船体曲板成型在线检测技术与系统应用介绍.pdf

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1、甄希金，等：船体曲板成型在线检测技术与系统应用介绍甄希金，赵晶，刘祯祺，胡民政，杨润党(上海船舶工艺研究所，上海200032)提要针对船舶制造过程中曲板成型工艺，分析了不同检测方法的优缺点，提出了基于主动双目激光三维扫描的船体曲面成型检测方法，建立了主动双目视觉测量的应用流程，研制了一套基于主动双目激光三维扫描的船体曲面成型检测原型系统，实现了水火弯板过程中船体曲面的在位检测、偏差计算与显示。关键词主动双目测量船体外板在线检测中图分类号U671文献标识码AonlineDetectionTechnologyandSystem0fHullShellPlatePrOcessZHENXi—

2、jin，ZHAOJing，LIUZhen—qi，HUMin—zheng，YANGRun—dang(ShanghaiShipbu订dingTechnologyResearchInstitute，Shanghai200032，China)AbstractTosolvetheonlinedetectionofhullshel】plateespeciallydouble—curvedplateprocess，virtueandinsufficiencyofexistingdetectionmethodsareanalyzed．Anewmethodbasedonbinocularactive

3、visualandline—laserscanisputforward，andcorrespondingappliedflowissetup．Aprototypesystemisdevelopedwhichcanrealizerealtimedetectionandresultshowingofhullshellplate．KeywordsBinocularactivevisualmeasureHuUshellplate0nlinedetection1引言水火弯板作为船舶制造过程中一种技术性强、难度大的板材成型加工工艺，主要用于船体双曲度外板的加工[1]。目前在加工过程中判断被加工

4、钢板与目标形状的差异，主要是依靠有经验的工人通过卡样板、样箱的方式来实现。这种技术方法存在生产效率低、成型精度控制难、对工人技术水平要求高等缺点，已经不能满足现代化造船的快速发展需求。因此急需一种速度快、效率高、易于自动化且柔性好的新方法来代替样板、样箱的检测方式。国内外船厂和高校对船舶外板检测技术和工艺做了大量研究。东京大学的Kazuo等[2]开发出基于激光测量的船板精度评价系统。该系统通过激光扫描获得被测船体曲板的点云数据，通过基于点云边界的方法，将测量数据和理论模型匹配在一起，计算作者简介：甄希金(1979一)，男，高级工程师。加工偏差。该方法测量精度高、效率高。国内大连理工

5、大学、原大连新船重工有限责任公司、清华大学以及北航共同承担了国家863项目“大型复杂曲面钢板水火成形产品机器人样机研究”课题[3]，该课题应用参数样条曲线、曲面以及空间坐标转换等方法对加工后的钢板进行边界计算及曲面模拟，并依照钢板展开数据，对钢板加工成形状况进行判别。武汉理工大学胡勇教授等[4]研究了基于计算机视觉的水火弯板线位移测量系统，该系统测量精度较高，但范围稍小。2测量方法选择及原理根据工作方式的不同，三维型面测量方法可分为接触式和非接触式。非接触式方法是利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象来获取其三维信息，该测量方法具有测量速度快、效率高、易于自动化和柔性好等优点，并

6、且由于工作中不与被测物体接触，排除了由测量摩擦力和接触压力造成的测量甄希金．等：船体曲板成型在线检测技术与系统应用介绍4．1理论模型导入从船舶设计软件(以Tribon为例)导出被测船体曲面的理论模型数据和相关工艺特征数据。(1)理论模型加密。由于从Tribon直接导出的曲面模型(*．dxf)精度太低，不能作为和测量数据配准、比较的依据。本文利用从Tribon提取到的船体曲面几何坐标信息(如曲面边界坐标信息、曲面上的点阵坐标信息等)，通过一定的加密算法加密出曲面上其它点，直到加密后点的数量和测量数据的数量相当。(2)特征线构建。根据从Tribon提取到的肋位表，在加密后的曲面数据上重

7、新构建出肋位线。同样也可以构建出纵骨线、样箱空间等。整个流程如图4所示，加密出的理论模型点云及肋位线如图5所示。l加密曲面。带燃的曲面模型ll构建肋位线等7图4理论模型构建图5理论模型及工艺特征4．2船板型面数据采集首先点击“连接”，整个硬件测量系统初始化，控制系统初始化、相机连接等；然后点击“测量”，激光器复位、打开，扫描开始，激光器在运动机构的控制下摆动，向被测船体曲面投射光刀，同时两个CCD相机不断同步采集图片信息，并对同一时刻的两幅图片提取光心，根据“视差”进