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基于线激光多目立体视觉的船舶曲板成形在位检测与自动调形系统开发
摘要
船舶曲板成形是船舶制造过程中的重要步骤之一，曲板的质量直接影响到船舶的稳定性和安全性。传统的曲板成形监测和调整方法存在诸多缺陷，如精度低、效率低、操作复杂等问题，无法满足现代船舶制造的要求。因此，本文提出了基于线激光多目立体视觉的船舶曲板成形在位检测与自动调形系统，利用线激光来获取曲板的三维形态信息，借助多目立体视觉实现曲板的高精度检测和自动调整。经过实验验证，该系统具有操作简便、精度高、效率快等优点，可有效提高曲板成形质量和工作效率。
关键词：船舶曲板成形；线激光；多目立体视觉；自动调形
Abstract
Shipplateformingisoneoftheimportantstepsinshipbuildingprocess,andthequalityofplateformingdirectlyaffectsthestabilityandsafetyofship.Traditionalmonitoringandadjustmentmethodsofplateforminghavemanyshortcomings,suchaslowaccuracy,lowefficiency,complexoperationandsoon,whichcannotmeettherequirementsofmodernshipbuilding.Therefore,thispaperproposesashipplateforminginsitudetectionandautomaticadjustmentsystembasedonlinelasermulti-viewstereovision.Thesystemuseslinelasertoobtain3Dshapeinformationofplate,andusesmulti-viewstereovisiontorealizehighprecisiondetectionandautomaticadjustmentofplate.Theexperimentalresultsshowthatthesystemhasadvantagesofsimpleoperation,highprecisionandfastefficiency,whichcaneffectivelyimprovetheplateformingqualityandworkefficiency.
Keywords:shipplateforming;linelaser;multi-viewstereovision;automaticadjustment
1.引言
船舶曲板成形是船舶制造过程中的一项重要工艺，质量的好坏直接影响到船舶的稳定性和安全性。传统的曲板成形监测和调整方法主要是依靠经验和手工操作，效率低下、精度不高、操作不便，难以满足现代船舶制造的要求。因此，研发一种高精度、高效率的船舶曲板成形在位检测与自动调形系统十分必要。
目前，对于曲板成形的检测和调整，国内外学者已经研究并提出了多种方法，如基于激光测量、基于摄像头采集图像、基于机器人自动调整等。其中，基于激光测量的方法可以获取高精度的曲面信息，但是成本较高，且易受干扰；基于摄像头采集图像的方法成本相对较低，但精度不够高，且受环境光线和视野限制；基于机器人自动调整的方法可以实现高精度的调整，但是成本较高。因此，如何在成本不高、精度高、操作简便的基础上实现曲板成形的高精度检测和自动调整，是本文研究的重点。
2.系统架构
本文提出的船舶曲板成形在位检测与自动调形系统主要包括硬件部分和软件部分两部分。
硬件部分主要由线激光仪、立体视觉摄像机、自动调形机构和控制系统组成。其中，线激光仪用于获取曲板表面的三维形态信息，由于线激光仪本身就可以实现高精度的测量，因此可以有效降低系统成本。立体视觉摄像机用于获取曲板的图像信息，通过多目立体视觉算法可以实现高精度的曲面检测。自动调形机构主要用于实现曲板的自动调整，包括机械臂、电机、执行器等。控制系统用于控制整个系统的工作流程，实现曲板的自动调整和成形。
软件部分主要包括数据采集、图像处理、立体视觉算法、运动控制算法等，其中数据采集和图像处理模块负责获取船舶曲板表面的三维形态信息和图像信息，并对其进行预处理和优化；立体视觉算法模块主要用于实现曲面检测和精度分析；运动控制算法模块主要用于实现曲板的自动调整和成形。
整个系统的工作流程如下：首先，线激光仪和立体视觉摄像机同时工作，获取曲板的三维形态信息和图像信息，并将其传输给控制系统；然后，控制系统对图像信息进行处理，并在立体视觉算法模块中进行曲面检测和精度分析，根据检测结果判断曲板是否需要进行自动调整；最后，在运动控制算法模块的控制