CN109772931A - 一种船舶肋骨成型数字化检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶肋骨成型数字化检测系统，属于数字检测技术。包括全站仪、控制单元、移动靶标和无线传输模块，还包括减震台，全站仪设置在减震台上；移动靶标包括移动小车和靶标球，测量时，移动靶标放置在待测量的肋骨上，控制单元通过无线传输模块控制全站仪的激光正对准靶标球，控制单元通过无线传输模块控制移动靶标沿着待测量肋骨表面运动，全站仪跟踪靶球并进行定位，实时返回靶球坐标数据给控制单元，控制单元实现测量点云的处理和显示、理论数据加载、点云配准及偏差计算显示，最后完成待测肋骨成型偏差数据的存储和管理。本发明具有适应肋骨的小车以及具有减震功能的减震台及全站仪实现测量数据的准确，能够应对不同测量场景。

Description

一种船舶肋骨成型数字化检测系统

技术领域

本发明涉及数字检测技术，特别是一种船舶肋骨成型数字化检测系统。

背景技术

在现代造船生产中，从前期的船舶设计、板材号料和下料，到后期的船体装配都已基本实现计算机化、机械化和自动化流水线。船体肋骨加工是整个造船工艺体系中一个不可或缺的环节。目前船舶肋骨成型方法的发展趋势在向数控冷弯成型发展，对肋骨的数控冷弯成型的测量在线检测研究取得了一定成果并且已经产业化，肋骨完工检测依旧采用传统人工对样的检测方法，如何实现数字化、自动化的肋骨完工成型检测方法，提高其完工检测速度和质量是急待解决的技术问题，需要我们进一步的研究。

专利201510896638.2一种用于肋骨冷弯机或型材成形机械的光电跟踪检测机构，所述光电跟踪检测机构包括探杆，所述探杆的端部始终顶压住被加工型钢的受检测边缘；横杆，所述横杆与探杆通过铰链连接；小车，所述小车运动轨迹与所述探杆平行，被加工型钢的端部通过机械夹臂与所述小车通过铰链连接，在小车上朝向横杆一侧设置一标志，作光电跟踪的标靶；光电跟踪器，设置在探杆与横杆的铰链轴心处，用于跟踪标靶。这里需要先安装测量轨道或需要移动到测量台上，安装设置复杂，并不能完全实现数字化测量。

发明内容

本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种船舶肋骨成型数字化检测系统，无需安装测量轨道，具有适应肋骨的小车以及具有减震功能的减震台及全站仪实现测量数据的准确，能够应对不同测量场景。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种船舶肋骨成型数字化检测系统，包括全站仪、控制单元、移动靶标和无线传输模块，还包括减震台，所述全站仪设置在减震台上；所述减震台包括配重底板、第一减震板、下隔震块、上隔震块、第二减震板、减震隔套、第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆和第四调节杆；所述配重底板、第一减震板、下隔震块、上隔震块、第二减震板由下往上依次设置；所述下隔震块下端面与第一减震板连接，其上端面呈球面结构，所述第一调节杆、第二调节杆和第三调节杆呈构成互不相连的三菱柱结构，该三菱柱结构位于下隔震块与上隔震块之间且其下端与下隔震块上端面连接贴合并粘贴固定，三菱柱结构的上端与上隔震块下端面连接，所述上隔震块下端面呈球面结构；所述三菱柱结构的下端围成区域面积为其上端围成区域面积的3倍；所述三菱柱结构上端形成上隔震块下端面曲面一致结构并且滑动贴合；所述减震隔套一端套固在下隔震块外侧，另一端套固在下隔震块上，并且减震隔套保持预紧力使得上隔震块与三菱柱结构之间保持压力；所述第二减震板位于上隔震块上端，且所述第四调节杆相对上隔震块竖直设置，一端能够相对贯穿第二减震板和上隔震块滑动升降，另一端连接全站仪；

所述移动靶标，包括移动小车和靶标球，所述移动小车包括车体、第一导向架、第二导向架和升降柱；所述车体设于驱动轮组并能够通过无线传输模块与控制单元电连接；所述升降柱设置在车体中间且位于贯穿车体的安装孔内，所述升降柱通过安装在车体内的电机使得升降柱能够相对车体升降；所述靶标球安装在升降柱顶端；所述第一导向架和第二导向架对称设置在车体两侧，第一导向架和第二导向架的端部能够对应贴合待测量肋骨边缘，并沿待测量肋骨边缘移动；

测量时，移动靶标放置在待测量的肋骨上，并将第一导向架、第二导向架的端部分别与待测量肋骨边缘贴合限位；所述全站仪放置在减震台上调节相对底面高度；清空全站仪与移动靶标之间障碍物；控制单元通过无线传输模块控制全站仪的激光正对准靶标球，记录初始化；同时，所述控制单元通过无线传输模块控制移动靶标沿着待测量肋骨表面运动，全站仪跟踪靶球并进行定位，实时返回靶球坐标数据给控制单元，控制单元实现测量点云的处理和显示、理论数据加载、点云配准及偏差计算显示，最后完成待测肋骨成型偏差数据的存储和管理。

本方案在于通过设置减震台可以避免在车间环境下由于振动造成的误差，可以很好保证全站仪测量的准确性。移动靶标具有很好对应肋骨形状，通过第一导向架、第二导向架稳定移动靶标在肋骨上移动。控制单元通过全站仪的扫描数据建立测量点云，并完成数据的校正结果显示以及数据存储。

优选的，所述第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆为减震材料构成。

优选的，所述第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆上端为对应上隔震块下端面曲面的凹面结构，且凹面面积为其截面的面积的2倍。这里设置能够减少振动传递，达到减震效果。

优选的，所述第一导向架为固定架，所述第二导向架为可伸缩架；所述第一导向架、第二导向架的自由活动端均为U型结构，所述U型结构内侧设于滑轮，所述滑轮转轴垂直设置在U型结构两侧之间。导向架可以帮助其在肋板上移动，防止偏离。

优选的，所述配重底板包括配重块、减震泡沫和橡胶套，所述减震泡沫包裹配重块，且橡胶套包裹减震泡沫，所述配重块与第一减震板之间通过减震弹簧连接。这里可以保证配重底板稳定同时，保障减震效果。

优选的，所述升降柱上设有底部设有磁铁块。这样可以增加车体抓地力。

优选的，所述无线传输模块为蓝牙无线模块。

优选的，所述控制单元包括

模型数据接口，能够对计算机辅助设计软件三维曲线模型数据*.dxf文件解析以及测量数据点云数据ru*.dxf文件解析，同时，能够完成三维模型显示状态控制、位置操作；

扫描控制模块，对全站仪和移动靶标控制命令发送、坐标数据接收；

点云处理模块，对全站仪扫描数据进行处理，对测量点加载形成测量点云；

点云配准模块，通过二维矢量的粗匹配，协助完成手动控制的配准微调，通过算法进行对测量点云精确匹配；

偏差计算及表示模块，针对匹配完成的测量点云，实现偏差计算和显示，包括偏差计算功能、偏差色斑图显示、偏差的数据表格显示和肋骨成型偏差报表显示；

肋骨成型偏差数据库，存储完肋骨的理论数据、测量数据及其偏差信息。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种实现数字化、自动化的肋骨完工成型检测系统，能够实现肋骨完工的在线自动化测量，避免了原先肋骨完工检测依旧采用传统人工对样的检测方法的不足，大大减少了测量时间，同时提高了测量的准确率。

2.本发明控制单元通过无线传输模块控制全站仪的激光正对准靶标球，记录初始化；同时，所述控制单元通过无线传输模块控制移动靶标沿着待测量肋骨表面运动，全站仪跟踪靶球并进行定位，实时返回靶球坐标数据给控制单元，控制单元实现测量点云的处理和显示、理论数据加载、点云配准及偏差计算显示，最后完成待测肋骨成型偏差数据的存储和管理。

附图说明

图1是本发明整个功能结构示意图。

图2是本发明控制单元功能架构图。

附图中，1-全站仪、2-无线传输模块、3-控制单元、4-移动靶标、41-车体、42-升降柱、43-靶标球、44-第一导向架、45-第二导向架、46-滑轮、5-待测量肋骨、6-减震台、61-配重底板、62-第一减震板、63-下隔震块、64-三菱柱结构、65-减震隔套、66-上隔震块、67-第四调节杆。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

如图1所示，本发明一种船舶肋骨成型数字化检测系统，包括全站仪1、控制单元3、移动靶标4和无线传输模块2，无线传输模块2具体是蓝牙无线模块，即他们具体是无线传输实现信号连接。具体是将被测肋骨放置到工作台或空旷地方，移动靶标4放置待测量肋骨5的起始点，保证移动靶标4和全站仪1之间没有障碍物；初始化控制单元3，连接控制单元3和全站仪1，测试系统联通状态，并将全站仪1的激光对准靶标球43。

该系统中，移动靶标4沿着待测量肋骨5表面运动，全站仪1跟踪靶标球43并进行定位，实时返回靶球坐标数据给控制单元3，控制单元3实现测量点云的处理和显示、理论数据加载、点云配准及偏差计算显示等功能，最后，控制单元3完成肋骨成型偏差数据的存储和管理等功能。

其中，设置减震台6用于增加全站仪1稳定性。全站仪1设置在减震台6上。减震台6包括配重底板61、第一减震板62、下隔震块63、上隔震块66、第二减震板、减震隔套65、第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆和第四调节杆67。配重底板61、第一减震板62、下隔震块63、上隔震块66、第二减震板由下往上依次设置。下隔震块63下端面与第一减震板62连接，其上端面呈球面结构，所述第一调节杆、第二调节杆和第三调节杆呈构成互不相连的三菱柱结构64，该三菱柱结构64位于下隔震块63与上隔震块66之间且其下端与下隔震块63上端面连接贴合并粘贴固定，三菱柱结构64的上端与上隔震块66下端面连接，所述上隔震块66下端面呈球面结构。三菱柱结构64的下端围成区域面积为其上端围成区域面积的3倍，这里可以使得减震效果分散；三菱柱结构64上端形成上隔震块66下端面曲面一致结构并且滑动贴合。所述减震隔套65一端套固在下隔震块63外侧，另一端套固在下隔震块63上，并且减震隔套65保持预紧力使得上隔震块66与三菱柱结构64之间保持压力，这样预紧力可以使得结构稳定同时预紧力可以抵消由下传递的振动波。第二减震板位于上隔震块66上端，且所述第四调节杆67相对上隔震块66竖直设置，一端能够相对贯穿第二减震板和上隔震块66滑动升降，另一端连接全站仪1。

本方案在于通过设置减震台6可以避免在车间环境下由于振动造成的误差，可以很好保证全站仪1测量的准确性。

结合图1所示，移动靶标4包括移动小车和靶标球43，移动小车包括车体41、第一导向架44、第二导向架45和升降柱42。车体41设于驱动轮组并能够通过无线传输模块2与控制单元3电连接；升降柱42设置在车体41中间且位于贯穿车体41的安装孔内，所述升降柱42通过安装在车体41内的电机使得升降柱42能够相对车体41升降。靶标球43安装在升降柱42顶端；所述第一导向架44和第二导向架45对称设置在车体41两侧，第一导向架44和第二导向架45的端部能够对应贴合待测量肋骨5边缘，并沿待测量肋骨5边缘移动。这里，第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆上端为对应上隔震块66下端面曲面的凹面结构，且凹面面积为其截面的面积的2倍。这里设置能够减少振动传递，达到减震效果。

其中，第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆为减震材料构成。

进一步的，第一导向架44为固定架，所述第二导向架45为可伸缩架；所述第一导向架44、第二导向架45的自由活动端均为U型结构，所述U型结构内侧设于滑轮46，所述滑轮46转轴垂直设置在U型结构两侧之间。导向架可以帮助其在肋板上移动，防止偏离。

移动靶标4具有很好对应肋骨形状，通过第一导向架44、第二导向架45稳定移动靶标4在肋骨上移动。控制单元3通过全站仪1的扫描数据建立测量点云，并完成数据的校正结果显示以及数据存储。

其中，升降柱42上设有底部设有磁铁块。这样可以增加车体41抓地力。

测量时，移动靶标4放置在待测量的肋骨上，并将第一导向架44、第二导向架45的端部分别与待测量肋骨5边缘贴合限位；所述全站仪1放置在减震台6上调节相对底面高度；清空全站仪1与移动靶标4之间障碍物；控制单元3通过无线传输模块2控制全站仪1的激光正对准靶标球43，记录初始化；同时，所述控制单元3通过无线传输模块2控制移动靶标4沿着待测量肋骨5表面运动，全站仪1跟踪靶球并进行定位，实时返回靶球坐标数据给控制单元3，控制单元3实现测量点云的处理和显示、理论数据加载、点云配准及偏差计算显示，最后完成待测肋骨成型偏差数据的存储和管理。

其中，配重底板61包括配重块、减震泡沫和橡胶套，所述减震泡沫包裹配重块，且橡胶套包裹减震泡沫，所述配重块与第一减震板62之间通过减震弹簧连接。这里可以保证配重底板61稳定同时，保障减震效果。

如图2所示，控制单元3包括

模型数据接口，能够对计算机辅助设计软件三维曲线模型数据*.dxf文件解析以及测量数据点云数据ru*.dxf文件解析，同时，能够完成三维模型显示状态控制、位置操作；

扫描控制模块，对全站仪1和移动靶标4控制命令发送、坐标数据接收；

点云处理模块，对全站仪1扫描数据进行处理，对测量点加载形成测量点云；

点云配准模块，通过二维矢量的粗匹配，协助完成手动控制的配准微调，通过算法进行对测量点云精确匹配；

偏差计算及表示模块，针对匹配完成的测量点云，实现偏差计算和显示，包括偏差计算功能、偏差色斑图显示、偏差的数据表格显示和肋骨成型偏差报表显示；

肋骨成型偏差数据库，存储完肋骨的理论数据、测量数据及其偏差信息。

船体肋骨的加工，首先需要从船舶设计软件中导出肋骨的理论线型线，并将型线理论数据文件导入数控肋骨冷弯机。一般数控肋骨冷碗机都提供曲线数据的接口，如dxf文件；

其次需要切割下料，肋骨加工一般采用船用型材，如球扁钢、双球头球扁钢以及T型材等。

本发明所开发的船舶肋骨成型数字化检测装备应具备如下功能：

(1)模型数据接口：具备针对计算机辅助设计软件三维曲线模型数据(如*.dxf)解析，测量数据点云数据(ru*.dxf)解析，同时支持三维模型显示状态控制、位置操作等。

(2)扫描控制模块，主要包括：全站仪1控制命令发送、坐标数据接收等功能；

(3)点云处理模块，主要包括，重复点提取功能、测量点云的偏置；

(4)点云配准模块，主要包括：通过二维矢量的粗匹配，手动控制的配准微调，通过算法进行精确匹配；

(5)偏差计算及表示，针对匹配完成的点云，实现偏差计算和显示的功能，主要包括：偏差计算功能、偏差色斑图显示、偏差的数据表格显示和肋骨成型偏差报表功能。

(6)肋骨成型偏差数据库，主要功能包括：存储完肋骨的理论数据、测量数据及其偏差信息，对肋骨成型数据的删除功能，从肋骨成型偏差数据库向软件场景导入肋骨数据功能。

(7)人机交互界面：系统界面(模型导入及管理；曲面匹配与偏差计算；偏差显示配置及可视化)；系统操作导向界面，操作流程提示界面。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (8)

1.一种船舶肋骨成型数字化检测系统，包括全站仪、控制单元、移动靶标和无线传输模块，其特征在于：

还包括减震台，所述全站仪设置在减震台上；所述减震台包括配重底板、第一减震板、下隔震块、上隔震块、第二减震板、减震隔套、第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆和第四调节杆；所述配重底板、第一减震板、下隔震块、上隔震块、第二减震板由下往上依次设置；所述下隔震块下端面与第一减震板连接，其上端面呈球面结构，所述第一调节杆、第二调节杆和第三调节杆呈构成互不相连的三菱柱结构，该三菱柱结构位于下隔震块与上隔震块之间且其下端与下隔震块上端面连接贴合并粘贴固定，三菱柱结构的上端与上隔震块下端面连接，所述上隔震块下端面呈球面结构；所述三菱柱结构的下端围成区域面积为其上端围成区域面积的3倍；所述三菱柱结构上端形成上隔震块下端面曲面一致结构并且滑动贴合；所述减震隔套一端套固在下隔震块外侧，另一端套固在下隔震块上，并且减震隔套保持预紧力使得上隔震块与三菱柱结构之间保持压力；所述第二减震板位于上隔震块上端，且所述第四调节杆相对上隔震块竖直设置，一端能够相对贯穿第二减震板和上隔震块滑动升降，另一端连接全站仪；

所述移动靶标，包括移动小车和靶标球，所述移动小车包括车体、第一导向架、第二导向架和升降柱；所述车体设于驱动轮组并能够通过无线传输模块与控制单元电连接；所述升降柱设置在车体中间且位于贯穿车体的安装孔内，所述升降柱通过安装在车体内的电机使得升降柱能够相对车体升降；所述靶标球安装在升降柱顶端；所述第一导向架和第二导向架对称设置在车体两侧，第一导向架和第二导向架的端部能够对应贴合待测量肋骨边缘，并沿待测量肋骨边缘移动；

测量时，移动靶标放置在待测量的肋骨上，并将第一导向架、第二导向架的端部分别与待测量肋骨边缘贴合限位；所述全站仪放置在减震台上调节相对底面高度；清空全站仪与移动靶标之间障碍物；控制单元通过无线传输模块控制全站仪的激光正对准靶标球，记录初始化；同时，所述控制单元通过无线传输模块控制移动靶标沿着待测量肋骨表面运动，全站仪跟踪靶球并进行定位，实时返回靶球坐标数据给控制单元，控制单元实现测量点云的处理和显示、理论数据加载、点云配准及偏差计算显示，最后完成待测肋骨成型偏差数据的存储和管理。

2.根据权利要求1所述的一种船舶肋骨成型数字化检测系统,其特征在于：所述第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆为减震材料构成。

3.根据权利要求1所述的一种船舶肋骨成型数字化检测系统,其特征在于：所述第一调节杆、第二调节杆、第三调节杆上端为对应上隔震块下端面曲面的凹面结构，且凹面面积为其截面的面积的2倍。

4.根据权利要求1所述的一种船舶肋骨成型数字化检测系统,其特征在于：所述第一导向架为固定架，所述第二导向架为可伸缩架；所述第一导向架、第二导向架的自由活动端均为U型结构，所述U型结构内侧设于滑轮，所述滑轮转轴垂直设置在U型结构两侧之间。

5.根据权利要求1所述的一种船舶肋骨成型数字化检测系统,其特征在于：所述配重底板包括配重块、减震泡沫和橡胶套，所述减震泡沫包裹配重块，且橡胶套包裹减震泡沫，所述配重块与第一减震板之间通过减震弹簧连接。

6.根据权利要求1所述的一种船舶肋骨成型数字化检测系统,其特征在于：所述升降柱上设有底部设有磁铁块。

7.根据权利要求1所述的一种船舶肋骨成型数字化检测系统,其特征在于：所述无线传输模块为蓝牙无线模块。

8.根据权利要求1所述的一种船舶肋骨成型数字化检测系统,其特征在于：所述控制单元包括

模型数据接口，能够对计算机辅助设计软件三维曲线模型数据*.dxf文件解析以及测量数据点云数据ru*.dxf文件解析，同时，能够完成三维模型显示状态控制、位置操作；

扫描控制模块，对全站仪和移动靶标控制命令发送、坐标数据接收；

点云处理模块，对全站仪扫描数据进行处理，对测量点加载形成测量点云；

点云配准模块，通过二维矢量的粗匹配，协助完成手动控制的配准微调，通过算法进行对测量点云精确匹配；

偏差计算及表示模块，针对匹配完成的测量点云，实现偏差计算和显示，包括偏差计算功能、偏差色斑图显示、偏差的数据表格显示和肋骨成型偏差报表显示；

肋骨成型偏差数据库，存储完肋骨的理论数据、测量数据及其偏差信息。