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船体外板加工成型复杂曲面自动检测方法的研究
| 论文题名： | 船体外板加工成型复杂曲面自动检测方法的研究 |
| 关键词： | 船体外板加工;成型曲面;自动检测 |
| 摘要： | 长期以来，水火弯板工艺广泛应用于船体外板复杂成型曲面的加工制造中，对成型曲面的自动检测和判别是船体弯板自动化成型加工的关键技术。目前在船厂的生产中主要是依赖熟练工人的经验采用样板或样箱完成检测。手工经验型的水火弯板检测方式效率低误差大，且不能满足现代造船业对自动化加工生产的要求，这已经成为制约船舶生产周期和质量的一个瓶颈。船体外板成型曲面的自动化判别是一个亟待解决的难题，同时也是实现水火弯板自动化加工的重要组成部分。 本文提出了一种基于曲面轮廓度误差分析的船体外板曲面成型的自动判别方法。主要工作有： (1)采用激光测量的方式获取船体外板曲面三维点云数据，并对得到的点云进行去噪处理、平滑处理及精简处理。通过对点云数据的去噪处理可有效的抑制噪声数据点对曲面重构效果及匹配精度的影响，而点云精简技术则大大减少了数据量，为后续工作提供拓扑结构规则的点云数据。 (2)研究MC(Marching Cubes)算法等值面抽取的基本思想、算法原理及实现方法，分析MC算法执行效率偏低的原因后提出改进方法，利用改进的MC算法对激光扫描后的船体外板成型曲面进行了重构。 (3)研究曲面轮廓度误差分析理论，基本ICP(Iterative Closest Point)算法等基本原理，并在搜索对应点步骤中提出了基于近邻关系的搜索算法，以及采用四元数法求解ICP算法中的最优矩阵。针对基本ICP匹配算法存在的不足，采用先粗后精的两步法匹配思路进行点云匹配，并采用鞍马曲面对该匹配算法进行了验证。 (4)概述了VTK(Visualization Tool Kit)的组成框架，三维绘制原理和基本图形操作步骤，利用VTK在可视化方面的优势，在Visual C++6.0环境下结合面向对象技术开发了自由曲面的检测系统，实现了前两章所述的水火弯板加工成型曲面重构以及曲面匹配的过程。 综上所述，本文以激光非接触式测量技术为基础，以船体外板成型曲面的重构为切入点，通过重构后测量曲面与设计模型曲面的匹配，为应用曲面误差分析与补偿来减小三维水火弯板成型曲面误差提供了一种途径，为解决生产实践中的实际问题提供了理论依据。实验结果表明，利用曲面重构和曲面匹配技术实现船体外板成型曲面的精度检测是切实可行的，具有一定的实用价值。 |
| 作者： | 潘敏 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 程良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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