船舶总段合拢面三维点云中对接特征的辨识方法研究

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在船舶建造领域中,伴随着总段巨型化的趋势,测量技术、精度控制作为其中的核心环节显得愈发重要。在将不同船舶总段进行合拢对接过程中,合拢面上对接特征的位置测量尤为关键,对接特征的精确测量是对船段进行精度评估、修形切割和模拟搭载的前提条件。全站仪作为一种重要的测量设备在此过程中得到了广泛的应用,但与此同时,其人工逐点测量的方式也有着许多局限性,如数据不完备、安全性低、人为因素多等。近年来,随着三维激光点云扫描技术的快速进步,大范围高精度三维扫描仪在船舶及其他制造领域得到了越来越多的关注与应用。三维扫描仪作为一种非接触式测量方式,具有很高的数据采样率以及较快的测量速度,能够数字化地采集船段合拢面更为完备的信息。为了更加自动化、智能化地处理采集到的三维点云,辅助船舶总段的合拢对接,本文针对合拢面上关键对接特征的辨识方法展开研究。本文的主要研究工作及成果包括以下三点:(1)针对船段典型对接特征,提出了对其扫描点云进行逆向建模计算关键点、线、面信息的有效方法。逆向建模获取面结构信息的方法主要采用RANSAC算法,对于关键线段及交点的提取本文根据最优化原理新设计了一种高精度、高效率的计算方法;(2)针对船段点云中对接特征的识别提取问题,本文设计了一种层次化逐步配准理论模型与扫描点云的方法,由粗配准提取合拢面点云、对接特征整体全局配准、局部配准与对齐这主要的三个步骤逐步对点云中的对接特征部分进行有效提取;(3)针对未持有船段CAD模型时的情况,本文设计了一种对平面检测后分类聚集的算法,计算得到构成对接特征平面组合,进而实现对点云中对接特征的识别提取。综上,通过开展对合拢面点云中对接特征辨识方法的研究,本文建立了在大规模船段扫描点云中有效识别提取对接特征并对其进行逆向建模得到关键点信息的方法,为三维点云测量技术在船舶总段合拢对接的应用打下了关键的基础,为下一代造船精度测量、智能修形规划和模拟搭载系统提供了参考。
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