CN218895769U - 一种球形封头的形状测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种球形封头的形状测量系统，其包括：跟踪仪，所述跟踪仪用于采集球形封头的坐标点云数据；全站仪，所述全站仪用于采集球形封头的精度基准点的坐标数据；控制分析系统，所述控制分析系统与所述跟踪仪信号连接，且所述控制分析系统与所述全站仪信号连接；所述控制分析系统用于将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中，得到新的坐标点云数据，并与设计基准点对比分析获得球形封头的法向偏差。本实用新型既可实现对球形封头外部形状的测量控制，又能直接确定精度基准点的坐标，实现对球形封头的精准测量，且能够反映部件的整体线型情况，不需要人为手动去测量，减少人力资源的使用，且数据处理相对较易。

Description

一种球形封头的形状测量系统

技术领域

本实用新型涉及激光测量技术领域，特别涉及一种球形封头的形状测量系统。

背景技术

目前，在船舶生产制造过程中，球形封头的安装、焊接均面临着线型控制难度大，焊接过程变形监控困难的问题。

相关技术中，以往大型球体封头的线型数据通常采用样板、尺规和全站仪的方式进行测量。样板和尺规测量具有操作简单，成本低的优点，但是测量精度差，需要较多人力资源，并且测量结果无法反映部件整体线型情况，焊接过程的变形无法监控。全站仪测量方法可整体反映部件的主尺度和定位安装情况，也可反映焊接过程壳板部分点位变形的情况，但测量过程需要花费较长时间，并且封头表面的测量点无法准确在理论模型定位，以至于数据的处理困难。

因此，有必要设计一种新的球形封头的形状测量系统，以克服上述至少其中一个问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种球形封头的形状测量系统，以解决相关技术中测量精度差，需要较多人力资源，并且测量结果无法反映部件整体线型情况，焊接过程的变形无法监控以及数据处理困难的问题。

第一方面，提供了一种球形封头的形状测量系统，其包括：跟踪仪，所述跟踪仪用于采集球形封头的坐标点云数据；全站仪，所述全站仪用于采集球形封头的精度基准点的坐标数据；控制分析系统，所述控制分析系统与所述跟踪仪信号连接，且所述控制分析系统与所述全站仪信号连接；所述控制分析系统用于将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中，得到新的坐标点云数据，并与设计基准点对比分析获得球形封头的法向偏差。

一些实施例中，所述控制分析系统包括：PolyWorks平台，所述PolyWorks平台与所述跟踪仪信号连接，所述PolyWorks平台用于向所述跟踪仪传达控制命令；以及精度控制系统，所述精度控制系统与所述PolyWorks平台信号连接，且所述精度控制系统与所述全站仪信号连接，所述精度控制系统用于将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中，得到新的坐标点云数据。

一些实施例中，所述PolyWorks平台还用于将新的坐标点云数据中的精度基准点与设计基准点对比分析，获得球形封头的法向偏差。

一些实施例中，所述PolyWorks平台还用于控制所述跟踪仪采集转站基准点的坐标数据；所述精度控制系统还用于控制所述全站仪采集转站基准点的坐标数据，并以所述全站仪和所述跟踪仪分别采集的转站基准点的坐标数据为联系，将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中。

一些实施例中，所述精度控制系统用于将所述全站仪或者所述跟踪仪采集的转站基准点通过移动或者旋转的方式，使所述全站仪采集的转站基准点与所述跟踪仪采集的转站基准点重合，实现所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中。

一些实施例中，所述PolyWorks平台还用于控制所述跟踪仪的扫描区域。

一些实施例中，所述PolyWorks平台还用于去除所述跟踪仪采集的坐标点云数据的杂点，并拟合球心坐标，输出点云数据至所述精度控制系统。

一些实施例中，所述控制分析系统还用于去除所述跟踪仪采集的坐标点云数据的杂点，并拟合球心坐标。

一些实施例中，所述全站仪和所述跟踪仪还均用于采集转站基准点的坐标数据；所述控制分析系统还用于以所述全站仪和所述跟踪仪分别采集的转站基准点的坐标数据为联系，将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中。

一些实施例中，所述转站基准点的数量为3-6个。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果包括：

本实用新型实施例提供了一种球形封头的形状测量系统，由于采用跟踪仪配合全站仪采集球形封头的表面数据，既可实现对球形封头外部形状的测量控制，又能直接确定精度基准点的坐标，实现对球形封头的精准测量，且能够反映部件的整体线型情况，不需要人为手动去测量，减少人力资源的使用；配合控制分析系统能够实现对跟踪仪的自动控制，对全站仪采集数据的自动整合，并且与设计基准点对比分析能够获得球形封头安装的法向偏差；因此，球形封头的焊接过程的变形可监控，数据处理相对较易。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种球形封头的形状测量系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种球形封头的形状测量系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的各基准点的位置分布示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前最新引进的测量仪器激光跟踪仪拥有高精度、高效率的特点，在功能上可实现对球形封头外部形状的测量控制，但不能直接确定精度基准点坐标，无法与理论模型精准比对。

本实用新型实施例提供了一种球形封头的形状测量系统，其能解决相关技术中测量精度差，需要较多人力资源，并且测量结果无法反映部件整体线型情况，焊接过程的变形无法监控以及数据处理困难的问题。

参见图1和图3所示，为本实用新型实施例提供的一种球形封头的形状测量系统，其可以包括：跟踪仪，所述跟踪仪可以用于采集球形封头的坐标点云数据；其中，跟踪仪优选扫描激光跟踪仪；以及全站仪，所述全站仪可以用于采集球形封头的精度基准点的坐标数据；控制分析系统，所述控制分析系统与所述跟踪仪信号连接，且所述控制分析系统与所述全站仪信号连接；其中，此处的信号连接可以理解为可以是有线连接，也可以是无线连接；所述控制分析系统用于将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中，得到新的坐标点云数据，并与设计基准点对比分析获得球形封头的法向偏差。

由于采用跟踪仪配合全站仪采集球形封头的表面数据，既可实现对球形封头外部形状的测量控制，又能直接确定精度基准点的坐标，实现对球形封头的精准测量，且能够反映部件的整体线型情况，不需要人为手动去测量，减少人力资源的使用；配合控制分析系统能够实现对跟踪仪的自动控制，对全站仪采集数据的自动整合，并且与设计基准点对比分析能够获得球形封头安装的法向偏差；因此，球形封头的焊接过程的变形可监控，数据处理相对较易。本实用新型经过对多个方案可行性的讨论和试验，并在分析总结数据结果后，提出了多个设备互相配合，多种软件联合运用的新方案，后续的现场试验结果也验证了该创新方法的可行性。

其中，本实施例中的扫描激光跟踪仪适用于大型部件和表面的高速精密检测，它融合了反射球测量功能与计量级非接触式扫描测量技术；其反射球测量精度达15μm+6μm/m，有效测量范围为0-80m，扫描测量精度＜300μm，扫描密度0.5mm-1000mm，有效测量范围为0-60m。但球形封头线型的检测需要布设精度基准点，是整个测量工作的基础和重难点，仅通过扫描激光跟踪仪无法直接测得。而全站仪可以对单点坐标值进行直接测量，同样拥有毫米级测量精度，但测量效率低，所以本实用新型提出融合扫描激光跟踪仪和全站仪两种设备的功能特点，互补短板，配合使用，共同完成测量任务。

参见图2所示，在一些可选的实施例中，所述控制分析系统可以包括：PolyWorks平台，所述PolyWorks平台可以与所述跟踪仪信号连接，所述PolyWorks平台可以用于向所述跟踪仪传达控制命令，以实现跟踪仪的自动控制，也即，本实施例中，所述控制分析系统采用下达指令的非接触式测量，降低工作量；以及精度控制系统，所述精度控制系统可以与所述PolyWorks平台信号连接，以进行数据的互相传输，且所述精度控制系统与所述全站仪信号连接，全站仪可以将其测得的数据发送至所述精度控制系统，所述精度控制系统用于将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中，得到新的坐标点云数据。因为测量方式的融合，数据量增加，传统方法处理两种设备测量数据融合的难度较高，进而本实用新型中采用了多种三维数据处理系统联合运用的创新措施，结合PolyWorks平台和精度控制系统两个系统的功能优点，完成两个设备测量坐标系的统一和所采集点云数据信息的处理分析。

其中，PolyWorks全称为标准点云工程解决方案。本实施例中，PolyWorks平台主要用来配合跟踪仪采集目标数据，拟合特征，进行尺寸分析，得到法向偏差结果。精度控制系统(可以为EcoMarine)是基于三维CAD，可将现场部件与对应的设计模型进行对比，并分析偏差值。精度控制系统可以通过管理点-测量点对应连接的方式实现距离、垂直度、水平偏差等数据的计算。精度控制系统可以通过移动/旋转设计模型或测量点坐标系，将数据信息转换为施工安装的实际状态，然后通过三维模拟搭载，实现部件安装预处理，进而提前修整到达一次定位的目的。

在一些实施例中，所述PolyWorks平台还用于将新的坐标点云数据中的精度基准点与设计基准点对比分析，获得球形封头的法向偏差。新的坐标点云数据可以导入到PolyWorks平台中，PolyWorks平台可以对齐精度基准点与设计基准点，并通过PolyWorks平台的形位偏差分析功能生成当前状态球形封头壳板的法向偏差。

在一些可选的实施例中，所述PolyWorks平台还可以用于控制所述跟踪仪采集转站基准点的坐标数据，其中，可以预先设置3-6个转站基准点，用来统一跟踪仪与全站仪所测得数据的空间坐标系，且转站基准点均位于跟踪仪和全站仪的测量视野范围内；所述精度控制系统还用于控制所述全站仪采集转站基准点的坐标数据，并以所述全站仪和所述跟踪仪分别采集的转站基准点的坐标数据为联系，将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中。本实施例采用全新的数据处理方式，实现跟踪仪与全站仪两套数据的套合，是对数据进行全面、完整分析的基础。

一些实施例中，所述精度控制系统用于将所述全站仪或者所述跟踪仪采集的转站基准点通过移动或者旋转的方式，使所述全站仪采集的转站基准点与所述跟踪仪采集的转站基准点重合，实现所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中。

进一步，所述PolyWorks平台还可以用于控制所述跟踪仪的扫描区域。其中，可以通过PolyWorks平台设置扫描区域信息，并通过PolyWorks平台来自动控制所述跟踪仪，并限定跟踪仪的扫描区域，使跟踪仪扫描球形封头壳板外表面，采集转站基准点位置和球形封头特征点数据。

在一些可选的实施例中，所述PolyWorks平台还可以用于去除所述跟踪仪采集的坐标点云数据的杂点，并拟合球心坐标，输出点云数据至所述精度控制系统。去除杂点后，获得的坐标点云数据更加精准。

在一些实施例中，所述控制分析系统还用于去除所述跟踪仪采集的坐标点云数据的杂点，并拟合球心坐标。

在一些实施例中，所述全站仪和所述跟踪仪还均用于采集转站基准点的坐标数据；所述控制分析系统还用于以所述全站仪和所述跟踪仪分别采集的转站基准点的坐标数据为联系，将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中。

本实用新型实施例提供的球形封头的形状测量系统，在球形封头装焊过程的主要实施步骤可以包括：

1、在适当位置架设跟踪仪、全站仪，并设置好设备参数。

2、设置3-6个转站基准点，用来统一跟踪仪和全站仪所测得数据的空间坐标系。

3、通过PolyWorks平台设置扫描区域信息，并控制跟踪仪扫描球形封头壳板外表面，采集转站基准点位置和球形封头特征点数据。

4、根据图纸设计信息设置精度基准点，架设全站仪，测得精度基准点的坐标数据和转站基准点的坐标数据。此步骤即测量系统中采用的全新测量方式，建立了跟踪仪与全站仪测量坐标之间的联系。

5、根据测量内容在PolyWorks平台中处理跟踪仪扫描点云，去除杂点，拟合球心坐标，输出点云数据至EcoMarine精度控制系统，然后在精度控制系统中输入全站仪测得的精度基准点的坐标数据和转站基准点的坐标数据，通过精度控制系统的分析功能，以转站基准点为联系，统一跟踪仪与全站仪的测量数据坐标系。此步骤为测量系统中采用的全新数据处理方式，实现两套数据的套合，是对数据进行全面、完整分析的基础。

6、再将得到的新的坐标点云数据导入PolyWorks平台，对齐精度基准点与设计基准点，通过PolyWorks平台的形位偏差分析功能生成当前状态球形封头壳板的法向偏差。

7、输出报告。

采用本实用新型实施例提供的球形封头的形状测量系统进行线型测量和分析的优势有：1、焊接过程中可实时监控壳板变形情况，实现数字化生产；在对产品球形封头线型进行检测时没有干涉到现场工人施工，实现了质量监控与生产并行，缩短了生产制造周期。2、测量数据处理快捷。从现场测量手动输入数据再进行计算分析到测量完成后导入电脑，由3D分析软件进行数据处理，最后生成专业的报告指导现场调整施工。3、可根据施工情况调整数据，直观反应目标当前状态。本球形封头的形状测量系统在分析过程中建立了完善的数据库，之后可根据现场情况调出相应分析数据，精简了施工中冗杂的测量工作。4、数据采集精确到毫米，实现生产过程的质量管理精准化；经PolyWorks平台和精度控制系统处理后得到法向偏差，可直接显示壳板变形情况。

本实用新型实施例提供的球形封头的形状测量系统通过运用跟踪仪配合全站仪采集球形封头的表面数据，结合最新的3D检测技术，联合运用PolyWorks、EcoMarine对封头安装情况、装焊过程中的变形情况进行测量分析。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种球形封头的形状测量系统，其特征在于，其包括：

设置于预设位置的精度基准点和转站基准点；

激光跟踪仪，所述激光跟踪仪用于采集球形封头的坐标点云数据；

全站仪，所述全站仪用于采集球形封头的精度基准点的坐标数据；

控制分析系统，所述控制分析系统包括：

PolyWorks平台，所述PolyWorks平台与所述激光跟踪仪信号连接，所述PolyWorks平台用于向所述激光跟踪仪传达控制命令，且控制所述激光跟踪仪采集转站基准点的坐标数据；

以及EcoMarine精度控制系统，所述EcoMarine精度控制系统与所述PolyWorks平台信号连接，且所述EcoMarine精度控制系统与所述全站仪信号连接，所述EcoMarine精度控制系统用于控制所述全站仪采集转站基准点的坐标数据，并以所述全站仪和所述激光跟踪仪分别采集的转站基准点的坐标数据为联系，将所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中，得到新的坐标点云数据；

所述PolyWorks平台还用于将新的坐标点云数据中的精度基准点与设计基准点对比分析，获得球形封头的法向偏差。

2.如权利要求1所述的球形封头的形状测量系统，其特征在于：

所述EcoMarine精度控制系统用于将所述全站仪或者所述激光跟踪仪采集的转站基准点通过移动或者旋转的方式，使所述全站仪采集的转站基准点与所述激光跟踪仪采集的转站基准点重合，实现所述坐标点云数据与所述精度基准点的坐标数据统一在同一坐标系中。

3.如权利要求1所述的球形封头的形状测量系统，其特征在于：所述PolyWorks平台还用于控制所述激光跟踪仪的扫描区域。

4.如权利要求1所述的球形封头的形状测量系统，其特征在于：

所述PolyWorks平台还用于去除所述激光跟踪仪采集的坐标点云数据的杂点，并拟合球心坐标，输出点云数据至所述EcoMarine精度控制系统。

5.如权利要求1所述的球形封头的形状测量系统，其特征在于：

所述控制分析系统还用于去除所述激光跟踪仪采集的坐标点云数据的杂点，并拟合球心坐标。

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