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1、甄希金，等：船體曲板成型在線檢測技術與系統(tǒng)應用介紹甄希金，趙晶，劉禎祺，胡民政，楊潤黨(上海船舶工藝研究所，上海200032)提要針對船舶制造過程中曲板成型工藝，分析了不同檢測方法的優(yōu)缺點，提出了基于主動雙目激光三維掃描的船體曲面成型檢測方法，建立了主動雙目視覺測量的應用流程，研制了一套基于主動雙目激光三維掃描的船體曲面成型檢測原型系統(tǒng)，實現(xiàn)了水火彎板過程中船體曲面的在位檢測、偏差計算與顯示。關鍵詞主動雙目測量船體外板在線檢測中圖分類號U671文獻標識碼AonlineDetectionTechnologyandSystem0fHullShellPlatePrOcessZHENXi—
2、jin，ZHAOJing，LIUZhen—qi，HUMin—zheng，YANGRun—dang(ShanghaiShipbu訂dingTechnologyResearchInstitute，Shanghai200032，China)AbstractTosolvetheonlinedetectionofhullshel】plateespeciallydouble—curvedplateprocess，virtueandinsufficiencyofexistingdetectionmethodsareanalyzed．Anewmethodbasedonbinocularactive
3、visualandline—laserscanisputforward，andcorrespondingappliedflowissetup．Aprototypesystemisdevelopedwhichcanrealizerealtimedetectionandresultshowingofhullshellplate．KeywordsBinocularactivevisualmeasureHuUshellplate0nlinedetection1引言水火彎板作為船舶制造過程中一種技術性強、難度大的板材成型加工工藝，主要用于船體雙曲度外板的加工[1]。目前在加工過程中判斷被加工
4、鋼板與目標形狀的差異，主要是依靠有經(jīng)驗的工人通過卡樣板、樣箱的方式來實現(xiàn)。這種技術方法存在生產(chǎn)效率低、成型精度控制難、對工人技術水平要求高等缺點，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化造船的快速發(fā)展需求。因此急需一種速度快、效率高、易于自動化且柔性好的新方法來代替樣板、樣箱的檢測方式。國內外船廠和高校對船舶外板檢測技術和工藝做了大量研究。東京大學的Kazuo等[2]開發(fā)出基于激光測量的船板精度評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過激光掃描獲得被測船體曲板的點云數(shù)據(jù)，通過基于點云邊界的方法，將測量數(shù)據(jù)和理論模型匹配在一起，計算作者簡介：甄希金(1979一)，男，高級工程師。加工偏差。該方法測量精度高、效率高。國內大連理工
5、大學、原大連新船重工有限責任公司、清華大學以及北航共同承擔了國家863項目“大型復雜曲面鋼板水火成形產(chǎn)品機器人樣機研究”課題[3]，該課題應用參數(shù)樣條曲線、曲面以及空間坐標轉換等方法對加工后的鋼板進行邊界計算及曲面模擬，并依照鋼板展開數(shù)據(jù)，對鋼板加工成形狀況進行判別。武漢理工大學胡勇教授等[4]研究了基于計算機視覺的水火彎板線位移測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)測量精度較高，但范圍稍小。2測量方法選擇及原理根據(jù)工作方式的不同，三維型面測量方法可分為接觸式和非接觸式。非接觸式方法是利用某種與物體表面發(fā)生相互作用的物理現(xiàn)象來獲取其三維信息，該測量方法具有測量速度快、效率高、易于自動化和柔性好等優(yōu)點，并
6、且由于工作中不與被測物體接觸，排除了由測量摩擦力和接觸壓力造成的測量甄希金．等：船體曲板成型在線檢測技術與系統(tǒng)應用介紹4．1理論模型導入從船舶設計軟件(以Tribon為例)導出被測船體曲面的理論模型數(shù)據(jù)和相關工藝特征數(shù)據(jù)。(1)理論模型加密。由于從Tribon直接導出的曲面模型(*．dxf)精度太低，不能作為和測量數(shù)據(jù)配準、比較的依據(jù)。本文利用從Tribon提取到的船體曲面幾何坐標信息(如曲面邊界坐標信息、曲面上的點陣坐標信息等)，通過一定的加密算法加密出曲面上其它點，直到加密后點的數(shù)量和測量數(shù)據(jù)的數(shù)量相當。(2)特征線構建。根據(jù)從Tribon提取到的肋位表，在加密后的曲面數(shù)據(jù)上重
7、新構建出肋位線。同樣也可以構建出縱骨線、樣箱空間等。整個流程如圖4所示，加密出的理論模型點云及肋位線如圖5所示。l加密曲面。帶燃的曲面模型ll構建肋位線等7圖4理論模型構建圖5理論模型及工藝特征4．2船板型面數(shù)據(jù)采集首先點擊“連接”，整個硬件測量系統(tǒng)初始化，控制系統(tǒng)初始化、相機連接等；然后點擊“測量”，激光器復位、打開，掃描開始，激光器在運動機構的控制下擺動，向被測船體曲面投射光刀，同時兩個CCD相機不斷同步采集圖片信息，并對同一時刻的兩幅圖片提取光心，根據(jù)“視差”進
