[发明专利]一种水火弯板特征配准点的选取方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及材料力学性能测量和无损检测领域，更具体地，涉及一种水火弯板特征配准点的选取方法及系统。

背景技术

船舶工业制造自动化水平地不断提高，传统的水火弯板加工方式的自动化改造迫在眉睫。由于各种原因如板材厚度、火枪温度、移动速度、焰道轨迹等因素，水火弯板自动化加工受到以上不同程度的制约。所以对检测板与目标板的配准数据分析和测量十分必要。水火弯板的配准过程是解决弯板质量评价的前提，如何高效准确地找到一个配准点，是水火弯板配准问题的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本发明首先提出一种水火弯板特征配准点的选取方法，使用本方法能够在庞大的点云数据中快速高效找到配准点，使得配准后的水火弯板较符合水火弯板现场变形的实际情况，从而降低了水火弯板的加工成本，避免了主观上的形变认识而产生的废品率。

本发明的又一目的是提出水火弯板特征配准点的选取系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种水火弯板特征配准点的选取方法，是从获取到的点云数据中选取出水火弯板特征的配准点，对点云数据采用自由曲面重构法进行曲面重构，计算目标板与检测板的特征点法向矢量，分别对目标板和检测板特征点法向矢量一一对照，通过近似法矢局部配准，找到相似法矢特征点，将此相似法矢特征点的坐标转换至两直角坐标系统一，按照船舶制造工艺给定的阈值，用空间几何算法得出检测板特征点与目标板特征点高度差d；

求取相似法矢特征点的单位向量，用肋骨线上单位向量相似特征点配准，偏差包络线以给定阈值画出，所围面积最大者为该水火弯板特征的配准点。

在本选取方法中，检测板与目标板曲面的三维坐标进行坐标系统一，通过近似法矢局部配准，找到最佳配准姿态后求出偏差，利用偏差云图呈献给用户，为下一步评价和布置焰道做准备。

更进一步的，所述使用自由曲面重构法进行曲面重构，计算目标板与检测板的特征点法向矢量的步骤包括：

S1.三角重构原则，用于保证重建的三角网格的表面在形态上布局最佳；对于扫描的点云数据，扫描线依照相同的方向作顺序性的排列，能够利用扫描线之间的排列特性将数据三角网格化；

S2.对于一个三角网格的三个顶点P₁、P₂、P₃，单位法向矢量分别为设分割边上添加顶点为q，q投影到三角平面上的点为p，新顶点q的坐标是三角网格的三个顶点混合而成；

S3.采用OpenGL的方式添加法向矢量，其实现方式包括两种，分别是：为三角网格围成的面添加法向矢量和为逐个顶点添加法向矢量；

三角网格的法向矢量的计算：三个顶点组成的两个矢量叉乘的归一化结果即为法向矢量的大小；

顶点的法向矢量计算：首先确定顶点连接的所有三角面，计算每个面的法向矢量，然后对这些矢量进行叠加和归一化处理，则得到顶点的法向矢量。

更进一步的，采用三维激光扫描仪扫描水火弯板成形质量的三维模拟数据，获取点云数据。

其中三维激光扫描模块包括测距模块、扫描模块、控制模块、校正模块和CCD相机等；所述激光测距模块、激光扫描模块、校正模块和CCD相机分别与控制模块连接。

更进一步的，对点云数据采用自由曲面重构法进行曲面重构前还包括对点云数据进行针对检测板的边界提取、平滑去噪；其中检测板的边界提取是在采用三维激光扫描仪扫描过程中，根据检测板型的灰度阈值，直接提取出检测板的边界。

一种水火弯板特征配准点的选取系统，包括顺次连接的扫描装置、测量装置和检测装置；

所述扫描装置，用于扫描水火弯板成形质量的三维模拟数据；扫描装置包括三维激光扫描仪、控制模块和供电模块，三维激光扫描仪的输出端接控制模块，供电模块向三维激光扫描仪和控制模块供电；

所述测量装置，用于将三维模拟数据处理得到点云数据，对点云数据采用自由曲面重构法进行曲面重构，得到检测板曲面数据；

所述检测装置，用于对目标板和检测板特征点法向矢量一一对照，通过近似法矢局部配准，找到相似法矢特征点，将此相似法矢特征点的坐标转换至两直角坐标系统一，按照船舶制造工艺给定的阈值，用空间几何算法得出检测板特征点与目标板特征点高度差d；求取相似法矢特征点的单位向量，用肋骨线上单位向量相似特征点配准，偏差包络线以给定阈值画出，所围面积最大者为该水火弯板特征的配准点。

所述三维激光扫描仪包括激光测距模块、激光扫描模块、控制模块、校正模块和CCD相机，所述激光测距模块、激光扫描模块、校正模块和CCD相机分别与控制模块连接。