海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接變形測量方法，尤其涉及海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的焊接變形測量 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接后往往會產(chǎn)生變形，因此就需要在焊接后對甲板片進行測 量，檢驗出焊接質(zhì)量是否合格。當(dāng)前多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量采用全站儀對甲 板片主梁的交點進行逐點測量，然后與設(shè)計的交點坐標(biāo)進行比對檢驗。該方法效率較低，而 且容易產(chǎn)生測量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點，提供一種測量精度和效率可以大幅提高 的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法。
[0004] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] 本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法，它包括以下步驟：
[0006] (1)在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的三維模型，并對甲板片的主梁外 輪廓直線信息進行提??；
[0007] (2)使用三維激光掃描系統(tǒng)對焊接后的甲板片進行掃描，得到實際焊接后甲板片 的點云數(shù)據(jù)；
[0008] (3)將甲板片的三維模型的輪廓信息進行坐標(biāo)變換，統(tǒng)一到點云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系 下；
[0009] (4)搜索甲板片主梁外輪廓周圍區(qū)域內(nèi)的點獲得特征鄰域點云集合；
[0010] (5)對特征鄰域點云集合進行分析計算，提取出實際的甲板片主梁外輪廓直線；
[0011] (6)通過計算得到主梁中線，從而計算出主梁兩個中線交點的坐標(biāo)；
[0012] (7)重復(fù)所述的步驟（1)至步驟（6)，求取所有需要測量的甲板片主梁交點位置坐 標(biāo)；
[0013] (8)對比實際主梁兩個中線交點坐標(biāo)與理論主梁兩個中線交點坐標(biāo)的偏差，檢驗 出焊接質(zhì)量是否合格。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用三維激光掃描系統(tǒng)掃描甲板片，可一次性提取出需要測 量的交點信息，相比于以往的全站儀逐點測量，本方法的測量精度和效率可以大幅提高；因 為海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量主要測量的是主梁焊接交點，所以在CAD模型輔助下處 理點云數(shù)據(jù)，將減少其他不必要的數(shù)據(jù)計算工作，提高效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法采用的坐標(biāo)計算三維示 意圖；
[0016] 圖2是發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法采用的特征信息周圍區(qū)域 點云搜索示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法采用的輪廓線中線及其 交點示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0019] 本發(fā)明是海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新技術(shù)，它包括以下步驟：
[0020] (1)在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接后的理論三維模型，并對甲板 片的主梁外輪廓直線信息進行提取，甲板片的主梁的結(jié)構(gòu)形式為工字鋼焊接而成的鋼架結(jié) 構(gòu)；
[0021] (2)使用三維激光掃描系統(tǒng)對甲板片進行掃描，得到實際焊接后甲板片的點云數(shù) 據(jù)，然后對點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，得到優(yōu)化的實際焊接后甲板片點云數(shù)據(jù)；優(yōu)化處理通常 包括去噪等處理。三維激光掃描系統(tǒng)可以在市場購得，三維激光掃描系統(tǒng)的工作原理為：
[0022] 三維激光掃描系統(tǒng)是采用脈沖激光測距的方法，通過激光脈沖二極管發(fā)射激光脈 沖，射向被測物體，激光碰到被測物體的表面后反射回來，由系統(tǒng)內(nèi)的探測裝置接收并記 錄。根據(jù)激光束發(fā)射和接收的時間差T，計算掃描點到儀器的斜距S，同時獲取此激光束的 水平方向角度α和垂直方向角度Θ，計算出掃描點用空間坐標(biāo)系中X方向、Y方向、Z方向 3個矢量數(shù)據(jù)表示。見圖1。
[0023] 計算掃描點空間坐標(biāo)時，坐標(biāo)原點為系統(tǒng)內(nèi)部測距激光發(fā)射的幾何中心，Z軸為儀 器的豎軸，Y軸為掃描默認(rèn)起始方位，X軸與Y、Z軸垂直構(gòu)成空間坐標(biāo)系。通過計算可得掃 描點P的坐標(biāo)（X p，Yp，Zp)，即
[0024]
【主權(quán)項】
1. 海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法，其特征在于，它包括以下步驟： (1) 在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的三維模型，并對甲板片的主梁外輪廓 直線?目息進行提?。? (2) 使用三維激光掃描系統(tǒng)對焊接后的甲板片進行掃描，得到實際焊接后甲板片的點 云數(shù)據(jù)； (3) 將甲板片的三維模型的輪廓信息進行坐標(biāo)變換，統(tǒng)一到點云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系下； (4) 搜索甲板片主梁外輪廓周圍區(qū)域內(nèi)的點獲得特征鄰域點云集合； (5) 對特征鄰域點云集合進行分析計算，提取出實際的甲板片主梁外輪廓直線； (6) 通過計算得到主梁中線，從而計算出主梁兩個中線交點的坐標(biāo)； (7) 重復(fù)所述的步驟（1)至步驟（6)，求取所有需要測量的甲板片主梁交點位置坐標(biāo)； (8) 對比實際主梁兩個中線交點坐標(biāo)與理論主梁兩個中線交點坐標(biāo)的偏差，檢驗出焊 接質(zhì)量是否合格。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法，其特征在于：所述 的步驟（4)中鄰域點云數(shù)據(jù)搜索具體步驟為： 步驟一、將理論三維模型的輪廓特征信息整合到點云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系后，通過人工移動 使點云數(shù)據(jù)和理論三維模型的輪廓線位置基本重合； 步驟二、以經(jīng)過坐標(biāo)變換的理論焊接后甲板片主梁的輪廓特征線為軸線，生成圓柱體， 然后用球體對特征周圍形成的圓柱體進行空間填充，用一系列球體所包含的點集近似代替 圓柱體內(nèi)部點； 步驟三、使用k-鄰域點云搜索方法對輪廓線周圍進行鄰域搜索。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法，其特征在于： 所述的步驟（5)中特征提取方法具體如下： 步驟一、先將點云數(shù)據(jù)中具有法向或曲率突變的點舍去； 步驟二、根據(jù)甲板片上面與其軸向兩個側(cè)面內(nèi)點云法向指向不同特性進行區(qū)域分類， 然后得到上表面和與其相交的各面兩區(qū)域點云； 步驟三、利用最小二乘法擬合兩區(qū)域空間平面，數(shù)學(xué)表達式為：
式中31、131、(31、(11、32、13 2、(32、(12分別為空間平面？1、？2表達式中的系數(shù)，1、7、2分別為 兩面上點的坐標(biāo)； 聯(lián)立兩空間平面方程，求取兩空間平面的交線來表示實際焊接后甲板片主梁的輪廓 線；相交空間直線方程數(shù)學(xué)表示：
式中，（Χ(Ι，％，Ζ(Ι)為空間直線上任意一點，（θ^ θ2, θ3)萬為空間直線的方向向量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了海洋結(jié)構(gòu)物甲板片焊接變形測量新方法，它包括以下步驟：在CAD三維軟件中建立海洋結(jié)構(gòu)物甲板片的三維模型，并對甲板片的主梁外輪廓直線信息進行提取；使用三維激光掃描系統(tǒng)對焊接后的甲板片進行掃描，得到實際焊接后甲板片的點云數(shù)據(jù)；將甲板片的三維模型的輪廓信息進行坐標(biāo)變換，統(tǒng)一到點云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系下；搜索甲板片主梁外輪廓周圍區(qū)域內(nèi)的點獲得特征鄰域點云集合；對特征鄰域點云集合進行分析計算，提取出實際的甲板片主梁外輪廓直線；計算出主梁兩個中線交點的坐標(biāo)；求取所有需要測量的甲板片主梁交點位置坐標(biāo)；對比實際主梁兩個中線交點坐標(biāo)與理論主梁兩個中線交點坐標(biāo)的偏差。采用本方法測量精度和效率可以大幅提高。
【IPC分類】G01B11-16
【公開號】CN104764413
【申請?zhí)枴緾N201410811276
【發(fā)明人】卿文, 邢海濤, 王強, 李永林
【申請人】博邁科海洋工程股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年12月22日