甲板片主梁外輪廓直線；計(jì)算出主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)的坐標(biāo)；求取所有需要測(cè)量的甲板片主梁交點(diǎn)位置坐標(biāo)；對(duì)比實(shí)際主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)坐標(biāo)與理論主梁兩個(gè)中線交點(diǎn)坐標(biāo)的偏差。采用本方法測(cè)量精度和效率可以大幅提高。
【IPC分類】G01B11-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104764413
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410811276
【發(fā)明人】卿文, 邢海濤, 王強(qiáng), 李永林
【申請(qǐng)人】博邁科海洋工程股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日