[发明专利]一种曲板渐进成形在位调形检测系统及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及船舶制造、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。

背景技术

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。

发明内容