一种帆形外板的模型匹配方法及系统与流程

本发明涉及船体外板自动化成型技术领域，特别涉及一种帆形外板的模型匹配方法。此外，本发明还涉及一种应用上述方法的帆形外板的模型匹配系统。

背景技术：

在船体外板自动加工成型中，由于各个板型类型之间结构差异比较大，规则不统一，有鞍型板，扭曲板，锥形板，帆形外板等。对于成型曲面的自动检测与判别是船体外板水火加工成型的关键技术。

目前，在船厂的实际生产中，检测与判别主要是依赖于工人的经验采用样板或样箱完成，检测难度较大，特别是对于帆形外板，其与扭曲板的几何模型较为相似，极易造成帆形外板的误判，加大了帆形外板的自动成型加工控制的复杂程度，加工时间被大幅度了拉长，加工效率较低。

因此，如何提高帆形外板的加工效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种帆形外板的模型匹配方法，提高了帆形外板的加工效率。本发明的另一目的是提供一种应用上述方法的帆形外板的模型匹配系统，提高了帆形外板的加工效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种帆形外板的模型匹配方法，包括以下步骤：

获取待检测板的点云数据；

在所述点云数据中提取所述待检测板的预设特征值，并建立所述待检测板的几何模型；

将所述几何模型结合k近邻算法以及历史数据，匹配所述待检测板的板型。

优选地，所述预设特征值包括：

第一端面的曲率η1；

第二端面的曲率η2；

扭曲度δ；

中轴线的长l；

所述第一端面的宽w1；

所述第二端面的宽w2；

高h。

优选地，所述将所述几何模型结合k近邻算法以及历史数据，匹配所述待检测板的板型具体包括：

根据提取的所述预设特征值构建特征向量，计算该待检测板与历史板型数据之间的欧氏距离；

选取与该待检测板距离最近的前k个值，并匹配所述待检测板的类型。

一种帆形外板的模型匹配系统，包括：

获取装置，用于获取待检测板的点云数据；

建模装置，在所述点云数据中提取所述待检测板的预设特征值，并建立所述待检测板的几何模型；

匹配装置，将所述几何模型结合k近邻算法以及历史数据，匹配所述待检测板的板型。

优选地，所述获取装置为3d激光扫描器。

优选地，所述匹配装置包括：

计算模块，用于根据提取的所述预设特征值构建特征向量，计算该待检测板与历史板型数据之间的欧氏距离；

判断模块，用于选取与该待检测板距离最近的前k个值，并匹配所述待检测板的类型。

本发明提供的帆形外板的模型匹配方法中，在加工之前，先获取外板的点云数据，并提取预设特征值。对于帆形外板来说，每个帆形外板之间的几何模型是具有一定的相似度，并且加工焰道可基本上在帆型外板中重合。利用帆形外板的这一特性，根据提取的预设特征值、k近邻算法以及历史数据，进行数据的分类计算、拟合，得出待检测的外板的类型，以准确判断该外板是否为帆形外板。

若确定为帆形外板，在加工时可直接利用已有帆形外板的加工数据对该外板进行加工，由于每种规格的帆形外板烧制的火焰强度、加工速度，加工焰道的变化对于每一个外板而言都是相似的，每一次加工之后的外板型变量都可认为相差不大，只需进行微调即可。

此种方法通过在加工前准确确定外板的类型，在加工过程中无需重新规划焰道，能够提高帆形外板的加工效率，缩短加工所需的时长，从而提高了外板自动加工成型系统的工作效率，降低整个控制系统的复杂性。

本发明提供的应用该帆形外板的模型匹配方法的帆形外板的模型匹配系统，通过在加工前准确确定外板的类型，在加工过程中无需重新规划焰道，能够提高帆形外板的加工效率，缩短加工所需的时长，从而提高了外板自动加工成型系统的工作效率，降低整个控制系统的复杂性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为发明所提供帆形外板的模型匹配方法的体实施例一的流程图；

图2为本发明所提供方法所建立的帆型外板几何模型图；

图3为本发明所提供方法所建立帆型外板几何模型的第一端面视图；

图4为本发明所提供方法所建立帆型外板几何模型的第二端面视图；

图5为本发明所提供帆形外板的模型匹配方法的体实施例二的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种帆形外板的模型匹配方法，提高了帆形外板的加工效率。本发明的另一核心是提供一种应用上述方法的帆形外板的模型匹配系统，提高了帆形外板的加工效率。

请参考图1，图1为发明所提供帆形外板的模型匹配方法的体实施例一的流程图。

步骤s1：获取待检测板的点云数据；

步骤s2：在点云数据中提取待检测板的预设特征值，并建立待检测板的几何模型；

步骤s3：将几何模型结合k近邻(k-nearestneighbour，knn)算法以及历史数据，匹配待检测板的板型。

本实施例提供了一种帆形外板的模型匹配方法，在加工之前，先获取外板的点云数据，并提取预设特征值。对于帆形外板来说，每个帆形外板之间的几何模型是具有一定的相似度，并且加工焰道可基本上在帆型外板中重合。利用帆形外板的这一特性，根据提取的预设特征值、k近邻算法以及历史数据，进行数据的分类计算、拟合，得出待检测的外板的类型，以准确判断该外板是否为帆形外板。

若在加工前能够确定为帆形外板，则在加工时可直接利用已有帆形外板的加工数据对该外板进行加工，由于每种规格的帆形外板烧制的火焰强度、加工速度，加工焰道的变化对于每一个外板而言都是相似的，每一次加工之后的外板型变量都可认为相差不大，只需进行微调即可。

可见，此种方法可以在加工前准确确定外板的类型是否为帆形外板，具体可以达到97％以上的匹配率，在加工过程中无需重新规划焰道，能够提高帆形外板的加工效率，缩短加工所需的时长，从而提高了外板自动加工成型系统的工作效率，降低整个控制系统的复杂性，具有一定的实际生产意义。

一种具体的实施例中，步骤s2中的预设特征值具体可以包括第一端面的曲率η1；第二端面的曲率η2；扭曲度δ；中轴线的长l；第一端面的宽w1；第二端面的宽w2；高h。

其中，上述预设特征值从待检测板点云数据中提取。待检测板的第一端面与第二端面均为扇形面，位于中轴线的两端，第一端面的宽w1为第一端面的两个顶点之间的距离，第二端面的宽w2为第二端面的两个顶点之间的距离。高为第一端面的扇形的圆心与中轴线的连线中，位于两个顶点的连线与中轴线之间的部分的长度值，待检测板上各处的高大体一致。

请参考图2至图4，第一端面与第二端面的曲率具体可以通过如下公式计算获得：

扭曲度δ的计算方法具体可以为：以待检测板的第一端面的顶点v1为始点，做一条平行于底端中轴线、交第二端面的过顶点v2的一条延长线于v3，连接外板曲面同一侧的两个顶点v1、v2，计算扭曲度δ：

本实施例中，通过对上述预设特征值的提取，可以较准确地获取相应的特征向量，提高对待检测板类型判断的准确性。

一种具体的实施例中，请参考图5，步骤s3可以包括以下步骤：

步骤s31：根据提取的预设特征值构建特征向量，计算该待检测板与历史板型数据之间的欧氏距离；

步骤s32：选取与该待检测板距离最近的前k个值，并匹配待检测板的类型。其中，k为正整数。

具体地，以k取7为例，具体步骤如下：

a)构建特征向量，使用待检测板的几何数据作为特征向量xi＝<η1，η2，δ，l，w1，w2，h>，xi＝{ar(xi)}，r∈1,2,...,7,其中ar(xi)表示实例xi的第r个属性值，xj＝{ar(xj)}为历史板型数据的特征向量值，计算xi，xj欧氏距离：

b)选取与xi距离最近的前k个值，判断这些xj值属于哪一个分类，从而可对待检测板进行分类。

上式表示取与xi距离最近的k个值的集合；

xj→d(xi,xj)→n→ψ

上式表示各个值之间的映射关系，具体表示为距离待检测板xi最近的外板类型是帆形外板，ψ表示外板类型为帆形外板。

当然，k的取值不限于7，也可以为5、8或者其他数值。

本实施例中，利用历史数据中各种板型几何数据，结合k近邻算法对待检测板的数据计算欧氏距离，选择与待检测板数据距离最近的前k个数值，计算同一类型的数量，取具有最多数量的类型作为待检测板所属的类型，从而准确获知该外板是否为帆形外板。

除了上述帆形外板的模型匹配方法，本发明还提供了一种应用上述模型匹配方法的帆形外板的模型匹配系统，具体包括：

获取装置，用于获取待检测板的点云数据；

建模装置，在点云数据中提取待检测板的预设特征值，并建立待检测板的几何模型；

匹配装置，将几何模型结合k近邻算法以及历史数据，匹配待检测板的板型。

此系统由于应用了上述方法，能够在加工前准确确定外板的类型，具体可以达到97％以上的匹配率，在加工过程中无需重新规划焰道，能够提高帆形外板的加工效率，缩短加工所需的时长，从而提高了外板自动加工成型系统的工作效率，降低整个控制系统的复杂性，具有一定的实际生产意义。

一种具体的实施例中，获取装置具体可以为3d激光扫描器，使用3d激光扫描器扫描待检测板，获取待匹配板的三维坐标信息，测量较为准确，得到的点云数据较全面。

一种具体的实施例中，匹配装置具体可以包括：

计算模块，用于根据提取的预设特征值构建特征向量，计算该待检测板与历史板型数据之间的欧氏距离；

判断模块，用于选取与该待检测板距离最近的前k个值，并匹配待检测板的类型。其中，k为正整数。

本实施例中通过计算模块和计算模块的设置，可以利用历史数据中各种板型几何数据，并结合k近邻算法对待检测板的数据计算欧氏距离，选择与待检测板数据距离最近的前k个数值，计算同一类型的数量，取具有最多数量的类型作为待检测板所属的类型，从而准确获知该外板是否为帆形外板。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的帆形外板的模型匹配方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。