一种曲板渐进成形在位调形检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种曲板渐进成形在位调形检测系统及方法，检测支架设置在上模座上，且可沿上模座水平滑动；检测支架上设置有图像采集装置和主动光投射装置；所述图像采集装置用来采集下模座上曲板表面的三维点云数据；主动光投射装置用来为图像采集装置提供光源；方法基于光学调形检测技术，借助主动光投射装置，对曲板进行扫描，用图像采集器采集主动光照射的曲板图片，通过对图片的处理，获取曲板的三维点云数据，通过点云拼接技术，测量点云与理论点云配准和偏差计算技术，得到曲板加工成形的偏差数据，自动生成加工调形文件。本发明专利技术与传统的样板样箱检测，人工调形方法相比，具有在位调形检测效率和精度高、调形检测结果可量化且可读性好。

【技术实现步骤摘要】
一种曲板渐进成形在位调形检测系统及方法
本专利技术涉及船舶制造、在位调形检测领域，具体地，涉及一种曲板渐进成形在位调形检测系统和方法。
技术介绍
船体建造是整个船舶生产的重要组成部分，约占整船总生产工作量的30％～40％。由于船体外板线型复杂，船舶曲板成形加工一直是困扰着造船行业的难题，其最具代表性的弯板作业量约占船体钢料加工工作量的10％～18％。目前曲板成形加工主要依靠经验丰富的工人通过反复多次加工使板材成形达到要求。因此，受制于当前曲板加工工艺的不足，复杂船舶曲板的成形难以一次加工到位，一般需要多次成形，是一个多步渐近的过程。在船舶曲板成形过程中，为准确判断成形是否达到加工要求，同时也为修正下一步的加工参数，曲板的成形状态调形检测显得尤为重要。目前国内大部分船厂仍主要采用样板样箱对成形曲板进行调形检测，虽然样板样箱调形检测方法对复杂生产现场的适应能力较强，但其本身也存在着一些明显的不足:(1)调形检测精度低、曲板成形精度难以保证。采用样板样箱调形检测时，工人直接通过肉眼观测曲板的成形状态，致使检测误差较大。此外对于木质样板样箱而言，其易受环境温度和湿度的影响而产生变形，自身精度不高；(2)工作强度大、调形检测效率低。调形检测过程中需要将样板样箱放在成形曲板上，较大的样箱需要多人协同搬放。而且在曲板成形过程中往往需要多次反复测量。因此手工样板样箱调形检测不仅工作强度大、而且调形检测效率低；(3)无法形成定量的调形检测结果。样板样箱调形检测过程主要是通过工人经验进行判断，不能得到定量的成形误差数据，也无法提供准确的调形检测数据和评价标准，缺少调形检测规范。当前基于样板样箱的手工对样调形检测方法己经成为影响造船速度和质量，以及成形工艺实施机械化流水线作业的一个“瓶颈”。而如何实现调形检测工艺的自动化和数字化以代替手工对样调形检测，己成为船舶曲板成形工艺所急需破解的难题。因此开发船舶曲板渐进成形在位调形检测系统己成为我国造船业的当务之急。三维视觉测量技术由于其具有非接触、速度快、精度高等优点已广泛应用于工业检测领域，但由于船舶曲板尺寸大、曲率小、批量小以及加工现场环境复杂等原因，需要针对船舶曲板成形在位检测现场进行进一步研究。国内外高校和研究所对船舶曲板检测技术做了大量研究，(1)韩国庆南大学Heo利用多条结构光对船舶曲板进行测量，理论上该方法检测效率较高，但是其测量范围较小，只能测量小尺寸船舶曲板。(2)意大利比萨大学Paoli采用在机械臂末端安装基于面结构光的主动双目立体视觉传感器的多视角测量系统，该系统与全站仪集成后可完成对整个船体表面的测量。但其成本昂贵，对位移机构精度要求高。(3)上海船舶工艺研究所甄希金等采用基于线激光的主动双目立体视觉技术开发了一套船板测量系统，其线激光器在电机的带动下可在一定角度内摆动。但该系统测量范围较小，难以适应尺寸较大的船板。(4)上海交通大学王振兴等通过向被测船舶曲板表面投射圆斑作为测量特征，采用基于圆斑点阵的面阵结构光主动双目立体视觉技术对船舶曲板进行测量，该系统测量速度快，但测量范围较小，且由于船厂现场环境复杂，精确检测船板表面上的投影圆斑十分困难，使得该系统稳定性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种曲板渐进成形在位调形检测系统和方法，以代替传统样板样箱调形检测，缩短曲板的成形加工周期，提高成形质量，改善加工条件和降低生产成本。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种曲板渐进成形在位调形检测系统，包括检测支架、上模座和下模座；所述上模座与下模座上下相对设置；所述检测支架设置在上模座上，且可沿上模座水平滑动；所述检测支架上设置有图像采集装置和主动光投射装置；所述图像采集装置用来采集下模座上曲板表面的三维点云数据；所述主动光投射装置用来为图像采集装置提供光源；所述主动光投射装置可沿检测支架上的滑轨滑动。进一步的，所述下模座可沿轨道水平滑动。进一步的，曲板弯曲过程为将数控三维弯板机调整至曲板加工工位，以理论曲面为目标调整下模座内设置的下冲头，上模座内设的上冲头往下移动施压，对曲板进行加工成形。进一步的，所述图像采集装置有四个且均匀分布组成矩形结构，图像采集装置主轴线斜向下且与水平面成θ。进一步的，所述检测支架竖直侧设置在三维弯板机的竖直板上，通过动力的驱动，检测支架可沿竖直板上下滑动，从而调整图像采集装置和主动光投射装置与曲板的距离。一种曲板渐进成形在位调形检测系统的方法，包括如下步骤：步骤一：数控三维弯板机完成一次对曲板的弯曲成形，将下模座向后移动，回到检测工位；根据检测曲板的大小，检测支架上下移动装置带动检测支架上下自动移动到最佳的检测工位，将第一主动光投射器或第二主动光投射器移动到主动光投射装置的最左端或者最右端；步骤二：检测初始化，打开第一主动光投射器和第二主动光投射器，将主动光投射在曲板上，连接并打开图像采集设备，采集图像；步骤三：开始检测，将第一主动光投射器或第二主动光投射器移动到主动光投射装置的另一端，图像采集设备采集光刀图片，提取曲板的点云数据；步骤四：坐标转换，将所提取曲板的测量点云数据转换到数控三维弯板机理论点云的坐标系下；步骤五：点云配准和偏差计算，将同一坐标系下的理论点云和测量点云配准，进行偏差计算，得到整个曲板曲面的偏差数据和偏差分布图，如果偏差值满足加工要求，则加工下一块板，检测时重复步骤一-步骤六，如果偏差值不满足加工要求，则进行下一步；步骤六：调形再加工，将检测得到的偏差值作为回弹补偿量加到曲板理论数据上生成新的调形文件，传输给数控三维弯板机再次加工，检测时重复以上步骤，直到满足精度要求。进一步的，步骤三)具体步骤包括：步骤3.1，第一主动光投射器和第二主动光投射器投射主动光至被测曲板表面形成光刀，主动光投射器在电机的带动下沿着主动光投射装置横向运动，实现光刀对待测船板的扫描，扫描过程中，图像采集设备每隔一段时间采集一组光刀图像，通过千兆网存储于计算机内存中；步骤3.2，光条预处理：采用阈值分割算法提取光刀条纹，在图像宽度方向找到灰度值最大的坐标点Ymax,以该点为中心，对该点周围的2k+1个采样点加权求取灰度重心值作为该列的中心，公式如下：其中：参数gi为灰度值，为光条中心位置，k取5；步骤3.3，立体校正：利用图像采集设备的内、外参数以及畸变系统对图像进行立体校正，矫正图像畸变的同时也使得双目系统左右两幅图像校正成共面且行对齐的方向，以便于后续的立体匹配与三维重建；步骤3.4，立体匹配与三维重构：光刀的立体匹配就是寻找同一激光光刀在不同视角下图像中像素点一一对应的关系；经上述两步骤处理后，左图像中光刀线上任意一点的匹配点即为右图像中同一行的光刀中心点，找到匹配点后，通过视差原理可以快速求出该点的三维坐标；步骤3.5，将两个双目子系统得到的点云数据转换到同一坐标系下，得到整个曲板三维测量点云数据。进一步的，步骤四)中：曲板理论点云本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种曲板渐进成形在位调形检测系统，其特征在于，包括检测支架(1)、上模座(8)和下模座(7)；所述上模座(8)与下模座(7)上下相对设置；所述检测支架(1)设置在上模座(8)上，且可沿上模座(8)水平滑动；所述检测支架(1)上设置有图像采集装置(2)和主动光投射装置(3)；所述图像采集装置(2)用来采集下模座(7)上曲板(6)表面的三维点云数据；所述主动光投射装置(3)用来为图像采集装置(2)提供光源；所述主动光投射装置(3)可沿检测支架(1)上的滑轨滑动。/n

【技术特征摘要】
1.一种曲板渐进成形在位调形检测系统，其特征在于，包括检测支架(1)、上模座(8)和下模座(7)；所述上模座(8)与下模座(7)上下相对设置；所述检测支架(1)设置在上模座(8)上，且可沿上模座(8)水平滑动；所述检测支架(1)上设置有图像采集装置(2)和主动光投射装置(3)；所述图像采集装置(2)用来采集下模座(7)上曲板(6)表面的三维点云数据；所述主动光投射装置(3)用来为图像采集装置(2)提供光源；所述主动光投射装置(3)可沿检测支架(1)上的滑轨滑动。


2.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测系统，其特征在于，所述下模座(7)可沿轨道(5)水平滑动。


3.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测系统，其特征在于，曲板(6)弯曲过程为将数控三维弯板机(10)调整至曲板(6)加工工位，以理论曲面为目标调整下模座(7)内设置的下冲头，上模座(8)内设的上冲头往下移动施压，对曲板(6)进行加工成形。


4.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测系统，其特征在于，所述图像采集装置(2)有四个且均匀分布组成矩形结构，图像采集装置(2)主轴线斜向下且与水平面成θ。


5.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测系统，其特征在于，所述检测支架(1)竖直侧设置在三维弯板机(10)的竖直板上，通过动力的驱动，检测支架(1)可沿竖直板上下滑动，从而调整图像采集装置(2)和主动光投射装置(3)与曲板(6)的距离。


6.一种采用权利要求1-5任一项所述的曲板渐进成形在位调形检测系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：数控三维弯板机(10)完成一次对曲板(6)的弯曲成形，将下模座(8)向后移动，回到检测工位；根据检测曲板的大小，检测支架上下移动装置(11)带动检测支架上下自动移动到最佳的检测工位，将第一主动光投射器(19)或第二主动光投射器(20)移动到主动光投射装置(3)的最左端或者最右端；
步骤二：检测初始化，打开第一主动光投射器(19)和第二主动光投射器(20)，将主动光投射在曲板(6)上，连接并打开图像采集设备(13)，采集图像；
步骤三：开始检测，将第一主动光投射器(19)或第二主动光投射器(20)移动到主动光投射装置(3)的另一端，图像采集设备(13)采集光刀图片，提取曲板(6)的点云数据；
步骤四：坐标转换，将所提取曲板(6)的测量点云数据转换到数控三维弯板机(10)理论点云的坐标系下；
步骤五：点云配准和偏差计算，将同一坐标系下的理论点云和测量点云配准，进行偏差计算，得到整个曲板(6)曲面的偏差数据和偏差分布图，如果偏差值满足加工要求，则加工下一块板，检测时重复步骤一-步骤六，如果偏差值不满足加工要求，则进行下一步；
步骤六：调形再加工，将检测得到的偏差值作为回弹补偿量加到曲板(6)理论数据上生成新的调形文件，传输给数控三维弯板机(10)再次加工，检测时重复以上步骤，直到满足精度要求。


7.根据权利要求6所述的曲板渐进成形在位...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱元超，王霄，赵顺顺，刘会霞，李品，严长，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32