一种船体外板的三维轮廓测量方法及系统与流程

本发明涉及三维轮廓测量领域，特别是涉及一种船体外板的三维轮廓测量方法及系统。

背景技术：

对成型船体外板曲面的三维轮廓测量是船体外板自动化成型加工的关键技术。目前在船厂的实际生产中主要是依赖熟练工人的经验采用样板或样箱完成测量。手工经验型的船体外板检测方式效率低误差大，且不能满足现代造船业对自动化加工生产的要求，这已经成为制约船舶生产周期和质量的一个瓶颈。

也可使用电子仪器对船体外板进行三维轮廓测量，如使用光干涉法、激光三角测量法、图象分析法、激光测距法和结构光学法等方法。然而非接触式测量往往不够精确，对于复杂构件会丢失构建的部分形态。

因此，如何提供一种能够对船体外板进行精确测量的三维轮廓测量方法及系统是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种船体外板的三维轮廓测量方法及系统，能够对船体外板进行精确测量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种船体外板的三维轮廓测量方法，包括：

获取船体外板的三维轮廓扫描信息，并根据所述三维轮廓扫描信息建立船体外板的扫描轮廓模型；

获取与船体外板接触的接触式三维轮廓测量仪的接触信息，并根据所述接触信息建立船体外板的接触轮廓模型；

合成所述扫描轮廓模型和所述接触轮廓模型，生成修正三维轮廓模型。

优选地，所述获取船体外板的三维轮廓扫描信息具体为通过三维激光扫描仪获取所述三维轮廓扫描信息。

优选地，所述接触式三维轮廓测量仪具体为液压圆柱阵列测量仪，所述接触信息具体为三维坐标信息。

优选地，所述获取与船体外板接触的接触式三维轮廓测量仪的接触信息包括：

建立三维坐标系，所述液压圆柱阵列测量仪的每个液压圆柱的行列位置分别为x轴坐标和y轴坐标，每个所述液压圆柱的伸出量为z轴坐标；

获取每个所述液压圆柱的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

优选地，所述根据所述接触信息建立船体外板的接触轮廓模型具体为对全部所述液压圆柱的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标进行B样条空间曲线拟合，得出所述接触轮廓模型。

优选地，所述合成所述扫描轮廓模型和所述接触轮廓模型包括：

获取所述扫描轮廓模型的关键点，并获取所述接触轮廓模型中对应位置的关键点；

调整所述接触轮廓模型中所述关键点的权重；

根据所述权重对所述扫描轮廓模型中所述关键点进行修正，得到所述修正轮廓模型。

优选地，所述获取所述扫描轮廓模型的关键点具体为获取所述扫描轮廓模型中曲率突变点、中心点和重要部位点为所述关键点。

优选地，所述调整所述接触轮廓模型中所述关键点的权重包括：

所述关键点的曲率大于预设值时，增加所述权重；

所述关键点的曲率小于预设值时，减小所述权重。

本发明还提供一种船体外板的三维轮廓测量系统，包括：

非接触式三维轮廓扫描仪，用于获取船体外板的三维轮廓扫描信息；

接触式三维轮廓测量仪，用于与船体外板接触并获取接触信息；

处理器，通信连接所述非接触式三维轮廓扫描仪和所述接触式三维轮廓测量仪；并根据所述三维轮廓扫描信息建立船体外板的扫描轮廓模型；根据所述接触信息建立船体外板的接触轮廓模型；合成所述扫描轮廓模型和所述接触轮廓模型，生成修正三维轮廓模型。

优选地，所述非接触式三维轮廓扫描仪具体为三维激光扫描仪；

所述接触式三维轮廓测量仪具体为液压圆柱阵列测量仪，所述液压圆柱阵列测量仪包括呈行列均匀排布的多个液压圆柱，所述液压圆柱的底端设置有电动液压装置，所述液压圆柱顶端设置有电磁吸盘接触面，且所述液压圆柱上端内部设置有内置压力传感器。

本发明提供的船体外板的三维轮廓测量方法，包括获取船体外板的三维轮廓扫描信息，并根据三维轮廓扫描信息建立船体外板的扫描轮廓模型；获取与船体外板接触的接触式三维轮廓测量仪的接触信息，并根据接触信息建立船体外板的接触轮廓模型；合成扫描轮廓模型和接触轮廓模型，生成修正三维轮廓模型。本发明还提供一种三维轮廓测量系统，包括用于获取船体外板的三维轮廓扫描信息的非接触式三维轮廓扫描仪、用于与船体外板接触并获取接触信息的接触式三维轮廓测量仪和用于生成三维轮廓模型的处理器。通过非接触和接触两种方式形成两种三维轮廓模型，并将两种模型合成为修正三维轮廓模型，提高船体外板的三维轮廓模型测量的精确度，并提高自动化程度和抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明所提供的三维轮廓测量方法的一种具体实施方式的流程框图；

图2为本发明所提供的三维轮廓测量系统的一种具体实施方式中液压圆柱阵列测量仪的俯视图；

图3为本发明所提供的三维轮廓测量方法的一种具体实施方式中液压圆柱的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种船体外板的三维轮廓测量方法及系统，能够对船体外板进行精确测量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的三维轮廓测量方法的一种具体实施方式的流程框图；图2为本发明所提供的三维轮廓测量系统的一种具体实施方式中液压圆柱阵列测量仪的俯视图；图3为本发明所提供的三维轮廓测量方法的一种具体实施方式中液压圆柱的结构示意图。

本发明具体实施方式提供的三维轮廓测量系统，包括非接触式三维轮廓扫描仪、接触式三维轮廓测量仪和处理器，其中非接触式三维轮廓扫描仪用于获取船体外板的三维轮廓扫描信息，接触式三维轮廓测量仪用于与船体外板接触并获取接触信息，处理器通信连接非接触式三维轮廓扫描仪和接触式三维轮廓测量仪根据三维轮廓扫描信息建立船体外板的扫描轮廓模型；根据接触信息建立船体外板的接触轮廓模型；合成扫描轮廓模型和接触轮廓模型，生成修正三维轮廓模型。

使用上述三维轮廓测量系统对船体外板进行三维轮廓测量的方法包括步骤：

获取船体外板的三维轮廓扫描信息，并根据三维轮廓扫描信息建立船体外板的扫描轮廓模型；

获取与船体外板接触的接触式三维轮廓测量仪的接触信息，并根据接触信息建立船体外板的接触轮廓模型；

合成扫描轮廓模型和接触轮廓模型，生成修正三维轮廓模型。

通过非接触和接触两种方式形成两种三维轮廓模型，并将两种模型合成为修正三维轮廓模型，提高船体外板的三维轮廓模型测量的精确度，并提高自动化程度和抗干扰能力。

具体地，非接触式三维轮廓扫描仪可以为三维激光扫描仪，此时获取船体外板的三维轮廓扫描信息具体为通过三维激光扫描仪获取三维轮廓扫描信息，也可采用其他光学扫描仪器，均在本发明的保护范围之内。

接触式三维轮廓测量仪具体为液压圆柱阵列测量仪，液压圆柱阵列测量仪包括呈行列均匀排布的多个液压圆柱1，液压圆柱1的底端设置有电动液压装置2，液压圆柱1顶端设置有电磁吸盘接触面3，且液压圆柱1上端内部设置有内置压力传感器4，接触信息具体为三维坐标信息。测量时，将船体外板放置在液压圆柱阵列测量仪中，液压圆柱1上升与外板接触后，再上升一定高度，液压圆柱1的电磁吸盘接触面3对船体外板进行固定，与外板接触的一端为上端，另一端为下端，因此获取与船体外板接触的接触式三维轮廓测量仪的接触信息包括：

建立三维坐标系，液压圆柱阵列测量仪的每个液压圆柱的行列位置分别为x轴坐标和y轴坐标，每个液压圆柱的伸出量为z轴坐标。具体地，液压圆柱阵列的第一列和最后一行的交点处的液压圆柱作为x轴和y轴的原点，多个液压圆柱中顶端水平位置最低的液压圆柱的顶端作为z轴原点。

获取每个液压圆柱的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，即记录每个液压圆柱所在的行列位置及伸出量，转化为相应的坐标。

根据接触信息建立船体外板的接触轮廓模型具体为对全部液压圆柱的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标进行B样条空间曲线拟合，得出接触轮廓模型。也可采用其他方式进行拟合，均在本发明的保护范围之内。

在上述各具体实施方式提供的测量方法的基础上，合成扫描轮廓模型和接触轮廓模型包括：

获取扫描轮廓模型的关键点，其中获取扫描轮廓模型的关键点具体为获取扫描轮廓模型中曲率突变点、中心点和重要部位点为关键点。同时获取接触轮廓模型中对应位置的关键点，即与扫描轮廓模型中的关键点位置相同的点。

调整接触轮廓模型中关键点的权重，具体为关键点的曲率大于预设值时，增加权重，关键点的曲率小于预设值时，减小权重。加权依据关键点所在部位的曲率大小，对于曲率较大的曲线，应适当增加接触轮廓模型的关键点的权重，对于曲率较小的曲线处，由于电磁吸盘接触面的影响，应该减小接触轮廓模型的关键点的权重。

根据权重对扫描轮廓模型中关键点进行修正，得到修正轮廓模型。即以扫描轮廓模型为主，接触轮廓模型为参考，根据之前的权重调整方式，调整接触轮廓模型中关键点的权重，合成到扫描轮廓模型中，得到最终的修正轮廓模型。

以上对本发明所提供的一种船体外板的三维轮廓测量方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。