一种水火弯板曲面提取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船体外板加工领域，更具体地，涉及一种水火弯板曲面提取方法。
【背景技术】
[0002]水火弯板是指沿预定的加热线用氧-乙炔烘炬对板材进行局部线状加热，并用水跟踪冷却(或让其自然冷却)，使板产生局部塑性变形，从而将板材弯成所要求的曲面形状的一种弯板方法。有的国家称为线状加热法。水火弯板是目前大多数船舶制造，钢结构等重工企业弯制复杂曲度板和船体内部大型构件的主要工艺方法。水火弯板的成型过程中，不同的加工板，加工过程不一样，因此需要提取加工板的三维数据对加工板进行分类处理，同时，水火弯板专家系统的加工板重构，焰道布置等工艺都需要有精确可用的三维数据。
[0003]现有的提取水火弯板曲面的方法是通过相机拍摄加工板，通过灰度域值法从图像中分隔出目标区域，提取弯板曲面的二维轮廓信息，结合相机的内部参数和水火弯板的二维轮廓信息，计算弯板的三维形态数据点。虽然这种办法能够提取出弯板三维数据，但是二维数据转换三维数据过程中会存在采集点和曲面之间存在点偏差问题，造成数据精度不足的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明为克服上述现有技术所述的数据精度不足的缺陷，提供一种提取速度快、数据精度高的水火弯板曲面提取方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下:
一种水火弯板曲面提取方法，包括以下步骤:
S1:标签设定:在加工板上放置多个识别标签，用以标识加工板存在的区域；
S2:数据采集:采用3D激光扫描技术采集包括加工板在内的整个场景的三维点云数据； S3:加工区域确定:根据水火弯板机的加工区域确定加工板可能存在的区域；
S4:标签坐标提取:采用行处理方法对海量的点云数据进行第一步处理;在行处理的基础上采用块处理方法对点云数据进行第二步处理，从而获得识别标签的坐标；
S5:曲面数据提取:根据识别标签的坐标得到加工板的点云数据，通过去噪处理和平滑处理对加工板的边缘数据进一步处理获得高精度的曲面点云数据。
[0006]在一种优选的方案中，步骤S1中，所述识别标签的数目为6个，分别位于加工板的四个顶点和加工板沿水火弯板机X轴加工方向的两个中点。
[0007]在一种优选的方案中，步骤S1中，所述识别标签的灰度值与加工板的灰度值的差值大于预设的灰度差阈值。
[0008]在一种优选的方案中，步骤S3中，水火弯板机有一个确定的加工区域，3D激光扫描仪安装在水火弯板机上，根据位移量和水火弯板机的加工区域可以确定一个精确的加工区域，即加工板可能存在的区域。
[0009]在一种优选的方案中，步骤S4中，具体包括以下步骤: S4.1:当还有未处理的加工板的点云数据时，读取一行加工板的点云数据，所述点云数据中包含了行号、列号、X轴坐标、y轴坐标、2轴坐标和灰度值；
当加工板的点云数据都处理结束时，跳转到S4.4;
S4.2:对于步骤S4.1读取的一行加工板的点云数据，用行处理的方法对该行的点云数据进行处理，行处理具体包括以下步骤:
S4.2.1:对该行的点云数据，计算所有点的灰度的平均值并标记最大的点的灰度值，如果最大值跟平均值之间的差值超过一定量，则认为该行的点云数据可能存在识别标签的点，进入S4.2.2处理，否则继续返回S4.1读取下一行的点云数据，不再对该行点云数据进行处理；
54.2.2:计算每个点的灰度值跟平均灰度值的差值，如果一行点云数据中超过一定数值的点的个数超过预设的数量，则认为该行点云数据可能存在识别标签，把该行点云数据存储在预定义的数据结构中，进入S4.3进行块处理，否则返回S4.1读取下一行的点云数据；
S4.3:在S4.2用行处理的方法获取可能存在标签的行的点云数据后，用块处理的方法来获取可能的识别标签区域，块处理具体包括以下步骤:
S4.3.1:判断该行点云数据中是否存在未处理的点，如果存在则获取一个点的信息，进入S4.3.2进行处理，如果不存在未处理的点，则退出数据的块处理；
54.3.2:如果获取的点与已存储的点云数据都属于同一行，则判断是否与已经存储的点云数据的列是否可能存在相关关系，若存在相关关系则存储并返回S4.3.1获取下一个处理点；如果获取的点与已存储数据不属于同一行，则进入S4.3.3;
54.3.3:获取的点与已存储数据不属于同一行，判断获取点与已存储点的行和列之间是否可能存在相关关系，若存在相关关系则存储并返回S4.3.1获取下一个处理点；如果不相关，则进入S4.3.4对已存储的点云数据进行处理；
S4.3.4:当存储的点云数据间超过预设的行数和列数，点的个数超过预设的点数，则认为这些点具备构成标签图形的条件，即符合识别标签的特征，则对这个局部区域即小标签点的信息进行存储，存储的信息包括最大值、最小值和中间值等;如果不具备构成识别标签的条件，则不进行处理;处理结束后返回S4.1获取下一行需要处理的点云数据。
[0010]S4.4:经过行处理和块处理后，即可获得扫描文件里所有的可能为识别标签的区域信息，由于在复杂的工业环境中存在干扰，检测的识别标签总的数量会多于布置的识别标签数量，因此，还需要根据识别标签放置的位置信息，采用相应的处理规则来确定各个识别标签的坐标位置信息。
[0011]在一种优选的方案中，步骤S5中，由获取的识别标签的坐标对扫描文件进行点云预处理即可得到曲面的大致取值范围，根据加工板的灰度值对加工板的边界进行初步的去噪处理，再根据加工板点与点间X轴，y轴和z轴的相关关系对加工板的边界再次进行平滑处理，提取出加工板准确可用的三维曲面数据。
[0012]与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是:本发明提供一种水火弯板曲面提取方法，通过在加工板上设置识别标签，采用3D红外扫描技术对加工场景采集海量三维点云数据，使点偏差问题得到缓解;在确定加工区域后，通过行处理和块处理来分析数据，使数据分析和处理速度快;根据识别标签的特征来提取识别标签，在提取识别标签的基础上获取加工板的边界，再经过边缘处理，最终获取准确可用的加工板三维点云数据。通过本发明的方法，可实现海量点云数据下，加工曲面数据的高精度提取，在控制处理时间的同时提高精度，提取结果精度和准确度高。
【附图说明】
[0013]图1为本发明水火弯板曲面提取方法的流程图。
[0014]图2为本发明水火弯板数据处理的流程图。
[0015]图3为本发明水火弯板数据块处理的流程图。
【具体实施方式】
[0016]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0017]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0018]实施例1
如图1所示，一种水火弯板曲面提取方法，包括以下步骤:
S1:标签设定:在加工板上放置多个识别标签，用以标识加工板存在的区域；
在具体实施过程中，所述识别标签的数目为6个，分别位于加工板的四个顶点和加工板沿水火弯板机X轴加工方向的两个中点。所述识别标签的灰度值与加工板的灰度值的差值大于预设的灰度差阈值。
[0019]S2:数据采集:采用3D激光扫描技术采集包括加工板在内的整个场景的三维点云数据；
S3:加工区域确定:根据水火弯板机的加工区域确定加工板可能存在的区域；
在具体实施过程中，水火弯板机有一个确定的加工区域，3D激光扫描仪安装在水火弯板机上，根据位移量和水火弯板机的加工区域可以确定一个精确的加工区域，即加工板可能存在的区域。
[0020]S4:标签坐标提取:采用行处理方法对海量的点云数据进行第一步处理;在行处理的基础上采用块处理方法对点云数据进行第二步处理，从而获得识别标签的坐标;如图2所示，具体包括以下步骤:
S4.1:当还有未处理的加工板的点云数据时，读取一行加工板的点云数据，所述点云数据中包含了行号、列号、X轴坐标、y轴坐标、2轴坐标和灰度值；
当加工板的点云数据都处理结束时，跳转到S4.4;
S4.2:对于步骤S4.1读取的一行加工板的点云数据，用行处理的方法对该行的点云数据进行处理，行处理具体包括以下步骤:
S4.2.1:对该行的点云数据，计算所有点的灰度的平均值并标记最大的点的灰度值，如果最大值跟平均值之间的差值超过一定量，则认为该行的点云数据可能存在识别标签的点，进入S4.2.2处理，否则继续返回S4.1读取下一