CN207832114U - 一种肋位线测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种肋位线测量仪，包括：测量单元，用于测量和采集被测船板肋位线的图像；平板电脑，用于控制测量单元抓取图像并获得被测船板肋位线的测量点云进行计算分析；以及机械支架；测量单元可旋转地设置在机械支架的一端；平板电脑可旋转地设置在机械支架的另一端；测量单元包括：线激光器、工业相机，调整机械支架使得线激光器发射的线激光和被测船板肋位线重合。本实用新型的肋位线测量仪实现了船板肋位线的高精度、高效率、自动化检测，提高了船舶曲板的加工效率。

Description

一种肋位线测量仪

技术领域

本实用新型涉及检测装置技术领域，特别涉及一种肋位线测量仪及其使用方法。

背景技术

目前，船厂对船板成型质量的检测，主要依靠有经验的工人采用样板对船板肋位线进行检测，从而判断船板的成型质量。但是这种方法存在很多缺点：（1）影响样板样箱的形状和尺寸的因素较多，而样板样箱的精度决定了船板的加工精度，因此，这种检测方法的检测误差较大；（2）整个过程对工人的技术水平和工作经验要求较高；（3）需要制作大量的样板样箱，浪费木材、增加成本；（4）检测效率低下，导致造船周期较长。

针对船舶曲板的成型检测中存在以上问题，开发一套基于机器视觉的便携式船板肋位线测量仪，实现船板肋位线的高精度、高效率、自动化检测，提高船舶曲板的加工效率。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的一个方面提供了一种肋位线测量仪， 包括：

测量单元，用于测量和采集被测船板肋位线的图像；

平板电脑，用于控制测量单元抓取图像并获得被测船板肋位线的测量点云进行计算分析；以及

机械支架；测量单元可旋转地设置在机械支架的一端；平板电脑可旋转地设置在机械支架的另一端；测量单元包括：线激光器、工业相机，调整机械支架使得线激光器发射的线激光和被测船板肋位线重合。

进一步，还包括底座，包括底座杆和底座脚；机械支架通过水平旋转副与底座杆相连接，使得机械支架可以绕底座杆的中心轴线在水平面内旋转；机械支架通过水平旋转轴与底座杆连接，使得机械支架可以绕水平轴旋转，实现仰俯动作。

优选地，测量单元还包括连杆，线激光器和工业相机分别固定设置在连杆的两端。

进一步，相机的光轴和连杆之间成一设定角度，线激光器的轴线和连杆的轴线相互垂直，并且线激光器的光平面的法向量和连杆的轴线平行，相机内参数和结构参数在使用之前需要标定。

优选地，测量单元与机械支架的连接是通过中间零件与机械支架形成旋转副连接的，转动副有一定的摩擦阻尼，使得测量单元保持固定的位姿不变。

优选地，中间零件为第一T型块，第一T型块的上半部分通过螺丝与连杆固定；第一T型块的下半部分上具有第一通孔，机械支架的一端设置成凹字型且设有一对第二通孔，将第一T型块的下半部分放入凹字型，第一通孔与第二通孔对应，插入销钉固定。

优选地，机械支架通过两个零件与底座杆相连接，实现水平旋转和仰俯动作。

优选地，两个零件为第二T型块和中间杆，第二T型块与中间杆通过销钉连接；中间杆与底座杆通过水平旋转副相连接。

进一步，水平旋转副和底座杆之间具有一定的摩擦阻尼，使得平板电脑保持固定的位姿不变。

更进一步，平板电脑为相机和线激光器提供电源，平板电脑和测量单元之间的采用USB数据传输方式，当系统不工作时，可以为平板电脑充电，保证能源供给。

本实用新型一种肋位线测量仪的技术方案是：所述的便携式船板肋位线测量装置包括机械支架、平板电脑和测量单元，调整机械支架使测量单元发射的线激光和被测船板肋位线重合，操作平板电脑中的配套软件获取肋位线的测量点云数据，再和被测肋位线的理论数据进行数模配准，最后进行偏差计算，得到被测肋位线的偏差分布情况，进而评价船板的成型质量。平板电脑上安装有测量计算软件，控制相机进行图像采集和点云数据提取，测量计算软件还具有点云配准和偏差计算的功能；测量软件的点云配准功能采用基于特征点的ICP配准算法，包括粗配准和ICP配准两部分，其中首先执行粗配准，选择测量点云和理论点云的质心为特征点进行粗配准，之后，使用ICP配准算法进行全局配准；配准完成后的点云采用基于Kd-tree的最近点搜索算法进行偏差计算。

本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型为一种改进型便携式船板肋位线检测仪，基于机器视觉和图像处理等先进技术，实现了船板肋位线的数字化、自动化检测；

（2）本实用新型的体积小、质量轻，便携易用，方便于工作人员的检测作业；

（3）本实用新型的测量单元单目视觉测量技术，具有测量场景大、标定步骤少、结构简单等优点；

（4）本实用新型中的点云配准算法采用基于特征点的ICP配准算法，在保证高配准效率的基础上，提高了测量点云和理论点云的配准精度，进而提高船板肋位线的测量精度；

（5）本实用新型采用了机械支架结构，防止测量过程中测量单元出现抖动的现象，同时机械支架的关节灵活，方便调节，各关节带有摩擦阻尼，实现各关节在特定转角的定位和固定；

（6）本实用新型的使用可以替代传统船板检测中的大量的木质样箱、样板，节约样板、样箱的制作时间和所需的木材，降低成本、节能环保；

（7）本实用新型的使用，可以减少船板成型检测对工人的工作经验和技术水平的依赖关系，提高船板制造的成型效率；

（8）本实用新型提供的一种改进型便携式船板肋位线测量仪可以量化船板成形过程中肋位线的偏差，积累船板成型过程中的工艺参数、船板类位线测量数据和偏差计算值等数据，为船板成形专家库的实现奠定基础。

附图说明

图1为本实用新型的一个较佳实施例的肋位线测量仪的机械支架局部放大结构示意图；

图2为本实用新型的一个较佳实施例的肋位线测量仪工作状态示意图；

图3为本实用新型的一个较佳实施例的肋位线测量仪的结构示意图；

图4为本实用新型的一个较佳实施例的肋位线测量仪的测量单元的结构示意图；

图5为本实用新型的一个较佳实施例的肋位线测量仪的测量单元局部放大结构示意图；

图6（a）~（d)为本实用新型的一个较佳实施例的肋位线测量仪的调整过程示意图；

图6（e）~（h) 为本实用新型的一个较佳实施例的肋位线测量仪的点云数据配准过程示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本实用新型的一个较佳实施例，举例证明本实用新型可以实施，可以向本领域中的技术人员完整介绍本实用新型，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本实用新型。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。

如图2、图3所示，本实用新型的一个较佳实施例提供了一种肋位线测量仪，本实用新型的一个方面提供了一种肋位线测量仪， 包括：测量单元3，用于测量和采集被测船板4肋位线的图像；平板电脑1，用于控制测量单元3抓取图像并获得被测船板4肋位线的测量点云进行计算分析；以及机械支架2；测量单元3可旋转地设置在机械支架2的一端；平板电脑1可旋转地设置在机械支架2的另一端。还包括底座，包括底座杆5和底座脚6；机械支架2通过水平旋转副与底座杆5相连接，使得机械支架2可以绕底座杆5的中心轴线在水平面内旋转；机械支架2通过水平旋转轴与底座杆5连接，使得机械支架2可以绕水平轴旋转，实现仰俯动作。

如图4所示，测量单元3包括：线激光器31、工业相机32，镜头34，调整机械支架2使得线激光器31发射的线激光和被测船板4肋位线重合。测量单元3还包括连杆33，线激光器31和工业相机32分别固定设置在连杆33的两端。

相机32的光轴和连杆33之间成一设定角度，线激光器31的轴线和连杆33的轴线相互垂直，并且线激光器31的光平面的法向量和连杆33的轴线平行，相机32内参数和结构参数在使用之前需要标定。

测量单元3与机械支架2的连接是通过中间零件7与机械支架2形成旋转副连接的，转动副有一定的摩擦阻尼，使得测量单元3保持固定的位姿不变。

如图3所示，具体地，平板电脑1与支撑杆15固定连接，支撑杆15通过竖直旋转副14与连杆33可旋转地连接。为了便于操作，支撑杆15上还设置有操纵手柄。

如图5所示，中间零件7为第一T型块7第一T型块7的上半部分通过螺丝与连杆固定；第一T型块7的下半部分上具有第一通孔71，机械支架2的一端设置成凹字型且设有一对第二通孔21，将第一T型块7的下半部分放入凹字型，第一通孔71与第二通孔21对应，插入销钉8固定。

机械支架2通过两个零件与底座杆相连接，实现水平旋转和仰俯动作。两个零件为第二T型块9和中间杆10，第二T型块9与中间杆10通过销钉12连接；中间杆10与底座杆5通过水平旋转副13相连接。

水平旋转副13和底座杆5之间具有一定的摩擦阻尼，使得平板电脑1保持固定的位姿不变。

平板电脑1为相机32和线激光器31提供电源，平板电脑32和测量单元3之间的采用USB数据传输方式，当系统不工作时，可以为平板电脑32充电，保证能源供给。

如图1所示，本实用新型的另一个方面提供了一种肋位线测量仪的使用方法：包括：

步骤一、调整机械支架使测量单元发射的线激光和被测船板肋位线重合，控制工业相机进行图像采集和点云数据提取；

步骤二、操作平板电脑中获取肋位线的测量点云数据，再和被测肋位线的理论数据进行数模配准；

步骤三、点云配准功能采用基于特征点的ICP配准算法，包括粗配准和ICP配准两部分；

步骤四、首先执行粗配准，选择测量点云和理论点云的质心为特征点进行粗配准；

步骤五、使用ICP配准算法进行全局配准；

步骤六、配准完成后的点云采用基于Kd-tree的最近点搜索算法进行偏差计算得到被测肋位线的偏差分布情况，进而评价船板的成型质量。

具体地，如图6所示，为系统测量某一型号船板肋位线成型质量的具体实施过程。图6（a）为便携式测量仪和被测船板4的初始状态，旋转水平角旋转副13，使测量单元3位于被测船板4的上方,其旋转结果如图6（b）所示；在图6（b）中，旋转测量单元3，使测量单元3中测量单元连杆33的轴线和测量单元支撑5的轴线垂直，如图6（c）所示；在图6（c）中，旋转第二T型块9使线激光器31的光平面法向量和肋位线平面的法向量平行，同时使得平板电脑1的竖直旋转副14旋转，使平板电脑1处于方便作业人员操作和观察的位置，结果如图6（d）所示；在图6（d）中，平移测量系统整体，使线激光和船板被测肋位线重合，并且使用平板电脑1采集图像，图示提取被测肋位线的点云数据，得到船板4肋位线的测量点云。

假设用AB表示通过便携式测量仪测得的测量点云，CD表示被测船板4肋位线的理论点云。图6（e）表示测量点云AB和理论点云CD刚刚导入软件中的位姿；图6（f）中，计算测量点云CD的质心，用E表示质心，计算理论点云的质心，用字母F表示，同时生成测量点云的平移变换向量EF；图6（g）表示，使用变换向量为对测量点云AB进行平移变换，经过变换后，测量点云的质心E和理论点云的质心F重合，完成点云的粗配准，结果如图6（g）所示；图6（h）表示，使用ICP配准算法对粗配准结果进行全局注册，配准的结果如图6（h）所示。

根据上述配准结果，使用基于Kd-tree的最近点搜索算法，搜索距离每一个测量点云的最近理论点，生成对应点对，以对应点对的距离表示测量点云的偏差值，最终计算结果以偏差色斑图和数据表格的形式显示。

本实用新型一种肋位线测量仪的技术方案是：所述的便携式船板肋位线测量装置包括机械支架、平板电脑和测量单元，调整机械支架使测量单元发射的线激光和被测船板肋位线重合，操作平板电脑中的配套软件获取肋位线的测量点云数据，再和被测肋位线的理论数据进行数模配准，最后进行偏差计算，得到被测肋位线的偏差分布情况，进而评价船板的成型质量。平板电脑上安装有测量计算软件，控制相机进行图像采集和点云数据提取，测量计算软件还具有点云配准和偏差计算的功能；测量软件的点云配准功能采用基于特征点的ICP配准算法，包括粗配准和ICP配准两部分，其中首先执行粗配准，选择测量点云和理论点云的质心为特征点进行粗配准，之后，使用ICP配准算法进行全局配准；配准完成后的点云采用基于Kd-tree的最近点搜索算法进行偏差计算。

本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型为一种改进型便携式船板肋位线检测仪，基于机器视觉和图像处理等先进技术，实现了船板肋位线的数字化、自动化检测；

（2）本实用新型的体积小、质量轻，便携易用，方便于工作人员的检测作业；

（3）本实用新型的测量单元单目视觉测量技术，具有测量场景大、标定步骤少、结构简单等优点；

（4）本实用新型中的点云配准算法采用基于特征点的ICP配准算法，在保证高配准效率的基础上，提高了测量点云和理论点云的配准精度，进而提高船板肋位线的测量精度；

（5）本实用新型采用了机械支架结构，防止测量过程中测量单元出现抖动的现象，同时机械支架的关节灵活，方便调节，各关节带有摩擦阻尼，实现各关节在特定转角的定位和固定；

（6）本实用新型的使用可以替代传统船板检测中的大量的木质样箱、样板，节约样板、样箱的制作时间和所需的木材，降低成本、节能环保；

（7）本实用新型的使用，可以减少船板成型检测对工人的工作经验和技术水平的依赖关系，提高船板制造的成型效率；

（8）本实用新型提供的一种改进型便携式船板肋位线测量仪可以量化船板成形过程中肋位线的偏差，积累船板成型过程中的工艺参数、船板类位线测量数据和偏差计算值等数据，为船板成形专家库的实现奠定基础。

以上所述仅是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种肋位线测量仪，其特征在于，包括：

测量单元，用于测量和采集被测船板肋位线的图像；

平板电脑，用于控制所述测量单元抓取图像并获得所述被测船板肋位线的测量点云进行计算分析；以及机械支架；所述测量单元可旋转地设置在所述机械支架的一端；所述平板电脑可旋转地设置在所述机械支架的另一端；所述测量单元包括：线激光器、工业相机，调整所述机械支架使得所述线激光器发射的线激光和被测船板肋位线重合。

2.如权利要求1所述的肋位线测量仪，其特征在于，还包括底座，包括底座杆和底座脚；所述机械支架通过水平旋转副与所述底座杆相连接，使得所述机械支架可以绕所述底座杆的中心轴线在水平面内旋转；所述机械支架通过水平旋转轴与所述底座杆连接，使得所述机械支架可以绕水平轴旋转，实现仰俯动作。

3.如权利要求1所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述测量单元还包括连杆，所述线激光器和所述工业相机分别固定设置在所述连杆的两端。

4.如权利要求3所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述相机的光轴和所述连杆之间成一设定角度，所述线激光器的轴线和所述连杆的轴线相互垂直，并且所述线激光器的光平面的法向量和所述连杆的轴线平行，工业相机内参数和结构参数在使用之前需要标定。

5.如权利要求1所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述测量单元与所述机械支架的连接是通过中间零件与所述机械支架形成旋转副连接的，所述旋转副有一定的摩擦阻尼，使得所述测量单元保持固定的位姿不变。

6.如权利要求5所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述中间零件为第一T型块，所述第一T型块的上半部分通过螺丝与连杆固定；所述第一T型块的下半部分上具有第一通孔，所述机械支架的一端设置成凹字型且设有一对第二通孔，将所述第一T型块的下半部分放入所述凹字型，所述第一通孔与所述第二通孔对应，插入销钉固定。

7.如权利要求2所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述机械支架通过两个零件与所述底座杆相连接，实现水平旋转和仰俯动作。

8.如权利要求7所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述两个零件为第二T型块和中间杆，所述第二T型块与所述中间杆通过销钉连接；所述中间杆与所述底座杆通过水平旋转副相连接。

9.如权利要求8所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述水平旋转副和所述底座杆之间具有一定的摩擦阻尼，使得所述平板电脑保持固定的位姿不变。

10.如权利要求1所述的肋位线测量仪，其特征在于，所述平板电脑为所述相机和线激光器提供电源，所述平板电脑和测量单元之间的采用USB数据传输方式，当系统不工作时，可以为所述平板电脑充电，保证能源供给。