一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统及测量方法，所述系统包括光学测量设备、门架装置、移动装置以及电源与控制装置，光学测量设备包括用于测量曲面板材宽度方向的一字激光三维测量装置和用于测量曲面板材长度方向的十字激光三维测量装置，门架装置包括压弯门架和滚弯门架，一字激光三维测量装置设置于压弯门架上，十字激光三维测量装置设置于滚弯门架上，移动装置包括左行车和右行车，用于实现对船舶曲面板材位置的调整，电源与控制装置用于实现光学测量设备、门架装置和移动装置的供电及控制。本发明专利技术主要用于船舶曲面板材加工过程中的测量，通过采用新型测量系统和方法，降低了测量误差，提高了生产效率及生产质量。

【技术实现步骤摘要】
一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统及测量方法
本专利技术涉及船舶制造过程中的测量
，具体涉及一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统及测量方法。
技术介绍
传统的船舶曲面板材加工主要采用油压机与水火弯曲结合的方式进行，加工过程中需要操作人员手持木质样板或样箱对加工的曲面板材形状进行不断的人工目测和检验，通常加工一块船用曲面板材需要4-5个有经验的操作工人相互配合才能完成，如图6所示，该木质样板用于测量船舶曲面板材加工程度，其形状和曲率与加工合格曲面板材相吻合，通过人工判断木质样板与船舶曲面板材吻合程度，从而不断修正板材加工位置，直到木质样板与曲面板材吻合程度达到产品要求。随着船舶生产的发展，对船舶制造过程中的零部件的加工质量要求越来越高，特别是对于船舶中的球面板、马鞍形板和扭曲面板等加工过程复杂、加工误差较大、对操作人员技能要求高的复杂曲面板种，一直是船舶制造效率的瓶颈和弱势。国内有一部分人针对船舶曲面板材加工或加工过程的测量进行了研究并取得了一定的成果，但绝大多数仍处于理想状况和小尺寸测量阶段，没有完全解决实际船厂曲面板材加工过程的痛点，其主要存在以下问题：(1)主要适用于3米见方，厚度小于20毫米的船舶曲面板材的一次性成型；(2)机械结构复杂，故障率较高；(3)对曲面板的材质要求较高，不能覆盖普通船舶的生产制造。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统及测量方法，改变现有的人工手持样板或样箱测量的弊端，提升船舶制造的智能化程度，并提高生产效率及工作质量。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统，包括光学测量设备、门架装置、移动装置以及电源与控制装置，所述光学测量设备用于测量船舶曲面板材加工过程中的几何尺寸，所述船舶曲面板材上已由上一道工序标记好检测线，所述光学测量设备包括用于测量曲面板材宽度方向的一字激光三维测量装置和用于测量曲面板材长度方向的十字激光三维测量装置，所述门架装置包括压弯门架和滚弯门架，所述一字激光三维测量装置设置于压弯门架上，所述十字激光三维测量装置设置于滚弯门架上，所述移动装置包括左行车和右行车，用于实现对船舶曲面板材位置的调整，所述电源与控制装置用于实现光学测量设备、门架装置和移动装置的供电及控制。进一步地，所述一字激光三维测量装置的数量为两个，分别对称设置在压弯门架的前后两侧，所述十字激光三维测量装置的数量为一个，设置在滚弯门架的一侧，所述一字激光三维测量装置包括用于发射一字型线激光的一字激光发生器、用于采集一字型线激光图像的第一相机和用于调整一字激光三维测量装置姿态的第一伺服电机，所述十字激光三维测量装置包括用于发射十字型线激光的十字激光发生器、用于采集十字型线激光图像的第二相机和用于调整十字激光三维测量装置姿态的第二伺服电机。进一步地，所述左行车通过两条铁链连接有两个夹具，所述右行车通过两条铁链连接有两个夹具，所述左行车和右行车的共四个夹具用于共同夹紧船舶曲面板材，通过调节左行车和右行车的位置及其铁链的升降能够实现船舶曲面板材空间中姿态的变化。进一步地，所述电源与控制装置包括用于给光学测量设备、门架装置、左行车、右行车供电的电源以及用于控制一字激光发生器和十字激光发生器的开闭、第一伺服电机和第二伺服电机的运动、第一相机和第二相机的采集、与曲面板材设计人员工作站进行通信的控制装置。根据上述所述的面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统的测量方法，包括以下步骤：步骤1，将曲面板材通过移动装置运输到压弯门架的下方，同时打开安装在压弯门架上的一字激光发生器，调整曲面板材的位置和姿态，使得一字激光发生器投射的一字型线激光与曲面板材上的第一条横向检测线重合；步骤2，开启第一相机，采集投射在曲面板材上的激光线图像；步骤3，将采集到的激光线图像进行处理，获取图像的三维信息，该图像的三维信息即为实际点云曲线；步骤4，接收曲面板材设计人员工作站发送的标准曲面板材设计三维模型并进行处理，获取模型检测位置标准点云曲线；步骤5，将标准点云曲线与步骤3获得的对应位置的实际一字型线激光的实际点云曲线进行配准，得到两者误差，操作人员根据误差和加工工艺对曲面板材进行下一步的加工，重复以上步骤，直到该位置加工合格；步骤6：将步骤5加工合格的曲面板材通过移动装置运输到滚弯门架的下方，同时打开安装在滚弯门架上的十字激光发生器，调整曲面板材的位置和姿态，使得十字激光发生器投射的十字型线激光中的纵向激光线与曲面板材上的第一条纵向检测线重合；步骤7：开启第二相机，采集投影到曲面板材上的纵向激光线图像；步骤8：将采集到的纵向激光线图像进行处理，获取图像的三维信息，该图像的三维信息即为实际点云曲线；步骤9：选取该检测位置的标准点云曲线与步骤8获得的实际点云曲线进行配准，得到两者的误差，操作人员根据误差和加工工艺对曲面板材进行下一步的加工，重复以上步骤，直到该位置加工合格。进一步地，所述步骤3具体包括：步骤3.1，根据步骤2得到含有一字型线激光的图像，首先利用高斯滤波器对图像进行平滑处理，减少图像中噪声；步骤3.2，利用自适应阈值方法对图像进行阈值化处理；步骤3.3，利用图像形态学中的膨胀和腐蚀方法对图像先进行腐蚀操作，再进行膨胀操作，进一步的将一字型线激光特征分割出来；步骤3.4，导入第一相机与激光器相对关系的标定文件，利用三角测量原理求出一字型线激光在第一相机坐标系下的三维坐标；步骤3.5，将步骤3.4得到的三维坐标数据进行点与点之间5倍的差分处理，数据更加密集均匀，得到一条空间实际点云曲线。进一步地，所述步骤4具体包括：步骤4.1，系统接收曲面板材设计人员发送的标准曲面板材三维模型，并将模型转换为标准的STL格式；步骤4.2，将STL格式三维模型进行点云化处理，得到基于三维点数据的标准曲面板材模型；步骤4.3，构建标准曲面板材模型的最小包围盒，选取包围盒上不共线的三点，以该三点构成的平面和标准曲面板材相交，得到两者的点云曲线，该点云曲线即为标准点云曲线，该曲线在标准板材上的位置与实际板材上检测线的位置一一对应；步骤4.4，将标准点云曲线按照实际加工检测顺序进行编号并保存。进一步地，所述步骤5具体包括：步骤5.1，选取标准点云曲线与实际点云曲线；步骤5.2，将两曲线相同方向的曲线端点重合，实现配准前的粗匹配；步骤5.3，采用迭代最近点算法将标准点云曲线与实际点云曲线进行配准，得到两者的误差；步骤5.4，将得到的误差以误差趋势曲线显示给操作人员，操作人员根据误差和加工工艺对实际曲面板材进行进一步的加工，重复以上步骤，直到曲线配准合格，完成加工。进一步地，所述步骤6具体包括：步骤6.1，纵向检测线以两米为单位进行间隔，调整移动装置位置与十字激光三维测量装置姿态，使得十字激光发生器发射的十字型线激光交点与两米为单位的线段端点重合，十字型线激光的交点即为端点；步骤6.2，十字型线激光中的纵向激光线与纵向检测线重合，在沿着纵向检测线距离十字型线激光的交点两米的位置放置长200mm、宽10mm、高10mm的矩形块，激光线与矩形块的交点即为另一端点。进一步地，所述步骤8具体包括：步骤8.1，根据步骤7得到的含有十字型线激光的图像，首先利用高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统，其特征在于，包括光学测量设备(1)、门架装置(2)、移动装置(3)以及电源与控制装置(4)，所述光学测量设备(1)用于测量船舶曲面板材(5)加工过程中的几何尺寸，所述船舶曲面板材(5)上已由上一道工序标记好检测线，所述光学测量设备(1)包括用于测量曲面板材(5)宽度方向的一字激光三维测量装置(11)和用于测量曲面板材(5)长度方向的十字激光三维测量装置(12)，所述门架装置(2)包括压弯门架(21)和滚弯门架(22)，所述一字激光三维测量装置(11)设置于压弯门架(21)上，所述十字激光三维测量装置(12)设置于滚弯门架(22)上，所述移动装置(3)包括左行车(31)和右行车(32)，用于实现对船舶曲面板材(5)位置的调整，所述电源与控制装置(4)用于实现光学测量设备(1)、门架装置(2)和移动装置(3)的供电及控制。

【技术特征摘要】
1.一种面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统，其特征在于，包括光学测量设备(1)、门架装置(2)、移动装置(3)以及电源与控制装置(4)，所述光学测量设备(1)用于测量船舶曲面板材(5)加工过程中的几何尺寸，所述船舶曲面板材(5)上已由上一道工序标记好检测线，所述光学测量设备(1)包括用于测量曲面板材(5)宽度方向的一字激光三维测量装置(11)和用于测量曲面板材(5)长度方向的十字激光三维测量装置(12)，所述门架装置(2)包括压弯门架(21)和滚弯门架(22)，所述一字激光三维测量装置(11)设置于压弯门架(21)上，所述十字激光三维测量装置(12)设置于滚弯门架(22)上，所述移动装置(3)包括左行车(31)和右行车(32)，用于实现对船舶曲面板材(5)位置的调整，所述电源与控制装置(4)用于实现光学测量设备(1)、门架装置(2)和移动装置(3)的供电及控制。2.根据权利要求1所述的面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统，其特征在于，所述一字激光三维测量装置(11)的数量为两个，分别对称设置在压弯门架(21)的前后两侧，所述十字激光三维测量装置(12)的数量为一个，设置在滚弯门架(22)的一侧，所述一字激光三维测量装置(11)包括用于发射一字型线激光的一字激光发生器(111)、用于采集一字型线激光图像的第一相机(112)和用于调整一字激光三维测量装置(11)姿态的第一伺服电机(113)，所述十字激光三维测量装置(12)包括用于发射十字型线激光的十字激光发生器(121)、用于采集十字型线激光图像的第二相机(122)和用于调整十字激光三维测量装置(12)姿态的第二伺服电机(123)。3.根据权利要求1或2所述的面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统，其特征在于，所述左行车(31)通过两条铁链连接有两个夹具，所述右行车(32)通过两条铁链连接有两个夹具，所述左行车(31)和右行车(32)的共四个夹具用于共同夹紧船舶曲面板材(5)，通过调节左行车(31)和右行车(32)的位置及其铁链的升降能够实现船舶曲面板材(5)空间中姿态的变化。4.根据权利要求2所述的面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统，其特征在于，所述电源与控制装置(4)包括用于给光学测量设备(1)、门架装置(2)、左行车(31)、右行车(32)供电的电源以及用于控制一字激光发生器(111)和十字激光发生器(121)的开闭、第一伺服电机(113)和第二伺服电机(123)的运动、第一相机(112)和第二相机(122)的采集、与曲面板材(5)设计人员工作站进行通信的控制装置。5.根据权利要求1-4任一项所述的面向船舶曲面板材加工过程中的测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将曲面板材(5)通过移动装置(3)运输到压弯门架(21)的下方，同时打开安装在压弯门架(21)上的一字激光发生器(111)，调整曲面板材(5)的位置和姿态，使得一字激光发生器(111)投射的一字型线激光与曲面板材(5)上的第一条横向检测线重合；步骤2，开启第一相机(112)，采集投射在曲面板材(5)上的激光线图像；步骤3，将采集到的激光线图像进行处理，获取图像的三维信息，该图像的三维信息即为实际点云曲线；步骤4，接收曲面板材设计人员工作站发送的标准曲面板材设计三维模型并进行处理，获取模型检测位置标准点云曲线；步骤5，将标准点云曲线与步骤3获得的对应位置的实际一字型线激光的实际点云曲线进行配准，得到两者误差，操作人员根据误差和加工工艺对曲面板材(5)进行下一步的加工，重复以上步骤，直到该位置加工合格；步骤6：将步骤5加工合格的曲面板材(5)通过移动装置(3)运输到滚弯门架(22)的下方，同时打开安装在滚弯门架(22)上的十字激光发生器(121)，调整曲面板材(5)的位置和姿态，使得十字激光发生器(121)投射的十字型线激光中的纵向激光线与曲面板材(5)上的第一条纵向检测线重合；步骤7：开启第二相机(122)，采集投影到曲面板材(5)上的纵向激光线图像；步骤8：将采集到的纵向激光线图像进行处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏伟，王兴华，李安源，曹为理，王爱林，胡晓磊，索哲，李鹏，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏杰瑞科技集团有限责任公司，金海智造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32