【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及船舶分段建造，尤其涉及基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法。
技術介紹
1、無余量建造是一種先進的船舶建造工藝方法，其核心思想是在船舶建造過程中，通過高精度的加工、裝配和測量技術，為了補償加工、裝配誤差而預留的額外材料，將各部件或分段之間的余量降到最低或完全消除。這種工藝方法能夠顯著提高船舶分段的建造精度和效率，降低建造成本，是現代造船工業的重要發展方向。
2、在傳統的分段建造中，由于受到加工余量、材料性能、設備誤差等因素的影響，船體外板的實際尺寸往往大于理想的設計尺寸，在劃線、測量、切割、裝配、吊裝等過程中都存在誤差，這些加工步驟耦合、傳遞以及疊加引起的誤差累積導致分段精度出現偏差，這些誤差將很大程度上影響分段外板成形的精度控制。而船體分段外板通常具有規模大、曲率多變等特點，其加工成形質量是船舶建造的重要環節，與船舶各項性能指標息息相關，分段外板精度的誤差能否有效地減小和控制將直接影響分段建造的精度，是保證分段無余量建造的關鍵。
3、隨著數字化制造的推進，在對已加工完成的分段進行精度檢測時，測量系統的數據不完備與非結構化使得裝配精度無法保證、效率低下，船舶分段的重構方法仍有提升的空間。
技術實現思路
1、為了解決上述現有技術中測量系統的數據不完備與非結構化使得裝配精度無法保證、效率低下，導致無余量建造的穩定性不足的問題。本專利技術提出了一種基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，從而實現對曲板進行預先修改，保證分段外板精度，提升無余量建造的
2、本專利技術是通過以下技術方案實現的：包括以下步驟：
3、s1、逐一掃描出船舶分段外板的以原始坐標系為基準的原始三維點云數據，以目標曲面的中點作為坐標原點，目標曲面的中點的法向量作為z′軸方向，曲面較短的中心曲線其一階擬合直線所在方向作為x′軸方向,同時垂直于x′軸和z′軸的方向作為y′軸方向，建立目標坐標系，得到目標三維點云數據，根據原始三維點云數據和目標三維點云數據中若干重合點數據，得到轉換參數、驗證轉換精度并實施坐標轉換，得到轉換后的船舶分段外板三維點云數據；
4、s2、對步驟1中轉換后的船舶分段外板三維點云數據進行曲面分解和特征值計算并拆分，得到若干拆分后的曲面；
5、s3、根據曲面的表達式以及步驟2得到的若干拆分后的曲面，將船體分段外板分類；
6、s4、提取經步驟3分類后的船體分段外板的局部特性幾何參數，所述局部特性幾何參數包括曲板曲面的法矢、高斯曲率和平均曲率；
7、s5、根據步驟4提取的局部特性幾何參數，對曲板進行曲面特征識別，確定目標三維點云數據中點的類型和局部曲面形狀；
8、s6、選取船體分段外板的特征點，根據曲面上各點的曲率大小提取特征點，進而表征船體分段外板的局部與整體曲面信息；
9、s7、根據節點插值算法，進行外板曲面間的g1連續拼接，構成外板分段曲面。
10、進一步的，所述步驟s1中實施坐標轉換的具體步驟包括：
11、s11、根據原始坐標系和目標坐標系的相對位置、方向以及橢球參數，確定轉換類型；
12、s12、收集原始坐標系和目標坐標系的重合點數據；
13、s13、根據步驟s12收集的重合點數據，按照步驟s11確定的轉換類型，得到轉換參數；
14、s14、隨機選取若干重合點數據對轉換參數進行驗證，得到驗證后的轉換參數；
15、s15、根據驗證后的轉換參數對原始坐標系中的點進行坐標轉換，得到目標坐標系中的對應點；
16、s16、檢查轉換結果，若存在誤差則重復步驟s11至s15。
17、進一步的，所述步驟s6中特征點的提取方法的具體步驟如下：
18、s61、建立一個以點pi為中心點的局部坐標系(u,v,w)，其中w軸與點pi的法線向量hi相重合，而u軸和v軸則位于一個經過點pi且垂直于法線向量hi的平面上；
19、s62、將點pi周圍的所有相鄰點qi轉換到這個局部坐標系中，然后運用最小二乘法對轉換后的數據點(ui,vi,wi)進行精確擬合，以構造出一個拋物面c；
20、s63、比較拋物面c在點pi處的平均曲率與預設的閾值，篩選出邊界點候選集合；
21、s64、若點pi處的拋物面c的最小曲率m和最大曲率n是其各自的主方向上的極值，則確定為邊界點；
22、s65、通過尋找法矢變化大的點來確定特征點，計算pi鄰域的k個不同點集{p1,p2,...,pk}的平均值，作為該區域的重心w；
23、s66、利用矩陣的特征向量，得到局部曲面的法矢；
24、s67、計算得到pi點及其周圍數據點pi+1各自的法向量與兩個法向量之間的夾角，根據夾角閾值衡量方向差異。
25、進一步的，所述步驟s7中g1連續拼接的具體步驟如下：
26、s71、構建兩曲面的數學空間方程和其中，u,v為坐標參數，p為b樣條階數，pi,j,qi,j是b樣條曲面的特征網格，是b樣條基函數，相應的節點向量設為u＝v＝{t0,t1,...,tp,...,tp+n+1}，重復度為p+1，確定兩個曲面的公共邊界β(v)＝c(0,v)＝s(0,v)；
27、s72、分析兩個曲面的公共邊界，包括其形狀、位置以及幾何約束，要滿足如下條件；
28、
29、
30、s73、對兩個待擬合曲面的控制頂點進行調整；
31、s74、根據曲面的類型和邊界連續性拼接條件進行節點插值，得到公式如下：
32、
33、進一步的，所述步驟s2中若干拆分后的曲面包括橫向彎曲面、縱向彎曲面和扭曲面。
34、進一步的，所述步驟s2中特征值包括橫向彎曲高度hx、縱向彎曲高度hy、扭曲高度ht。
35、進一步的，所述橫向彎曲高度hx、縱向彎曲高度hy、扭曲高度ht的計算公式如下：
36、
37、其中，z′xmax,z′xmin分別表示橫向分解曲面在z′軸方向上的最大值和最小值，z′xmid表示橫向分解曲面中心點處的z′值大小；
38、
39、其中，z′ymax,z′ymin分別表示橫向分解曲面在z′軸方向上的最大值和最小值，z′ymid表示橫向分解曲面中心點處的z′值大小；
40、ht＝max{|δht1|,|δht2|,|δht3|,|δht4|}
41、其中，δhti,i＝1,2,3,4表示扭向分解面上四個頂角的z′值減去曲面中點z′值后得到的高度差,扭曲高度為4個高度差中取絕對值后的最大值。
42、進一步的，所述步驟s3將船體分段外板按照如下方法分類：
43、不存在扭曲高度、橫向彎曲高度與縱向彎曲高度的為平板；
44、扭曲高度大于橫向彎曲高度或縱向彎曲高度，同時存在同向的扭曲現象的為單曲率板；<本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟S1中實施坐標轉換的具體步驟包括：
3.根據權利要求2所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟S6中特征點的提取方法的具體步驟如下：
4.根據權利要求3所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟S7中G1連續拼接的具體步驟如下：
5.根據權利要求4所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟S2中若干拆分后的曲面包括橫向彎曲面、縱向彎曲面和扭曲面。
6.根據權利要求4所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟S2中特征值包括橫向彎曲高度Hx、縱向彎曲高度Hy、扭曲高度Ht。
7.根據權利要求6所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述橫向彎曲高度Hx、縱向彎曲高度Hy、扭曲高度Ht的計算公式如下：
8.根據權利要求4所述的基于特征
9.根據權利要求4所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟S1中三維點云數據的采集采用三維點云掃描儀測量，三維激光掃描儀向被測對象發射出大量激光束并接收反射信號，計算被測對象表面點的三維坐標，并記錄反射率及紋理等信息，得到船舶分段外板三維點云數據。
10.根據權利要求4所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟S7中G1連續拼接采用的是B樣條曲線。
...【技術特征摘要】
1.基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟s1中實施坐標轉換的具體步驟包括：
3.根據權利要求2所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟s6中特征點的提取方法的具體步驟如下：
4.根據權利要求3所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟s7中g1連續拼接的具體步驟如下：
5.根據權利要求4所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟s2中若干拆分后的曲面包括橫向彎曲面、縱向彎曲面和扭曲面。
6.根據權利要求4所述的基于特征拼接的船體分段外板快速重構方法，其特征在于：所述步驟s2中特征值包括橫向彎曲高度h...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周宏根，張小虎，劉金鋒，韓子延，李蘇，陳宇，胡明偉，謝陽，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：
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