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原文传递基于线激光多目立体视觉的船舶曲板成形在位检测与自动调形系统开发

论文题名：	基于线激光多目立体视觉的船舶曲板成形在位检测与自动调形系统开发
关键词：	船舶曲板;数控三维弯板机;加工过程;多目立体视觉;在位检测;三维重建;自动调形
摘要：	目前在数控三维弯板机加工过程中，国内大部分船厂主要依靠经验丰富的工人使用样板样箱对成形曲板进行检测，并通过经验手动进行后续调形。样板样箱检测法存在检测精度差、生产效率低以及对工人经验要求高等缺点，已经影响到了船舶建造的质量和速度。针对这一问题，本文以数控三维弯板机加工现场为背景，研制了一套基于线激光多目立体视觉技术的船舶曲板在位检测与自动调形系统，并重点对检测系统方案设计、相机参数标定，线激光三维重建、点云配准、偏差计算与船板回弹量反馈等技术进行了研究。　　针对数控三维弯板机加工现场曲板成形精度要求高以及板材尺寸大等特点，提出了一套基于线激光多目立体视觉在位检测方案，对检测系统关键硬件例如工业相机、镜头、激光器以及运动控制器进行选型，并对系统结构参数进行设计。　　由于三维数控弯板机加工车间易受到震动与温差等因素的影响，检测系统结构参数会随使用时间的增长而失效。通过分析几种常用的相机成像模型以及基于二维平面靶标的张正友标定算法，并分析系统内外参数的特点，对相机内参数与系统结构参数实施分离标定，具体方法为：首次标定时在离线条件下对四个相机内参数进行标定，而后在检测工位上对系统结构参数进行周期性标定，有效地解决了系统结构参数随时间增长而失效的问题。　　选用高斯滤波算法对图像进行去噪处理，并利用极值法结合灰度重心法提取了激光光刀中心；为使得将相机成像调整为完全共面平行状态以满足立体匹配的需求，采用Bouguet立体校正算法对图像进行立体校正，简化了后续立体匹配的难度；分析了线激光立体视觉中立体匹配的基本原理并实现了船舶曲板表面的三维点云重建。　　通过分析数控三维弯板机加工调形文件，提取了船舶曲板的理论点云数据。通过空间三点法完成了测量点云与理论点云的粗配准，并采用ICP算法对两片点云进行了精配准；根据三维弯板机利用Z方向的压紧力对船舶曲板进行加工的特点，采用基于投影插值的点云偏差与船板回弹量计算方法，该方法基于点到面原则但不需构造法向量和投影切平面，计算量较小，并且可以直接计算出Z方向的投影偏差，十分适用于本文中点云偏差与船板回弹量计算场合。　　对船舶曲板在位检测与自动调形系统软件功能模块进行设计与开发；通过对标准块的多次测量验证检测系统的测量精度，并在数控三维弯板机加工现场对检测系统进行测试，现场结果显示该检测系统可以实现数控三维弯板机船舶曲板成形过程中的板材表面三维测量、点云配准、偏差计算与船板回弹量反馈等整个检测流程。
作者：	赵顺顺
专业：	机械工程
导师：	王霄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文