【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶分段建造，尤其涉及基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法。
技术介绍
1、无余量建造是一种先进的船舶建造工艺方法，其核心思想是在船舶建造过程中，通过高精度的加工、装配和测量技术，为了补偿加工、装配误差而预留的额外材料，将各部件或分段之间的余量降到最低或完全消除。这种工艺方法能够显著提高船舶分段的建造精度和效率，降低建造成本，是现代造船工业的重要发展方向。
2、在传统的分段建造中，由于受到加工余量、材料性能、设备误差等因素的影响，船体外板的实际尺寸往往大于理想的设计尺寸，在划线、测量、切割、装配、吊装等过程中都存在误差，这些加工步骤耦合、传递以及叠加引起的误差累积导致分段精度出现偏差，这些误差将很大程度上影响分段外板成形的精度控制。而船体分段外板通常具有规模大、曲率多变等特点，其加工成形质量是船舶建造的重要环节，与船舶各项性能指标息息相关，分段外板精度的误差能否有效地减小和控制将直接影响分段建造的精度，是保证分段无余量建造的关键。
3、随着数字化制造的推进，在对已加工完成的分段进行精度检测时，测量系统的数据不完备与非结构化使得装配精度无法保证、效率低下，船舶分段的重构方法仍有提升的空间。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中测量系统的数据不完备与非结构化使得装配精度无法保证、效率低下，导致无余量建造的稳定性不足的问题。本专利技术提出了一种基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，从而实现对曲板进行预先修改，保证分段外板精度，提升无余量建造的
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：包括以下步骤：
3、s1、逐一扫描出船舶分段外板的以原始坐标系为基准的原始三维点云数据，以目标曲面的中点作为坐标原点，目标曲面的中点的法向量作为z′轴方向，曲面较短的中心曲线其一阶拟合直线所在方向作为x′轴方向,同时垂直于x′轴和z′轴的方向作为y′轴方向，建立目标坐标系，得到目标三维点云数据，根据原始三维点云数据和目标三维点云数据中若干重合点数据，得到转换参数、验证转换精度并实施坐标转换，得到转换后的船舶分段外板三维点云数据；
4、s2、对步骤1中转换后的船舶分段外板三维点云数据进行曲面分解和特征值计算并拆分，得到若干拆分后的曲面；
5、s3、根据曲面的表达式以及步骤2得到的若干拆分后的曲面，将船体分段外板分类；
6、s4、提取经步骤3分类后的船体分段外板的局部特性几何参数，所述局部特性几何参数包括曲板曲面的法矢、高斯曲率和平均曲率；
7、s5、根据步骤4提取的局部特性几何参数，对曲板进行曲面特征识别，确定目标三维点云数据中点的类型和局部曲面形状；
8、s6、选取船体分段外板的特征点，根据曲面上各点的曲率大小提取特征点，进而表征船体分段外板的局部与整体曲面信息；
9、s7、根据节点插值算法，进行外板曲面间的g1连续拼接，构成外板分段曲面。
10、进一步的，所述步骤s1中实施坐标转换的具体步骤包括：
11、s11、根据原始坐标系和目标坐标系的相对位置、方向以及椭球参数，确定转换类型；
12、s12、收集原始坐标系和目标坐标系的重合点数据；
13、s13、根据步骤s12收集的重合点数据，按照步骤s11确定的转换类型，得到转换参数；
14、s14、随机选取若干重合点数据对转换参数进行验证，得到验证后的转换参数；
15、s15、根据验证后的转换参数对原始坐标系中的点进行坐标转换，得到目标坐标系中的对应点；
16、s16、检查转换结果，若存在误差则重复步骤s11至s15。
17、进一步的，所述步骤s6中特征点的提取方法的具体步骤如下：
18、s61、建立一个以点pi为中心点的局部坐标系(u,v,w)，其中w轴与点pi的法线向量hi相重合，而u轴和v轴则位于一个经过点pi且垂直于法线向量hi的平面上；
19、s62、将点pi周围的所有相邻点qi转换到这个局部坐标系中，然后运用最小二乘法对转换后的数据点(ui,vi,wi)进行精确拟合，以构造出一个抛物面c；
20、s63、比较抛物面c在点pi处的平均曲率与预设的阈值，筛选出边界点候选集合；
21、s64、若点pi处的抛物面c的最小曲率m和最大曲率n是其各自的主方向上的极值，则确定为边界点；
22、s65、通过寻找法矢变化大的点来确定特征点，计算pi邻域的k个不同点集{p1,p2,...,pk}的平均值，作为该区域的重心w；
23、s66、利用矩阵的特征向量，得到局部曲面的法矢；
24、s67、计算得到pi点及其周围数据点pi+1各自的法向量与两个法向量之间的夹角，根据夹角阈值衡量方向差异。
25、进一步的，所述步骤s7中g1连续拼接的具体步骤如下：
26、s71、构建两曲面的数学空间方程和其中，u,v为坐标参数，p为b样条阶数，pi,j,qi,j是b样条曲面的特征网格，是b样条基函数，相应的节点向量设为u＝v＝{t0,t1,...,tp,...,tp+n+1}，重复度为p+1，确定两个曲面的公共边界β(v)＝c(0,v)＝s(0,v)；
27、s72、分析两个曲面的公共边界，包括其形状、位置以及几何约束，要满足如下条件；
28、
29、
30、s73、对两个待拟合曲面的控制顶点进行调整；
31、s74、根据曲面的类型和边界连续性拼接条件进行节点插值，得到公式如下：
32、
33、进一步的，所述步骤s2中若干拆分后的曲面包括横向弯曲面、纵向弯曲面和扭曲面。
34、进一步的，所述步骤s2中特征值包括横向弯曲高度hx、纵向弯曲高度hy、扭曲高度ht。
35、进一步的，所述横向弯曲高度hx、纵向弯曲高度hy、扭曲高度ht的计算公式如下：
36、
37、其中，z′xmax,z′xmin分别表示横向分解曲面在z′轴方向上的最大值和最小值，z′xmid表示横向分解曲面中心点处的z′值大小；
38、
39、其中，z′ymax,z′ymin分别表示横向分解曲面在z′轴方向上的最大值和最小值，z′ymid表示横向分解曲面中心点处的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个顶角的z′值减去曲面中点z′值后得到的高度差,扭曲高度为4个高度差中取绝对值后的最大值。
42、进一步的，所述步骤s3将船体分段外板按照如下方法分类：
43、不存在扭曲高度、横向弯曲高度与纵向弯曲高度的为平板；
44、扭曲高度大于横向弯曲高度或纵向弯曲高度，同时存在同向的扭曲现象的为单曲率板；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤S1中实施坐标转换的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤S6中特征点的提取方法的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤S7中G1连续拼接的具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤S2中若干拆分后的曲面包括横向弯曲面、纵向弯曲面和扭曲面。
6.根据权利要求4所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤S2中特征值包括横向弯曲高度Hx、纵向弯曲高度Hy、扭曲高度Ht。
7.根据权利要求6所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述横向弯曲高度Hx、纵向弯曲高度Hy、扭曲高度Ht的计算公式如下：
8.根据权利要求4所述的基于特征
9.根据权利要求4所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤S1中三维点云数据的采集采用三维点云扫描仪测量，三维激光扫描仪向被测对象发射出大量激光束并接收反射信号，计算被测对象表面点的三维坐标，并记录反射率及纹理等信息，得到船舶分段外板三维点云数据。
10.根据权利要求4所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤S7中G1连续拼接采用的是B样条曲线。
...【技术特征摘要】
1.基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤s1中实施坐标转换的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤s6中特征点的提取方法的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤s7中g1连续拼接的具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤s2中若干拆分后的曲面包括横向弯曲面、纵向弯曲面和扭曲面。
6.根据权利要求4所述的基于特征拼接的船体分段外板快速重构方法，其特征在于：所述步骤s2中特征值包括横向弯曲高度h...
【专利技术属性】
技术研发人员：周宏根，张小虎，刘金锋，韩子延，李苏，陈宇，胡明伟，谢阳，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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