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原文传递基于线结构光三维视觉的船舶曲板肋位线便携式检测系统开发

论文题名：	基于线结构光三维视觉的船舶曲板肋位线便携式检测系统开发
关键词：	船舶曲板成形;肋位线;便携式检测系统;线结构光;质量控制
摘要：	船舶曲板成形是整个船体建造的重要组成部分，虽然船舶曲板成形工艺大部分实现了自动化，然而对于船体建造中用量最大的单曲率板和纵向倾斜度较小的曲板成形精度的检验，仍采用三角样板或活络样条对曲板肋位线进行人工对样检测，其检测精度低、效率低、检测成本高，极大地影响船舶建造的质量和速度。为此，本文针对高效、高质量船舶曲板肋位线检测的需求，研制了一款基于线结构光三维视觉的船舶曲板肋位线便携式检测系统，并重点对检测系统方案设计、光条图像预处理和特征识别、光条中心提取、系统标定、理论数据获取、点云配准和偏差计算等技术进行研究。　　针对曲板肋位线较长，曲率大，成形精度高等特点，提出了一种面向船舶曲板肋位线检测的便携式线结构光三维视觉检测方案，并对检测系统的测量装置进行详细的结构设计和优化，确定测量装置的基线距为240mm，基线夹角为56°。通过硬件选型和系统搭建，建立了船舶曲板肋位线便携式检测设备的硬件系统。　　线结构光三维视觉测量关键技术研究：针对船舶曲板表面有众多加工标识，采集的图像有大量噪声，影响曲板肋位线光条的识别问题，提出了曲板肋位线激光光条智能识别算法，实现了曲板肋位线光条的精确识别和反馈；针对传统的光条中心提取算法无法实现光条精确提取的问题，提出了一种基于曲线法向的二次灰度重心光条中心提取算法，实现光条中心的亚像素级提取，并对算法的提取精度和运行效率进行分析，结果表明本文方法比传统的灰度重心提取算法，提取误差减少32.9%，运行效率较高；针对测量系统的大场景标定难的问题，采用基于张氏摄像机标定法和基于移动靶标的光平面标定法，实现了测量系统的高精度标定，成功获取了曲板肋位线的测量点云数据，实现了三维重建。　　点云配准与偏差计算研究：在Tribon船舶设计系统中抽取曲板理论数据，重构了曲板的点云模型和曲面模型，并根据点云配准的精度要求，加密重构了曲板肋位线的点云数据；根据曲板弯曲成形的特点，提出了一种自动识别特征点的坐标变换粗配准算法，为后续点云的精配准提供很好的初始位置；为了解决直接使用ICP算法造成部分测量点云在理论点云上方的问题，提出了带约束的局部点云ICP精配准算法，实现了两片点云的精配准；借鉴船舶曲板肋位线手工对样检测工艺的特点，提出了一种基于投影插值的偏差计算算法，得到了每一个测量点云的偏差值，并根据曲板成形工艺和检测需求，提出了对应的工艺指导。　　开发了船舶曲板肋位线便携式检测系统：使用开发的便携式检测系统多次测量标准块，结果显示，检测系统的测量误差小于±0.3mm，完全满足检测系统检测的精度要求。最后对检测系统进行了现场应用验证，结果显示该检测系统单次检测时间在10s左右，最大检测肋位线长度为2100mm，完全可以满足现场检测的需求。本系统实现了船舶曲板肋位线高效、绿色、便携、大场景、低成本、精密、数字化和智能化检测。
作者：	朱元超
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：	2021