点为图1中0!处，施工现场测量基准点0在CAD坐标系中的 坐标为(l，m，n)，则三维激光扫描仪自身坐标系相对于CAD坐标系的变换矩阵为：
[0031 ] 其中1，m，η为施工现场测量基准点0在CAD坐标系Xi，Yi，Zi方向上的坐标值。
[0032]因此，将三维激光扫描仪得到的测量点的坐标与该旋转矩阵相乘即为变换到CAD 坐标系下的坐标。如将A点转换到CAD坐标系下为：
[0034] 所以转换后的坐标为Mxi+lji+mA+n)，
[0035] 同样将其余六个测量点的坐标同该旋转矩阵相乘可得到其余六个点的坐标为m (X2+1，y2+m，Z2+n)，Ci(X3+l，y3+m，Z3+n)，Di(X4+1，y4+m，Z4+n)，Ei(X5+1，y5+m，Z5+n)，Fi(X6+1， y6+m，Z6+n)，Gi(X7+1，y7+m，Z7+n);
[0036] (7)通过计算得到施工现场的所述待对接模块在CAD图坐标系下绕CAD图的三个坐 标轴即乂 1，￥1，21三个轴线方向的姿态角€(、0、7;
[0037] 所述的计算可以采用几何方法，具体如下：
[0038] 求出平面ABD的法向向量；；，该向量?与平面XiOiYi的夹角β即为模块绕￥:轴的姿态 角，如图2所示，具体方法为：
[0039] 向量4孕=(? --Ζ1)，向量4Α =(·χ4 -χι，/4 - -Ζ1)，
[0040] 则平面ABD的法向向量卩为：
[0042] 其中7, /7为Χι，Υι，Zi方向上的单位向量，
[0043] 则模块绕心轴的姿态角β为：
[0045] 同样可以求得平面ABC的法向向量？与平面ΧΛΥχ的夹角α为模块绕h轴的姿态角， 如图2所示，具体方法为：
[0046] 向量4谷丨=(? -x"_y2 - _ypz2 -a)，向量=(x3 -~乃-j"z3 -4)，
[0047] 则平面ABC的法向向量f为：
[0049] 其中/7),/7为Xi，Yi，Zi方向上的单位向量，
[0050] 则待对接模块绕Xi轴的姿态角α为：
[0052]模块绕姿态角γ为平面ABD的法向向量^在平面XiOiYi的投影与X:轴之间的夹 角，如图3所示，则γ为：
[0054]其中Θ为法向向量5与乂:轴之间的夹角，β为法向向量$与平面ΧχΟΛ的夹角，其Θ的 值为：
[0056] (8)通过计算得到CAD图中待对接模块绕Xi轴、Yi轴和的目标姿态角，为对接过 程中施工现场待对接模块需要达到的目标角度值，分别为α'、β'和γ计算方法可以采用 步骤(7)种的几何方法也可以在CAD图直接测量得到。
[0057] (9)将施工现场中的待对接模块的姿态角α、β、γ与CAD图中的待对接模块的目标 姿态角V、^、γ'进行对比，得到施工现场中的所述的待对接模块在三个轴线方向上姿态 角的调整量，然后根据所述的调整量对施工现场中的待对接模块进行角度调整;将通过步 骤(5)得到的待对接模块三条交于一点的四个角点之间的中点的坐标，如图1中分别为待对 接模块的上表面边界上相交的两个梁和与这两个梁相交的柱上的四个角点之间的中点处 E、F、G的施工现场的位置值Ei(X5+1，y5+m，Z5+n)、Fi(X6+1，y6+m，Z6+n)、Gi(X7+1，y7+m，Z7+n)与 在步骤(2)中在CAD图中得到的对应的点的目标设定位置值E' (x^ （Xf/ ， Z6〇 W (X7、y7、Z7〇进行比较，得到施工现场中该待对接模块在三个轴线方向上位移值 的调整量，然后对施工现场中该待对接模块进行三个轴线位移方向的调整。
【主权项】
1.基于三维激光检测的大型液化天然气模块姿态检测方法，其特征在于它包括以下步 骤： (1) 在CAD图中和施工现场中分别将待对接的两个模块中的一个模块设定为基准模块， 另一个模块设定为待对接模块，并在CAD图中拖动基准模块，使CAD图中的基准模块的坐标 值同施工现场中基准模块的坐标值一致，然后保持CAD图中和施工现场中的基准模块不动； (2) 在CAD图以及施工现场的待对接模块上相同的位置分别选取7个测量点，然后在CAD 图中分别获取这7个测量点的坐标，所述的7个测量点分别为待对接模块三条交于一点的边 界线的四个角点以及在这四个角点之间的中点； (3) 在施工现场选定的测量基准点处放置三维激光扫描仪使得三维激光扫描仪能够扫 描到施工现场所述的待对接模块上的7个测量点，然后利用三维激光扫描仪扫描所述的待 对接模块，得到包括测量点在内的点云数据； (4) 对扫描得到的点云数据进行去噪等优化处理，得到优化后的点云数据； (5) 在优化后的点云数据中将施工现场的待对接模块上的7个测量点的坐标提取出来， 提取的具体方法为:把用三维激光扫描仪获得的点云图像转化为二维深度图像，然后再根 据二维深度图像角点算法提取二维图像的角点，最后把提取出的角点反算到三维空间得到 测量点的坐标值； (6) 将由三维激光扫描仪扫描得到的位于施工现场的待对接模块上的七个测量点的坐 标从三维激光扫描仪坐标系下转换到CAD图坐标系下； (7) 通过计算得到施工现场的所述待对接模块在CAD图坐标系下绕图纸坐标的三个轴 线方向的姿态角； (8) 通过计算得到CAD图中的待对接模块绕图纸坐标的三个轴线方向的目标姿态角，为 对接过程中施工现场待对接模块需要达到的目标角度值； (9) 将施工现场中的待对接模块的姿态角与CAD图中该待对接模块的目标姿态角进行 对比，得到施工现场中的所述的待对接模块在三个轴线方向上姿态角的调整量，然后根据 所述的调整量对施工现场中的待对接模块进行角度调整;将通过步骤(5)得到的待对接模 块三条交于一点的边界线的四个角点之间的中点的施工现场的位置值与在步骤(2)中在 CAD图中得到的对应的点的目标设定位置值进行比较，得到施工现场中该待对接模块在三 个轴线方向上位移值的调整量，然后对施工现场中该待对接模块进行三个轴线位移方向的 调整。
【专利摘要】本发明公开了基于三维激光检测的大型液化天然气模块姿态检测方法，步骤为：在CAD图中和现场中分别将待对接的两个模块中的一个模块设定为基准模块，另一个模块设定为待对接模块，使CAD图中的基准模块的坐标值同施工现场中的一致；在CAD图以及现场的待对接模块上相同的位置分别选取测量点；扫描待对接模块，将7个测量点的坐标提取出来并转换到CAD图坐标系下；通过计算得到施工现场的待对接模块在CAD图坐标系下绕图纸坐标的三个轴线方向的姿态角以及CAD图中的待对接模块绕图纸坐标的三个轴线方向的目标姿态角，然后调整现场待对接模块。采用本方法，提高了对接的精度。
【IPC分类】G01B11/26
【公开号】CN105606040
【申请号】CN201610052683
【发明人】师莎莎, 叶洪伟
【申请人】天津博迈科海洋工程有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月26日