【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶制造领域，具体涉及一种船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置。
技术介绍
1、船舶建造质量检验中对船体外形尺寸及线形有相关技术要求，在船舶运营过程中，船舶需要根据检验周期要求完成相应检验和修理。传统的船舶建造质量检验是基于钢尺、全站仪等工具完成的，虽然能得到建造船体的主尺度和平整度等信息，然而无法得到船体外形曲面数据，无法评估曲面建造误差。船舶年检、小修、中修等节点检验维修工作需要进坞完成，坞修现场勘测、除锈喷漆、换板等施工多依赖人工高空作业完成，尽管有些半自动化设备，由于缺乏船体外形曲面数据，仍然需要人工控制。
2、船体建造过程中，船体分段在船坞内搭载和船舶进坞维修的场景基本相似，其特点为船体贴近坞壁，且船体曲面外板覆盖区域较大，船中曲率变化相对平缓，首尾部分曲率变化较大。
3、传统三维激光扫描设备是通过单点扫描、多站拼接的方法完成待测物体外形曲面测量，该设备需要人工操作，测量得到离散点云数据量大，需要人工进行拼接、剔除等工作，数据处理时间长，并且船舶由于结构较大，需要用到多个靶球进行测量，但架设站点过多会导致后续配准过程误差累积，而且将不同站点测到的数据进行拼接也会产生误差累积，如，在每一个站点得到的数据都存在0.5mm的误差，若有20个站点，每次测量都会存在重新定位，所得数据的局部坐标系是不同的，需将这些数据转化为统一的数据构成整个船舶舷侧表面的完整信息，即统一坐标系，实现多战拼接，这个过程会将拼接参数依次进行累计，相邻轮廓数据之间的拼接误差会被逐渐增大，造成误差的累积，20个站点的误
4、若采用传统三维激光扫描设备测量船体三维曲面，需要通过巨量测量得到密集的点云数据来实现曲面测量，数据量极大，若设定稀疏的测点又会导致测量对象曲面结构特征丢失的问题，并且，测量后点云剔除、数据拼接等工作还需要人工完成，并且，设备对测量环境要求严苛，无法适用于船坞内船体外形曲面测量工作，并且，存在激光入射方向与平面夹角过小而导致测量误差较大的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，该装置能够高效提供高精度三维曲面数据，解决了累计误差问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，包括安装在坞壁上的固定轨道、可移动地配合在固定轨道上的行走小车、通过旋转机构可旋转地安装在行走小车上的活动轨道、通过移动机构可移动地滑动配合在活动轨道上的滑块、安装在滑块上的测量体、控制系统；固定轨道呈横向，活动轨道的活动区域为竖向平面且旋转至横向时为收起状态；测量体包括激光测距仪、用于带动激光测距仪上下左右旋转的角度调节机构、用于测量激光测距仪的角度以及位置信息的陀螺仪；控制系统用于接收激光测距仪和陀螺仪的信息并处理分析、控制各动作执行机构和激光测距仪，工作时，先使激光测距仪以设定路径快速扫描船体，再根据初扫结果制定船体不同区域的扫描策略并执行，再对曲率较大区域以及遗漏区域进行补扫，保证激光入射方向与测量面夹角满足测量精度要求，从而获得包括肋位型线、首尾轮廓线和甲板边线在内的高精度三维曲面数据。
4、优选地，初扫时，激光测距仪沿船体纵向呈“n”字形快速扫描船体，船体的每一处肋位扫描路径都是竖向从上往下进行，从上一处肋位扫描路径的终点向下一处肋位扫描路径的起点移动时沿倾斜直线进行扫描；初扫步骤用于快速获得船体整体的方位、尺寸和曲率分布信息，为后续制定扫描策略提供依据，并且检测扫描的曲率是否过大，为后续补扫提供依据，并且通过扫描的曲率判断出甲板边线和轮廓线的位置。
5、优选地，扫描的距离大于阀值时则判断所在点为船体以外的点，扫描的距离在阀值以内时则判断曲率变化，若曲率变化较大则判定所在点为船体边界点。
6、优选地，初扫后，获得船体整体的方位、尺寸和曲率分布信息，然后针对船体的首尾部、舷侧、舭部、甲板边线制定不同的扫描策略并执行，获得扫描数据后，先剔除噪点以及船体以外的点的数据，再对剩余数据拟合成三维曲面，对曲率较大区域以及遗漏区域进行补扫，其中，对于首部和尾部有遗漏区域或者有小夹角测量影响精度的情况时，先判断是否能用本装置在确保精度的前提下补扫，若不能则标记位置采用其它设备用其它角度进行补充测量，若能则执行补扫。
7、优选地，执行补扫时，激光测距仪到达目标位置后，先上下移动寻找合适位置，然后上下左右旋转对不同角度进行扫描，保证扫描的精确性。
8、优选地，控制系统包括设在行走小车上的电控箱和无线通信模块、位于远程的控制台；电控箱电连接激光测距仪、陀螺仪和各动作执行机构，用于控制激光测距仪和各动作执行机构并将激光测距仪、陀螺仪和各动作执行机构的数据通过无线通信模块发送至控制台；控制台用于分析数据形成控制策略并向电控箱发送控制指令。
9、优选地，旋转机构包括用于通过减速器驱动活动轨道旋转的旋转电机，旋转电机和减速器安装在行走小车上。
10、优选地，角度调节机构包括可上下旋转地安装在滑块上的旋转座一、用于驱动旋转座一旋转的调节电机一、可左右旋转地安装在旋转座一上的旋转座二、用于驱动旋转座二旋转的调节电机二，激光测距仪安装在旋转座二上。
11、优选地，移动机构包括沿活动轨道设置的且封闭的传动带、位于传动带两端将其张紧的传动轮、用于驱动传动轮旋转的移动电机，传动带、传动轮和移动电机安装在活动轨道上且位于内侧，滑块安装在传动带上。
12、优选地，测量体上的电源及数据线缆均从活动轨道内部延伸至行走小车并由行走小车上的卷线机收纳。
13、本专利技术的有益效果是：
14、该装置能够根据船坞内船体舷侧的实际情况进行智能规划和自我纠正完善，“初扫-制定扫描策略并执行-补扫”的方法策略兼顾了作业效率和精度，能够高效提供高精度三维曲面数据；该装置扫描得到的测量点云使用的是同一坐标系，不需要进行点云拼接的过程，解决了累计误差问题；由于活动轨道具有一定的长度，不扫描时会对船坞内进行的其他工作产生影响，旋转机构可以在不扫描时将活动轨道旋转至收起状态，不影响船坞内其他工作；滑块采用滑动配合，移动精度高。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：包括安装在坞壁上的固定轨道、可移动地配合在固定轨道上的行走小车、通过旋转机构可旋转地安装在行走小车上的活动轨道、通过移动机构可移动地滑动配合在活动轨道上的滑块、安装在滑块上的测量体、控制系统；固定轨道呈横向，活动轨道的活动区域为竖向平面且旋转至横向时为收起状态；测量体包括激光测距仪、用于带动激光测距仪上下左右旋转的角度调节机构、用于测量激光测距仪的角度以及位置信息的陀螺仪；控制系统用于接收激光测距仪和陀螺仪的信息并处理分析、控制各动作执行机构和激光测距仪，工作时，先使激光测距仪以设定路径快速扫描船体，再根据初扫结果制定船体不同区域的扫描策略并执行，再对曲率较大区域以及遗漏区域进行补扫，保证激光入射方向与测量面夹角满足测量精度要求，从而获得包括肋位型线、首尾轮廓线和甲板边线在内的高精度三维曲面数据。
2.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：初扫时，激光测距仪沿船体纵向呈“N”字形快速扫描船体，船体的每一处肋位扫描路径都是竖向从上往下进行，从上一处肋位扫描路径的终点向下一处肋位扫描路径的
3.如权利要求2所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：扫描的距离大于阀值时则判断所在点为船体以外的点，扫描的距离在阀值以内时则判断曲率变化，若曲率变化较大则判定所在点为船体边界点。
4.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：初扫后，获得船体整体的方位、尺寸和曲率分布信息，然后针对船体的首尾部、舷侧、舭部、甲板边线制定不同的扫描策略并执行，获得扫描数据后，先剔除噪点以及船体以外的点的数据，再对剩余数据拟合成三维曲面，对曲率较大区域以及遗漏区域进行补扫，其中，对于首部和尾部有遗漏区域或者有小夹角测量影响精度的情况时，先判断是否能用本装置在确保精度的前提下补扫，若不能则标记位置采用其它设备用其它角度进行补充测量，若能则执行补扫。
5.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：执行补扫时，激光测距仪到达目标位置后，先上下移动寻找合适位置，然后上下左右旋转对不同角度进行扫描，保证扫描的精确性。
6.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：控制系统包括设在行走小车上的电控箱和无线通信模块、位于远程的控制台；电控箱电连接激光测距仪、陀螺仪和各动作执行机构，用于控制激光测距仪和各动作执行机构并将激光测距仪、陀螺仪和各动作执行机构的数据通过无线通信模块发送至控制台；控制台用于分析数据形成控制策略并向电控箱发送控制指令。
7.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：旋转机构包括用于通过减速器驱动活动轨道旋转的旋转电机，旋转电机和减速器安装在行走小车上。
8.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：角度调节机构包括可上下旋转地安装在滑块上的旋转座一、用于驱动旋转座一旋转的调节电机一、可左右旋转地安装在旋转座一上的旋转座二、用于驱动旋转座二旋转的调节电机二，激光测距仪安装在旋转座二上。
9.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：移动机构包括沿活动轨道设置的且封闭的传动带、位于传动带两端将其张紧的传动轮、用于驱动传动轮旋转的移动电机，传动带、传动轮和移动电机安装在活动轨道上且位于内侧，滑块安装在传动带上。
10.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：测量体上的电源及数据线缆均从活动轨道内部延伸至行走小车并由行走小车上的卷线机收纳。
...【技术特征摘要】
1.一种船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：包括安装在坞壁上的固定轨道、可移动地配合在固定轨道上的行走小车、通过旋转机构可旋转地安装在行走小车上的活动轨道、通过移动机构可移动地滑动配合在活动轨道上的滑块、安装在滑块上的测量体、控制系统；固定轨道呈横向，活动轨道的活动区域为竖向平面且旋转至横向时为收起状态；测量体包括激光测距仪、用于带动激光测距仪上下左右旋转的角度调节机构、用于测量激光测距仪的角度以及位置信息的陀螺仪；控制系统用于接收激光测距仪和陀螺仪的信息并处理分析、控制各动作执行机构和激光测距仪，工作时，先使激光测距仪以设定路径快速扫描船体，再根据初扫结果制定船体不同区域的扫描策略并执行，再对曲率较大区域以及遗漏区域进行补扫，保证激光入射方向与测量面夹角满足测量精度要求，从而获得包括肋位型线、首尾轮廓线和甲板边线在内的高精度三维曲面数据。
2.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：初扫时，激光测距仪沿船体纵向呈“n”字形快速扫描船体，船体的每一处肋位扫描路径都是竖向从上往下进行，从上一处肋位扫描路径的终点向下一处肋位扫描路径的起点移动时沿倾斜直线进行扫描；初扫步骤用于快速获得船体整体的方位、尺寸和曲率分布信息，为后续制定扫描策略提供依据，并且检测扫描的曲率是否过大，为后续补扫提供依据，并且通过扫描的曲率判断出甲板边线和轮廓线的位置。
3.如权利要求2所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：扫描的距离大于阀值时则判断所在点为船体以外的点，扫描的距离在阀值以内时则判断曲率变化，若曲率变化较大则判定所在点为船体边界点。
4.如权利要求1所述的船坞内船体舷侧三维曲面自动扫描装置，其特征在于：初扫后，获得船体整体的方位、尺寸和曲率分布信息，然后针对船体的首尾部、舷侧、舭部、甲板边线制定不同的扫描策略并执行，获得扫描数据后，先剔除噪点以及船体以外的点的数据，再对剩...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭荣，胡纪龙，宋利飞，李先花，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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