一种船舶外板水火加工过程中的型面数据采集方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于船舶制造技术和光学测量领域，涉及一种船舶外板水火加工过程中的 型面数据采集方法，特别是水火弯板过程中针对复杂表面特征的在线检测方法。
【背景技术】
[0002] 水火弯板无模成型技术是目前世界造船工业中一种技术性强、难度大、影响因素 多且被广泛应用的复杂板材成型加工工艺。在加工过程中如何检测与判别被加工船体曲板 与目标曲板的形状误差是目前造船业迫切需要解决的问题，如何快速、准确获取型面数据 是解决问题的关键。
[0003] 目前船厂主要依靠有经验的工人通过卡样板、样箱的方式来实现。但这种方法仅 仅获取了肋位线上少量数据，且精度决定于样板、样箱精度，而样板、样箱大多数为木质材 料，受环境影响如天气等会发生较大的变形，误差较大。后续发明了铁质活络样板，但同样 需要靠人的眼睛目测偏差，精度无法保证，为后续造船精度控制设置了障碍。
[0004] 随着计算机技术和光电技术的发展，计算机辅助船板曲面成型检测已经成为一个 重要的发展方向。数十年来，国内外许多专家学者致力于新型检测技术及设备的研发。
[0005] 国内比较有代表性的有：（1)大连理工大学、大连新船重工有限责任公司、清华大 学以及北京航空航天大学等单位，对船体外板加工成型自动检测方法、加工后外板成型的 自动判别进行了相关的研究并取得了一定的成果，但是离工程化实际应用还有很大一段距 离；（2)武汉理工大学和山东硕立在板材数控冷弯设备上，采用了导轨和激光点测量方法， 获取板面数据，数据获取速度较慢。
[0006] 国外比较有代表性的有：（1)首尔大学的JSPark，JGSkin，KHKo采用三坐标测 量仪（CMM)对船板进行测量，测量精度高、可以近似得到船板边界，角点等特征点的数据。 但存在着众多缺点：(a)测量过程需要大量的人工操作，导致测量效率低下；(b)CMM的使用 对现场环境条件要求高；（c)CMM测量范围的扩大需要增加很多成本等。
【发明内容】
[0007] 为克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供一种船舶外板水火加工过程中的型面 数据采集方法，能够适应船板水火过程产生的火圈、锈迹等复杂表面特征，快速获取船板型 面数据。
[0008] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种船舶外板水火加工过程中的型面 数据采集方法，其特征在于该方法包括以下步骤:A、在待测外板上投射可变特征图案；B、 利用双目相机进行2D图像采集；C、提取上述2D图像中的特征图案；D、计算特征图案中心 像素坐标；E、对双目相机拍摄的两组图像中的特征图案中心进行立体匹配；F、通过三维重 建计算特征图案中心的空间三维坐标；G、计算所有特征图案中心的空间三维坐标，获取外 板点云数据。所述可变特征图案为图案相同、颜色变化的特征图案。
[0009] 根据本发明的具体实施例，该型面数据采集方法具体包括以下步骤：
[0010] A、使用投影设备在待测外板上投射覆盖全板面的两组图案相同、颜色不同的特征 图案，且颜色为红色和绿色先后各一次；
[0011] B、利用双目相机采集上述特征图案的2D图像；
[0012] C、基于色差原理提取上述2D图像中的特征图案，假定图像上某一像素的颜色值 为：
[0013] V= (r,g,h) 0 <r\g,b<255
[0014] 第一第二幅图片上某一像素的颜色值分别为：
[0015] V=(r,g,b)
[0016] V' =(r,g,b)
[0017] 则该像素为特征点的定义为：
【主权项】
1. 一种船舶外板水火加工过程中的型面数据采集方法，其特征在于该方法包括以下步 骤：A、在待测外板上投射可变特征图案；B、利用双目相机进行2D图像采集；C、提取上述2D 图像中的特征图案；D、计算特征图案中心像素坐标；E、对双目相机拍摄的两组图像中的特 征图案中心进行立体匹配；F、通过三维重建计算特征图案中心的空间三维坐标；G、计算所 有特征图案中心的空间三维坐标，获取外板点云数据。
2. 如权利要求1所述的一种船舶外板水火加工过程中的型面数据采集方法，其特征在 于本方法包括以下步骤： A、 使用投影设备在待测外板上投射覆盖全板面的两组图案相同、颜色不同的特征图 案，且颜色为红色和绿色先后各一次； B、 利用双目相机采集图像数据； C、 基于色差原理提取2D图像中的特征图案，假定图像上某一像素的颜色值为： V = (r,g,b) O < r, g,b < 255 第一第二幅图片上某一像素的颜色值分别为： V -(r ,g ,b ) V =(r",g\b") 则该像素为特征点的定义为： 厂-厂 4.-g ，〇·|| 少―厂)·(-1丄〇) 〇<0<255-yf2 Θ为设定的阈值，其中fn定义为：
D、 基于质心法计算特征图案中心像平面坐标： 设特征图案任意像素坐标为Pix，Piy，则该特征图案中心像素坐标Pc3和标P ct为：
其中η为特征图案包含像素点的数目； E、 对双目相机拍摄的两组图像中的特征图案中心进行立体匹配，建立同一个特征图案 在两组图像中的对应关系； F、 利用三角法原理进行三维重建获取特征图案中心的空间三维坐标； G、 计算所有特征图案中心的空间三维坐标，获取外板点云模型。
3. 根据权利要求2所述的一种船舶外板水火加工过程中的型面数据采集方法，其特征 在于：所述步骤A中特征图案为圆形特征，圆形特征直径和间距根据板面尺寸和相机工作 距离预设。
4. 根据权利要求2所述的一种船舶外板水火加工过程中的型面数据采集方法，其特征 在于：所述步骤B中相机为具有确定相对位姿关系的两台CCD相机，且从两个角度同时拍摄 带有特征图像的船板，其中两台相机的位姿关系根据船板尺寸范围确定，确保在该位姿关 系下两台相机视场分别能覆盖整个船板。
【专利摘要】本发明涉及一种船舶外板水火加工过程中的型面数据采集方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、在待测外板上投射可变特征图案；B、利用双目相机进行2D图像采集；C、提取上述2D图像中的特征图案；D、计算特征图案中心像素坐标；E、对双目相机拍摄的两组图像中的特征图案中心进行立体匹配；F、通过三维重建计算特征图案中心的空间三维坐标；G、计算所有特征图案中心的空间三维坐标，获取外板点云数据。本发明与传统采集方法相比，速度快、精度高，且对船板加工表面颜色等特征的适应性强。
【IPC分类】G06F13-38
【公开号】CN104765702
【申请号】CN201410257821
【发明人】甄希金, 杨润党, 胡民政, 许建新
【申请人】上海船舶工艺研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年6月11日