CN111702054B - 一种曲板渐进成形在位调形检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种曲板渐进成形在位调形检测系统及方法，检测支架设置在上模座上，且可沿上模座水平滑动；检测支架上设置有图像采集装置和主动光投射装置；所述图像采集装置用来采集下模座上曲板表面的三维点云数据；主动光投射装置用来为图像采集装置提供光源；方法基于光学调形检测技术，借助主动光投射装置，对曲板进行扫描，用图像采集器采集主动光照射的曲板图片，通过对图片的处理，获取曲板的三维点云数据，通过点云拼接技术，测量点云与理论点云配准和偏差计算技术，得到曲板加工成形的偏差数据，自动生成加工调形文件。本发明与传统的样板样箱检测，人工调形方法相比，具有在位调形检测效率和精度高、调形检测结果可量化且可读性好。
Description
技术领域
本发明涉及船舶制造、在位调形检测领域，具体地，涉及一种曲板渐进成形在位调形检测系统和方法。
背景技术
船体建造是整个船舶生产的重要组成部分，约占整船总生产工作量的30％～40％。由于船体外板线型复杂，船舶曲板成形加工一直是困扰着造船行业的难题，其最具代表性的弯板作业量约占船体钢料加工工作量的10％～18％。目前曲板成形加工主要依靠经验丰富的工人通过反复多次加工使板材成形达到要求。因此，受制于当前曲板加工工艺的不足，复杂船舶曲板的成形难以一次加工到位，一般需要多次成形，是一个多步渐近的过程。在船舶曲板成形过程中，为准确判断成形是否达到加工要求，同时也为修正下一步的加工参数，曲板的成形状态调形检测显得尤为重要。
目前国内大部分船厂仍主要采用样板样箱对成形曲板进行调形检测，虽然样板样箱调形检测方法对复杂生产现场的适应能力较强，但其本身也存在着一些明显的不足:
(1)调形检测精度低、曲板成形精度难以保证。采用样板样箱调形检测时，工人直接通过肉眼观测曲板的成形状态，致使检测误差较大。此外对于木质样板样箱而言，其易受环境温度和湿度的影响而产生变形，自身精度不高；
(2)工作强度大、调形检测效率低。调形检测过程中需要将样板样箱放在成形曲板上，较大的样箱需要多人协同搬放。而且在曲板成形过程中往往需要多次反复测量。因此手工样板样箱调形检测不仅工作强度大、而且调形检测效率低；
(3)无法形成定量的调形检测结果。样板样箱调形检测过程主要是通过工人经验进行判断，不能得到定量的成形误差数据，也无法提供准确的调形检测数据和评价标准，缺少调形检测规范。
当前基于样板样箱的手工对样调形检测方法己经成为影响造船速度和质量，以及成形工艺实施机械化流水线作业的一个“瓶颈”。而如何实现调形检测工艺的自动化和数字化以代替手工对样调形检测，己成为船舶曲板成形工艺所急需破解的难题。因此开发船舶曲板渐进成形在位调形检测系统己成为我国造船业的当务之急。
三维视觉测量技术由于其具有非接触、速度快、精度高等优点已广泛应用于工业检测领域，但由于船舶曲板尺寸大、曲率小、批量小以及加工现场环境复杂等原因，需要针对船舶曲板成形在位检测现场进行进一步研究。
国内外高校和研究所对船舶曲板检测技术做了大量研究，(1)韩国庆南大学Heo利用多条结构光对船舶曲板进行测量，理论上该方法检测效率较高，但是其测量范围较小，只能测量小尺寸船舶曲板。(2)意大利比萨大学Paoli采用在机械臂末端安装基于面结构光的主动双目立体视觉传感器的多视角测量系统，该系统与全站仪集成后可完成对整个船体表面的测量。但其成本昂贵，对位移机构精度要求高。(3)上海船舶工艺研究所甄希金等采用基于线激光的主动双目立体视觉技术开发了一套船板测量系统，其线激光器在电机的带动下可在一定角度内摆动。但该系统测量范围较小，难以适应尺寸较大的船板。(4)上海交通大学王振兴等通过向被测船舶曲板表面投射圆斑作为测量特征，采用基于圆斑点阵的面阵结构光主动双目立体视觉技术对船舶曲板进行测量，该系统测量速度快，但测量范围较小，且由于船厂现场环境复杂，精确检测船板表面上的投影圆斑十分困难，使得该系统稳定性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曲板渐进成形在位调形检测系统和方法，以代替传统样板样箱调形检测，缩短曲板的成形加工周期，提高成形质量，改善加工条件和降低生产成本。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种曲板渐进成形在位调形检测系统，包括检测支架、上模座和下模座；所述上模座与下模座上下相对设置；所述检测支架设置在上模座上，且可沿上模座水平滑动；所述检测支架上设置有图像采集装置和主动光投射装置；所述图像采集装置用来采集下模座上曲板表面的三维点云数据；所述主动光投射装置用来为图像采集装置提供光源；所述主动光投射装置可沿检测支架上的滑轨滑动。
进一步的，所述下模座可沿轨道水平滑动。
进一步的，曲板弯曲过程为将数控三维弯板机调整至曲板加工工位，以理论曲面为目标调整下模座内设置的下冲头，上模座内设的上冲头往下移动施压，对曲板进行加工成形。
进一步的，所述图像采集装置有四个且均匀分布组成矩形结构，图像采集装置主轴线斜向下且与水平面成θ。
进一步的，所述检测支架竖直侧设置在三维弯板机的竖直板上，通过动力的驱动，检测支架可沿竖直板上下滑动，从而调整图像采集装置和主动光投射装置与曲板的距离。
一种曲板渐进成形在位调形检测系统的方法，包括如下步骤：
步骤一：数控三维弯板机完成一次对曲板的弯曲成形，将下模座向后移动，回到检测工位；根据检测曲板的大小，检测支架上下移动装置带动检测支架上下自动移动到最佳的检测工位，将第一主动光投射器或第二主动光投射器移动到主动光投射装置的最左端或者最右端；
步骤二：检测初始化，打开第一主动光投射器和第二主动光投射器，将主动光投射在曲板上，连接并打开图像采集设备，采集图像；
步骤三：开始检测，将第一主动光投射器或第二主动光投射器移动到主动光投射装置的另一端，图像采集设备采集光刀图片，提取曲板的点云数据；
步骤四：坐标转换，将所提取曲板的测量点云数据转换到数控三维弯板机理论点云的坐标系下；
步骤五：点云配准和偏差计算，将同一坐标系下的理论点云和测量点云配准，进行偏差计算，得到整个曲板曲面的偏差数据和偏差分布图，如果偏差值满足加工要求，则加工下一块板，检测时重复步骤一-步骤六，如果偏差值不满足加工要求，则进行下一步；
步骤六：调形再加工，将检测得到的偏差值作为回弹补偿量加到曲板理论数据上生成新的调形文件，传输给数控三维弯板机再次加工，检测时重复以上步骤，直到满足精度要求。
进一步的，步骤三)具体步骤包括：
步骤3.1，第一主动光投射器和第二主动光投射器投射主动光至被测曲板表面形成光刀，主动光投射器在电机的带动下沿着主动光投射装置横向运动，实现光刀对待测船板的扫描，扫描过程中，图像采集设备每隔一段时间采集一组光刀图像，通过千兆网存储于计算机内存中；
步骤3.2，光条预处理：采用阈值分割算法提取光刀条纹，在图像宽度方向找到灰度值最大的坐标点Ymax,以该点为中心，对该点周围的2k+1个采样点加权求取灰度重心值作为该列的中心，公式如下：
其中：参数gi为灰度值，
为光条中心位置，k取5；
步骤3.3，立体校正：利用图像采集设备的内、外参数以及畸变系统对图像进行立体校正，矫正图像畸变的同时也使得双目系统左右两幅图像校正成共面且行对齐的方向，以便于后续的立体匹配与三维重建；
步骤3.4，立体匹配与三维重构：光刀的立体匹配就是寻找同一激光光刀在不同视角下图像中像素点一一对应的关系；经上述两步骤处理后，左图像中光刀线上任意一点的匹配点即为右图像中同一行的光刀中心点，找到匹配点后，通过视差原理可以快速求出该点的三维坐标；
步骤3.5，将两个双目子系统得到的点云数据转换到同一坐标系下，得到整个曲板三维测量点云数据。
进一步的，步骤四)中：曲板理论点云数据就是曲板成形最终要达到的数据，是通过数控三维弯板机理论数据接口得到，理论点云坐标系原点即为下模座左下角高度为零时的点；由于理论点云与测量点云未处于同一坐标系下，两点云间位姿差异较大，因此需要将理论点云与测量点云坐标系进行统一，求取测量点云坐标系与理论点云坐标系之间的刚体位姿变换关系，将测量点云数据转换到理论点云坐标系下。
进一步的，步骤五)中：
步骤5.1使用迭代最近点(ICP)算法对理论点云和测量点云进行精配准；
步骤5.2将精配准后的理论点云和测量点云分别投影到XOY平面；
步骤5.3在XOY平面上查找距离测量投影点最近的四个理论投影点；
步骤5.4找出上述四个理论投影点所对应的三维理论点，通过双线性插值得到与上述测量点具有相同投影的三维理论点，该点即为测量点在理论点云中的对应点；找到测量点及其对应的理论点后，便可直接通过两点的Z坐标值计算得到两点之间的深度值之差，该值即为测量点云与理论数据的偏差值。
进一步的，步骤六)中：对于较复杂的曲板，所述数控三维弯板机一般需经过多次“下模调型-上模施压-成形检测”步骤才能保证板材成形精度；下模板内的下冲头首次调形时仅以理论曲面为目标，后续调形则在理论曲面基础上加入板材回弹量补偿；将每一次的检测结果作为回弹补偿量，生成新的调形文件，传输给所述数控三维弯板机，以此循环，直到检测的结果满足精度要求。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)解决曲面板材加工过程中工人使用样板样箱对成形曲板进行检测和手动调形而导致的检测精度差、效率低、对工人经验要求高等问题；
(2)该系统采用四个图像采集装置从不同位置对曲板表面采集图像，以及检测支架上下自动移动装置可以带动检测支架上下自动移动，有效地解决了传统视觉测量范围小的问题。
(3)在主动光投射装置上安装两个主动光投射器，可以缩短检测的时间，提高检测效率；
(3)以线激光等抗干扰光源作为主动光源，消除了加工现场环境光照的影响。
(4)通过对系统标定、三维重建、点云配准、曲板成形偏差计算与板材回弹量计算等技术的研究，开发了一套曲板渐进成形在位调形检测系统，实现了三维数控弯板机板材加工过程中快速、精确的在位检测以及自动调形等功能，为构建曲板成形加工专家系统奠定了基础。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是本发明调形检测方法流程图；
图2是本发明曲板渐进成形在位调形检测系统整体方案示意图；
图3是本发明检测系统结构示意图；
图4(a)是图像采集装置结构示意图；
图4(b)是图像采集装置内部结构示意图；
图5(a)主动光投射装置结构主视图；
图5(b)主动光投射装置结构左视图。
附图标记如下：
1-检测支架；2-图像采集装置；3-主动光投射装置；4-右行车；5-轨道；6-曲板；7-下模座；8-上模座；9-左行车；10-数控三维弯板机；11-检测支架上下移动装置；12-电路控制装置；13-图像采集设备；14-连接侧板；15-基座；16-图像采集设备保护罩；17-图像采集设备外壳；18-拖链；19-第一主动光投射器；20-第二主动光投射器；21-皮带轮；22-电机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的
一种曲板渐进成形在位调形检测系统，包括检测支架1、检测支架上下自动移动装置11、图像采集装置2、主动光投射装置3、电路控制装置12、工业计算机；所述检测支架1用于固定图像采集装置2、主动光投射装置3和电路控制装置12；所述检测支架上下自动移动装置11用于带动所述检测支架1上下移动；所述图像采集装置2包括图像采集设备13、连接侧板14、基座15、图像采集设备保护罩16和图像采集设备外壳17，其中：所述图像采集设备外壳17用于保护和固定所述图像采集设备13，所述图像采集设备保护罩16用于保护所述图像采集设备13，所述基座15和所述连接侧板14用于固定图像采集设备外壳17，所述图像采集设备13用于采集图像，并与所述工业计算机进行数据通讯，完成采集数据的传输任务；
所述主动光投射装置3包括拖链18、主动光投射器119、主动光投射器220、皮带轮21、左右限位和电机22，其中：所述拖链18安装在所述主动光投射装置3的前侧，所述皮带轮20安装在所述主动光投射装置3的下侧，所述主动光投射器119安装在所述拖链18和所述皮带轮21上，所述第二主动光投射器20安装在所述皮带轮21上，所述左右限位安装在所述主动投射装置3左右两端，所述电机22安装在所述主动光投射装置3的后侧，连接所述皮带轮21；工作时，所述电机22转动带动所述皮带轮21转动，从而带动所述第一主动光投射器19和所述第二主动光投射器20左右来回的移动，所述第一主动光投射器19和所述第二主动光投射器20投射主动光，当移动到其中任意一个所述限位时，所述电机22停止转动；
所述电路控制装置12上集成了所述检测支架上下自动移动装置11、所述主动光投射器119、所述主动光投射器220控制电路、所述电机22驱动电路、所述左右限位信号接收电路和所述图像采集设备13驱动采集传输控制电路，保证所述检测支架上下自动移动装置11、所述第一主动光投射器19、所述第二主动光投射器20、所述电机22和所述图像采集设备13与电路控制装置之间的信息传输；
所述工业计算机将所述图像采集设备13采集的图像进行处理，最终获得所述曲板6表面的三维点云数据；
其中，所述图像采集装置2共有A、B、C、D四个，在所述检测支架1的前端对称安装两个，在所述检测支架1的后端对称安装两个，所述图像采集装置2A和B组成一个双目测量单元，所述图像采集装置2C和D组成一个双目测量单元；所述每一个双目测量单元基线与相机光轴的夹角为θ；所述主动光投射装置3上的所述第一主动光投射器19和第二主动光投射器20是以线激光等抗干扰光源作为主动光源；
一种曲板渐进成形在位调形检测方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将数控三维弯板机10回到检测工位，检测之前，数控三维弯板机应完成了一次对曲板6的弯曲成形，将数控三维弯板机10的下模座8向后移动，回到检测工位；根据检测曲板的大小，检测支架上下移动装置11带动检测支架上下自动移动到最佳的检测工位；将第一主动光投射器19或第二主动光投射器20移动到主动光投射装置3的最左端或最右端；
步骤2，检测初始化，打开第一主动光投射器19和第二主动光投射器20，将主动光投射在曲板6上，连接并打开图像采集设备13，采集图像；
步骤3、开始检测，将主动光投射器119或主动光投射器220移动到主动光投射装置3的另一端，图像采集设备13采集光刀图片，提取曲板6的点云数据；
步骤4、坐标转换，将所提取曲板6的测量点云数据转换到数控三维弯板机10理论点云的坐标系下；
步骤5、点云配准和偏差计算，将同一坐标系下的理论点云和测量点云配准，进行偏差计算，得到整个曲板6曲面的偏差数据和偏差分布图，如果偏差值满足加工要求，则加工下一块板，检测时重复步骤1-步骤6，如果偏差值不满足加工要求，则进行下一步；
步骤6、调形再加工，将检测得到的偏差值作为回弹补偿量加到曲板6理论数据上生成新的调形文件，传输给数控三维弯板机再次加工，检测时重复以上步骤，直到满足精度要求；
其中，步骤1中：
数控三维弯板机10的曲板6弯曲过程是：将数控三维弯板机10调整至曲板6加工工位，以理论曲面为目标调整下模座7，上模座8往下移动施压，对曲板6进行加工成形；
步骤3具体步骤包括：
步骤3.1，第一主动光投射器19和第二主动光投射器20投射主动光至被测曲板6表面形成光刀，主动光投射器19在电机的带动下沿着主动光投射装置3横向运动，实现光刀对待测船板的扫描。扫描过程中，图像采集设备13每隔一段时间采集一组光刀图像，通过千兆网存储于计算机内存中。
步骤3.2，光条预处理。采用阈值分割算法提取光刀条纹，在图像宽度方向找到灰度值最大的坐标点Ymax,以该点为中心，对该点周围的2k+1个采样点加权求取灰度重心值作为该列的中心。公式如下：
其中：参数gi为灰度值，
为光条中心位置，k取5。
步骤3.3，立体校正。利用图像采集设备13的内、外参数以及畸变系统对图像进行立体校正，矫正图像畸变的同时也使得双目系统左右两幅图像校正成共面且行对齐的方向，以便于后续的立体匹配与三维重建。
步骤3.4，立体匹配与三维重构。光刀的立体匹配就是寻找同一激光光刀在不同视角下图像中像素点一一对应的关系。经上述两步骤处理后，左图像中光刀线上任意一点的匹配点即为右图像中同一行的光刀中心点，找到匹配点后，通过视差原理可以快速求出该点的三维坐标。
步骤3.5，将两个双目子系统得到的点云数据转换到同一坐标系下，得到整个曲板三维测量点云数据。
步骤4中：
曲板理论点云数据就是曲板成形最终要达到的数据，是通过数控三维弯板机10理论数据接口得到，理论点云坐标系原点即为数控三维弯板机10下模座7左下角高度为零时的点。由于理论点云与测量点云未处于同一坐标系下，两点云间位姿差异较大，因此需要将理论点云与测量点云坐标系进行统一，求取测量点云坐标系与理论点云坐标系之间的刚体位姿变换关系，将测量点云数据转换到理论点云坐标系下；
步骤5中：
步骤5.1使用迭代最近点ICP算法对理论点云和测量点云进行精配准；
步骤5.2将配准后的理论点云和测量点云分别投影到XOY平面；
步骤5.3在XOY平面上查找距离测量投影点最近的四个理论投影点；
步骤5.4找出上述四个理论投影点所对应的三维理论点，通过双线性插值得到与上述测量点具有相同投影的三维理论点，该点即为测量点在理论点云中的对应点。找到测量点及其对应的理论点后，便可直接通过两点的Z坐标值计算得到两点之间的深度值之差，该值即为测量点云与理论数据的偏差值。
步骤6中：
对于较复杂的曲板，所述数控三维弯板机10一般需经过多次“下模调型-上模施压-成形检测”步骤才能保证板材成形精度。弯板机下模首次调形时仅以理论曲面为目标，后续调形则在理论曲面基础上加入板材回弹量补偿。将每一次的检测结果作为回弹补偿量，生成新的调形文件，传输给所述数控三维弯板机10，以此循环，直到检测的结果满足精度要求。
结合附图2和3所示，一种曲板渐进成形在位调形检测系统，该系统包括检测支架、检测支架上下自动移动装置、图像采集装置、主动光投射装置、电路控制装置、工业计算机；
结合附图2所示，将所述检测系统安装在数控三维弯板机上，所述数控三维弯板机上设置有左行车、右行车、轨道、下模座、上模座，其中所述左行车沿着所述轨道将待加工曲板放置到所述数控三维弯板机的加工区域，所述右行车沿着所述轨道将加工完成的曲板搬离所述数控三维弯板机的加工区域，所述上模座可以前后、上下移动，与所述下模座配合对所述曲板进行弯曲成形，所述检测支架上下自动移动装置可以带动所述检测支架上下自动移动；
结合附图3所示，所述检测支架用于固定图像采集装置、主动光投射装置和电路控制装置；
结合附图4所示，所述图像采集装置都包括图像采集设备、连接侧板、基座、图像采集设备保护罩和图像采集设备外壳，其中：所述侧头外壳用于保护和固定所述图像采集设备，所述图像采集设备保护罩用于保护所述图像采集设备，所述基座和所述连接侧板用于固定图像采集设备外壳，所述图像采集设备用于采集图像，并与所述工业计算机进行数据通讯，完成采集数据的传输任务；
结合附图5所示，所述主动光投射装置包括拖链、第一主动光投射器19、第二主动光投射器20、皮带轮、左右限位和电机，其中：所述拖链安装在所述主动光投射装置的前侧，所述皮带轮安装在所述主动光投射装置的下侧，所述主动光投射器1安装在所述拖链和所述皮带轮上，所述主动光投射器2安装在所述皮带轮上，所述左右限位安装在所述主动投射装置左右两端，所述电机安装在所述主动光投射装置的后侧，连接所述皮带轮；工作时，所述电机转动带动所述皮带轮转动，从而带动所述第一主动光投射器19和所述第二主动光投射器20左右来回的移动，所述第一主动光投射器19和所述第二主动光投射器20投射主动光，当移动到其中任意一个所述限位时，所述电机停止转动；
所述电路控制装置上集成了所述检测支架上下自动移动装置、所述第一主动光投射器19、所述第二主动光投射器20控制电路、所述电机驱动电路，所述左右限位信号接收电路和所述图像采集设备驱动采集传输控制电路，保证所述检测支架上下自动移动装置、所述第一主动光投射器19、所述第二主动光投射器20、所述电机和所述图像采集设备与电路控制装置之间的信息传输；
所述工业计算机将所述图像采集设备采集的图像进行处理，最终获得所述曲板表面的三维点云数据；
所述图像采集装置2共有A、B、C、D四个，在所述检测支架的前端对称安装两个，在所述检测支架的后端对称安装两个，所述图像采集装置A和B组成一个双目测量单元，所述图像采集装置C和D组成一个双目测量单元；
所述每一个双目测量单元基线与相机光轴的夹角为θ；
所述主动光投射装置上的所述第一主动光投射器19和第二主动光投射器20是以线激光等抗干扰光源作为主动光源；
结合附图1所示，一种曲板渐进成形在位调形检测方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将数控三维弯板机回到检测工位；
检测之前，数控三维弯板机应完成了一次对曲板的弯曲成形，将数控三维弯板机的下模座向后移动，回到检测工位；根据检测曲板的大小，检测支架上下移动装置11带动检测支架上下自动移动到最佳的检测工位；将第一主动光投射器19或第二主动光投射器20移动到主动光投射装置3的最左端或最右端；
步骤2，检测初始化；
打开第一主动光投射器19和第二主动光投射器20，将主动光投射在曲板上，连接并打开图像采集设备，采集图像；
步骤3、开始检测；
将第一主动光投射器19或第二主动光投射器20移动到主动光投射装置的另一端，图像采集设备采集光刀图片，提取曲板的点云数据；
步骤4、坐标转换；
将曲板的点云数据转换到数控三维弯板机理论点云的坐标系下；
步骤5、点云配准和偏差计算；
将同一坐标系下的理论点云和测量点云配准，进行偏差计算，得到整个曲板曲面的偏差数据和偏差分布图，如果偏差值满足加工要求，则加工下一块板，检测时重复步骤1-步骤6，如果偏差值不满足加工要求，则进行下一步；
步骤6、调形再加工
将测量得到的偏差值作为回弹补偿量加到曲板理论数据上生成新的调形文件，传输给数控三维弯板机再次加工，检测时重复以上步骤，直到满足精度要求；
进一步地，步骤1中：数控三维弯板机的曲板弯曲过程是：将数控三维弯板机调整至曲板加工工位，以理论曲面为目标调整下模座，上模座往下移动施压，对曲板进行加工成形；
进一步地，步骤3中：
步骤3.1，第一主动光投射器19和第二主动光投射器20投射主动光至被测曲板表面形成光刀，主动光投射器在电机的带动下沿着主动光投射装置横向运动，实现光刀对待测船板的扫描。扫描过程中，图像采集设备每隔一段时间采集一组光刀图像，通过千兆网存储于计算机内存中。
步骤3.2，光条预处理。采用阈值分割算法提取光刀条纹，在图像宽度方向找到灰度值最大的坐标点Ymax,以该点为中心，对该点周围的2k+1个采样点加权求取灰度重心值作为该列的中心。公式如下：
其中：参数gi为灰度值，
为光条中心位置，k取5。
步骤3.3，立体校正。利用图像采集设备的内、外参数以及畸变系统对图像进行立体校正，矫正图像畸变的同时也使得双目系统左右两幅图像校正成共面且行对齐的方向，以便于后续的立体匹配与三维重建。
步骤3.4，立体匹配与三维重构。光刀的立体匹配就是寻找同一激光光刀在不同视角下图像中像素点一一对应的关系。经上述两步骤处理后，左图像中光刀线上任意一点的匹配点即为右图像中同一行的光刀中心点，找到匹配点后，通过视差原理可以快速求出该点的三维坐标。
步骤3.5，将两个双目子系统得到的点云数据转换到同一坐标系下，得到整个曲板三维测量点云数据。
进一步地，步骤4中：
曲板理论点云数据就是曲板成形最终要达到的数据，是通过数控三维弯板机理论数据接口得到，理论点云坐标系原点即为数控三维弯板机下模座左下角高度为零时的点。由于理论点云与测量点云未处于同一坐标系下，两点云间位姿差异较大，因此需要将理论点云与测量点云坐标系进行统一，求取测量点云坐标系与理论点云坐标系之间的刚体位姿变换关系，将测量点云数据转换到理论点云坐标系下；
进一步地，步骤5中：
步骤5.1使用迭代最近点ICP算法对理论点云和测量点云进行精配准；
步骤5.2将配准后的理论点云和测量点云分别投影到XOY平面；
步骤5.3在XOY平面上查找距离测量投影点最近的四个理论投影点；
步骤5.4找出上述四个理论投影点所对应的三维理论点，通过双线性插值得到与上述测量点具有相同投影的三维理论点，该点即为测量点在理论点云中的对应点。找到测量点及其对应的理论点后，便可直接通过两点的Z坐标值计算得到两点之间的深度值之差，该值即为测量点云与理论数据的偏差值。
进一步地，步骤6中：
对于较复杂的曲板，所述数控三维弯板机一般需经过多次“下模调型-上模施压-成形检测”步骤才能保证板材成形精度。弯板机下模首次调形时仅以理论曲面为目标，后续调形则在理论曲面基础上加入板材回弹量补偿。将每一次的检测结果作为回弹补偿量，生成新的调形文件，传输给所述数控三维弯板机，以此循环，直到检测的结果满足精度要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种曲板渐进成形在位调形检测方法，其特征在于，该方法包括曲板渐进成形在位调形检测系统，具体包括检测支架(1)、上模座(8)和下模座(7)；所述上模座(8)与下模座(7)上下相对设置；所述检测支架(1)设置在上模座(8)上，且可沿上模座(8)水平滑动；所述检测支架(1)上设置有图像采集装置(2)和主动光投射装置(3)；所述图像采集装置(2)用来采集下模座(7)上曲板(6)表面的三维点云数据；所述主动光投射装置(3)用来为图像采集装置(2)提供光源；所述主动光投射装置(3)可沿检测支架(1)上的滑轨滑动；所述下模座(7)可沿轨道(5)水平滑动；曲板(6)弯曲过程为将数控三维弯板机(10)调整至曲板(6)加工工位，以理论曲面为目标调整下模座(7)内设置的下冲头，上模座(8)内设的上冲头往下移动施压，对曲板(6)进行加工成形；所述图像采集装置(2)有四个且均匀分布组成矩形结构，图像采集装置(2)主轴线斜向下且与水平面成夹角θ；所述检测支架(1)竖直侧设置在三维弯板机(10)的竖直板上，通过动力的驱动，检测支架(1)可沿竖直板上下滑动，从而调整图像采集装置(2)和主动光投射装置(3)与曲板(6)的距离；
该方法还包括如下步骤：
步骤一：数控三维弯板机(10)完成一次对曲板(6)的弯曲成形，将下模座(7 )向后移动，回到检测工位；根据检测曲板的大小，检测支架上下移动装置(11)带动检测支架上下自动移动到最佳的检测工位，将第一主动光投射器(19)或第二主动光投射器(20)移动到主动光投射装置(3)的最左端或者最右端，其中，主动光投射装置(3)包括第一主动光投射器(19)和第二主动光投射器(20)；
步骤二：检测初始化，打开第一主动光投射器(19)和第二主动光投射器(20)，将主动光投射在曲板(6)上，连接并打开图像采集设备(13)，采集图像；其中，所述图像采集装置(2)包括图像采集设备(13)；步骤三：开始检测，将第一主动光投射器(19)或第二主动光投射器(20)移动到主动光投射装置(3)的另一端，图像采集设备(13)采集光刀图片，提取曲板(6)的点云数据；
步骤四：坐标转换，将所提取曲板(6)的测量点云数据转换到数控三维弯板机(10)理论点云的坐标系下；
步骤五：点云配准和偏差计算，将同一坐标系下的理论点云和测量点云配准，进行偏差计算，得到整个曲板(6)曲面的偏差数据和偏差分布图，如果偏差值满足加工要求，则加工下一块板，检测时重复步骤一-步骤五，如果偏差值不满足加工要求，则进行下一步；
步骤六：调形再加工，将检测得到的偏差值作为回弹补偿量加到曲板(6)理论数据上生成新的调形文件，传输给数控三维弯板机(10)再次加工，检测时重复以上步骤，直到满足精度要求。
2.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测方法，其特征在于，步骤三)具体步骤包括：
步骤3.1，第一主动光投射器(19)和第二主动光投射器(20)投射主动光至被测曲板(6)表面形成光刀，第一主动光投射器(19)在电机的带动下沿着主动光投射装置(3)横向运动，实现光刀对待测曲板的扫描，扫描过程中，图像采集设备(13)每隔一段时间采集一组光刀图像，通过千兆网存储于计算机内存中；
步骤3.2，光条预处理：采用阈值分割算法提取光刀条纹，在图像宽度方向找到灰度值最大的坐标点Ymax,以该点为中心，对该点周围的2k+1个采样点加权求取灰度重心值作为本列的中心，公式如下：
其中：参数gi为灰度值，
为光条中心位置，k取5，j＝k＝5；
步骤3.3，立体校正：利用图像采集设备(13)的内、外参数以及畸变系统对图像进行立体校正，矫正图像畸变的同时也使得双目系统左右两幅图像校正成共面且行对齐的方向，以便于后续的立体匹配与三维重建；
步骤3.4，立体匹配与三维重构：光刀的立体匹配就是寻找同一激光光刀在不同视角下图像中像素点一一对应的关系；经上述两步骤处理后，左图像中光刀线上任意一点的匹配点即为右图像中同一行的光刀中心点，找到匹配点后，通过视差原理可以快速求出该点的三维坐标；
步骤3.5，将两个双目系统得到的点云数据转换到同一坐标系下，得到整个曲板三维测量点云数据。
3.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测方法，其特征在于，步骤四)中：曲板理论点云数据就是曲板成形最终要达到的数据，是通过数控三维弯板机(10)理论数据接口得到，理论点云坐标系原点即为下模座(7)左下角高度为零时的点；由于理论点云与测量点云未处于同一坐标系下，两点云间位姿差异较大，因此需要将理论点云与测量点云坐标系进行统一，求取测量点云坐标系与理论点云坐标系之间的刚体位姿变换关系，将测量点云数据转换到理论点云坐标系下。
4.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测方法，其特征在于，步骤五)中：
步骤5.1使用迭代最近点(ICP)算法对理论点云和测量点云进行精配准；
步骤5.2将精配准后的理论点云和测量点云分别投影到XOY平面；
步骤5.3在XOY平面上查找距离测量投影点最近的四个理论投影点；
步骤5.4找出上述四个理论投影点所对应的三维理论点，通过双线性插值得到与上述测量点具有相同投影的三维理论点，该点即为测量点在理论点云中的对应点；找到测量点及其对应的理论点后，便可直接通过两点的Z坐标值计算得到两点之间的深度值之差，该值即为测量点云与理论数据的偏差值。
5.根据权利要求1所述的曲板渐进成形在位调形检测方法，其特征在于，步骤六)中：对于复杂的曲板，所述数控三维弯板机(10)一般需经过多次“下模调型-上模施压-成形检测”步骤才能保证板材成形精度；下模座 (7)内的下冲头首次调形时仅以理论曲面为目标，后续调形则在理论曲面基础上加入板材回弹量补偿；将每一次的检测结果作为回弹补偿量，生成新的调形文件，传输给所述数控三维弯板机(10)，以此循环，直到检测的结果满足精度要求。
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