一种基于三维摄影技术的合拢管现场测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于三维摄影技术的合拢管现场测量方法，应用于合拢管的制造加工。
【背景技术】
[0002]船舶里面到处都铺满了管道，这些管件的设计、制造及在船内安装后的检查等一系列的作业被称作“管道铺设”。通常船舶是分段建造的，在分段合拢时分段间的管线就需要合拢管来连接，但依靠管线设计图纸制造出各式各样的合拢管，合拢管的制作通常采用取型法和现场焊接法。
[0003]在管道制作中最困难的是“保证成品良好的精度”。但是采用上面两种方法经常会出现制造出的合拢管法兰螺栓空位置不正确，导致无法安装的情况发生。这两种方法存在效率低、材料浪费严重和加工精度不高的诸多缺点。目前，日韩等国针对上述问题开发了合拢管再现系统，通过策略机现场测量两个待合拢管的法兰的空间位置特征，然后通过专门的拟合软件拟合出这种空间位置特征，并且输出控制参数，配合专用的三坐标变位机可以再现两法兰的位置特征，将制造好的合拢管吊装到再现机上与法兰焊接即可造出无误差的合拢管。其中测量设备采用的是具有两个角度传感器和一个长度传感器的单拉绳测量机，其主要原理是在规定的球面坐标系两个角度和一个长度可以唯一确定一个点。因此，通过该测量机可以测量法兰上特征点在指定的坐标系中的位标。但是此种测量方法的不足之处是测量时需要反复调整出绳口的位置，以保证拉绳是直线状态，此操作过程繁琐。为解决此种现状，开发了合拢管再现系统201110309478.9，通过测量机现场测量两个待合拢管的法兰的空间位置特征，然后通过专门的拟合软件拟合出这种空间位置特征，并且输出控制参数，配合专用的三坐标变位机可以再现两法兰的位置特征，将制造好的合拢管吊装到再现机上与法兰焊接即可制造出无误差的合拢管。为获得待合拢管的法兰的特征参数，采用三坐标测量臂也是可行的方案，这种测量臂由6个转动的臂和1个测量头通过6个旋转关节串联连接，在每个关节中安装有角度的编码器，测量臂的一段固定在基座上，测量过程中不可移动，而测量头可在空间自由运动，构成一个封闭球形测量空间，通过安装在各关节及杆件内部的光电角度编码器获得各关节转角和构件转角，在结合各关节臂的臂长、关节间的夹角等，应用坐标模型从而获得被测点的三维坐标位置。使用测量臂测量法兰的特征参数非常方便，只需要在特征位置取点，然后即可通过软件计算出所需的特征参数，而不用预先知道这些特征参数，但是这种测量臂的长度有限以及测量臂的价格昂贵，外测量臂的各关节都是薄弱环节，在使用中若发生碰撞则极易损坏。201110323558.X中的合拢管测量机的基本原理是采用呈三角分布的三个拉绳长度传感器作为测量原件，在笛卡尔直角坐标系下，以三个拉绳长度传感器的出绳头作为球面方程，通过高精度的测量设备辅助测量待合拢管法兰的空间位置的球面坐标。由于拉绳与拉绳头之间存在一定的间隙，保证拉绳可以顺畅的拉出，从而导致拉绳头作为球心的中心轴线位置产生微小的偏差，使得待测合拢管的空间位置产生偏差；而且由于拉绳长久的拉绳作用，拉绳的弹性伸缩导致合拢的精度大大降低，以及拉绳产生磨损导致拉绳的损坏，影响测量的性能和工作效率以及增大成本的投入，为此一种更为简单、测量精度更高和不易受干扰的便携式合拢管测量方法是设备制造企业设备使用企业乐于期待的。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于三维摄影技术的合拢管现场测量方法，测量方法简单方便，测量精度高，测量方法受环境等因素的影响较小，不受空间、光线、位置等因素的影响，抗干扰能力较强。
[0005]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种基于三维摄影技术的合拢管现场测量方法，包括以下步骤:
[0006](1)距离第一法兰30?50cm端部处围绕第一管子贴上一圈不少于三个的标志点和在第一法兰的外轮廓面贴上一圈不少于三个的标志点，在第一法兰的密封面侧其中一个螺栓孔边缘贴上至少三个标志点，在第一法兰密封面上沿第一法兰内轮廓贴上不少于三个的标志点；距离第二法兰30?50cm端部处围绕第二管子贴上一圈不少于三个的标志点和在第二法兰的外轮廓面贴上一圈不少于三个的标志点，在第二法兰的密封面侧其中一个螺栓孔边缘贴上不少于三个的标志点；在第二法兰密封面上沿第二法兰内轮廓贴上不少于三个的标志点，在位于待测法兰和管子附近的空间位置放置至少40个编码点，编码点放置在不同平面的空间位置，并位于待测管子和法兰的测量周围，与待测管子和法兰的距离在30?50cm之间，相邻编码点的距离为30?50cm，保证不同拍摄过程中可以通过编码点的空间位置凸显待测管子和法兰的空间位置；
[0007](2)用相机或者摄像机围绕第一管子、第一法兰、第二管子和第二法兰进行多角度拍摄；
[0008](3)将拍摄的所有照片拷贝储存于电脑中，利用三维摄影软件自动快速计算出第一管子、第一法兰、第二管子和第二法兰轮廓数据，以及其空间相对位置数据；
[0009](4)对获取的数据导入Geomagic软件，利用该软件进行拟合建模形成所需要的管子和法兰；
[0010](5)利用相关的三维绘图软件对3D数据进行分析处理，绘制所需的合拢管加工图纸，该图纸以PDF格式输出，直接打印。
[0011]作为优选，所述步骤(1)中，标志点中心为圆形白点，周围为正方形黑底。
[0012]作为优选，所述步骤(2)中，在拍摄的照片中包含标志点和特定的编码点，不同角度拍摄的照片在10?20张用于标定，相机或摄像机在AUT0挡下，拍摄焦距保持不变，开设闪光灯，拍摄模式为黑白模式，感光度为100?200。
[0013]作为优选，所述步骤(3)中先利用三维摄影软件自动提取管子和法兰的轮廓点数据，再自动提取法兰密封面轮廓数据，最后自动生成管子与法兰的三维数据。
[0014]作为优选，所述步骤(4)中Geomagic软件利用三维点云编辑第一管子、第一法兰、第二管子和第二法兰的轮廓数据拟合第一管子、第一法兰、第二管子和第二法兰的三维模型，并确定空间位置。
[0015]作为优选，在所述的步骤5)中，利用Pro/E或solidworks软件对三维模型进行分析处理，拥有直观的管子和法兰三维图，以及圆心和中心线，并利用中心线和圆心精确绘制所需的合拢管加工图。
[0016]有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017](1)该测量方法简单方便，避免了机械式测量方法存在的测量精度难以保证，耗时长，效率低等缺点，只需简单的在管子与法兰表面轮廓贴上标志点和放置特定的编码器，并进行摄影，利用特定软件测量分析处理数据，最后绘制合拢管加工图纸直接用于生产制造，节省了大量的劳动成本和劳动强度，采用这种方法对合拢管进行测量，节省大量的时间提高效率；
[0018](2)这种基于三维摄影技术的合拢管现场测量方法测量精度高，测量方法受环境等因素的影响较小，不受空间、光线、位置等因素的影响，抗干扰能力较强；
[0019](4)采用该方法测量安全可靠测量精确很高，整个测量过程便捷，可测量的合拢管长度范围大，完全可以满足合拢管的工程要求和测量要求，同时为制造合拢管提供了极大的方便，具有极大的经济效益和市场价值；
[0020](5)该测量方法操作简单方便，可不断重复再现，便于合拢管装配于制造，适合大规模推广与应用。
【附图说明】
[0021 ] 图1为本发明实施例