一種帆形外板的模型匹配方法及系統與流程
2023-08-08 19:49:01 1
本發明涉及船體外板自動化成型技術領域，特別涉及一種帆形外板的模型匹配方法。此外，本發明還涉及一種應用上述方法的帆形外板的模型匹配系統。
背景技術：
在船體外板自動加工成型中，由於各個板型類型之間結構差異比較大，規則不統一，有鞍型板，扭曲板，錐形板，帆形外板等。對於成型曲面的自動檢測與判別是船體外板水火加工成型的關鍵技術。
目前，在船廠的實際生產中，檢測與判別主要是依賴於工人的經驗採用樣板或樣箱完成，檢測難度較大，特別是對於帆形外板，其與扭曲板的幾何模型較為相似，極易造成帆形外板的誤判，加大了帆形外板的自動成型加工控制的複雜程度，加工時間被大幅度了拉長，加工效率較低。
因此，如何提高帆形外板的加工效率，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的是提供一種帆形外板的模型匹配方法，提高了帆形外板的加工效率。本發明的另一目的是提供一種應用上述方法的帆形外板的模型匹配系統，提高了帆形外板的加工效率。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種帆形外板的模型匹配方法，包括以下步驟：
獲取待檢測板的點雲數據；
在所述點雲數據中提取所述待檢測板的預設特徵值，並建立所述待檢測板的幾何模型；
將所述幾何模型結合k近鄰算法以及歷史數據，匹配所述待檢測板的板型。
優選地，所述預設特徵值包括：
第一端面的曲率η1；
第二端面的曲率η2；
扭曲度δ；
中軸線的長l；
所述第一端面的寬w1；
所述第二端面的寬w2；
高h。
優選地，所述將所述幾何模型結合k近鄰算法以及歷史數據，匹配所述待檢測板的板型具體包括：
根據提取的所述預設特徵值構建特徵向量，計算該待檢測板與歷史板型數據之間的歐氏距離；
選取與該待檢測板距離最近的前k個值，並匹配所述待檢測板的類型。
一種帆形外板的模型匹配系統，包括：
獲取裝置，用於獲取待檢測板的點雲數據；
建模裝置，在所述點雲數據中提取所述待檢測板的預設特徵值，並建立所述待檢測板的幾何模型；
匹配裝置，將所述幾何模型結合k近鄰算法以及歷史數據，匹配所述待檢測板的板型。
優選地，所述獲取裝置為3d雷射掃描器。
優選地，所述匹配裝置包括：
計算模塊，用於根據提取的所述預設特徵值構建特徵向量，計算該待檢測板與歷史板型數據之間的歐氏距離；
判斷模塊，用於選取與該待檢測板距離最近的前k個值，並匹配所述待檢測板的類型。
本發明提供的帆形外板的模型匹配方法中，在加工之前，先獲取外板的點雲數據，並提取預設特徵值。對於帆形外板來說，每個帆形外板之間的幾何模型是具有一定的相似度，並且加工焰道可基本上在帆型外板中重合。利用帆形外板的這一特性，根據提取的預設特徵值、k近鄰算法以及歷史數據，進行數據的分類計算、擬合，得出待檢測的外板的類型，以準確判斷該外板是否為帆形外板。
若確定為帆形外板，在加工時可直接利用已有帆形外板的加工數據對該外板進行加工，由於每種規格的帆形外板燒制的火焰強度、加工速度，加工焰道的變化對於每一個外板而言都是相似的，每一次加工之後的外板型變量都可認為相差不大，只需進行微調即可。
此種方法通過在加工前準確確定外板的類型，在加工過程中無需重新規劃焰道，能夠提高帆形外板的加工效率，縮短加工所需的時長，從而提高了外板自動加工成型系統的工作效率，降低整個控制系統的複雜性。
本發明提供的應用該帆形外板的模型匹配方法的帆形外板的模型匹配系統，通過在加工前準確確定外板的類型，在加工過程中無需重新規劃焰道，能夠提高帆形外板的加工效率，縮短加工所需的時長，從而提高了外板自動加工成型系統的工作效率，降低整個控制系統的複雜性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為發明所提供帆形外板的模型匹配方法的體實施例一的流程圖；
圖2為本發明所提供方法所建立的帆型外板幾何模型圖；
圖3為本發明所提供方法所建立帆型外板幾何模型的第一端面視圖；
圖4為本發明所提供方法所建立帆型外板幾何模型的第二端面視圖；
圖5為本發明所提供帆形外板的模型匹配方法的體實施例二的流程圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的核心是提供一種帆形外板的模型匹配方法，提高了帆形外板的加工效率。本發明的另一核心是提供一種應用上述方法的帆形外板的模型匹配系統，提高了帆形外板的加工效率。
請參考圖1，圖1為發明所提供帆形外板的模型匹配方法的體實施例一的流程圖。
步驟s1：獲取待檢測板的點雲數據；
步驟s2：在點雲數據中提取待檢測板的預設特徵值，並建立待檢測板的幾何模型；
步驟s3：將幾何模型結合k近鄰(k-nearestneighbour，knn)算法以及歷史數據，匹配待檢測板的板型。
本實施例提供了一種帆形外板的模型匹配方法，在加工之前，先獲取外板的點雲數據，並提取預設特徵值。對於帆形外板來說，每個帆形外板之間的幾何模型是具有一定的相似度，並且加工焰道可基本上在帆型外板中重合。利用帆形外板的這一特性，根據提取的預設特徵值、k近鄰算法以及歷史數據，進行數據的分類計算、擬合，得出待檢測的外板的類型，以準確判斷該外板是否為帆形外板。
若在加工前能夠確定為帆形外板，則在加工時可直接利用已有帆形外板的加工數據對該外板進行加工，由於每種規格的帆形外板燒制的火焰強度、加工速度，加工焰道的變化對於每一個外板而言都是相似的，每一次加工之後的外板型變量都可認為相差不大，只需進行微調即可。
可見，此種方法可以在加工前準確確定外板的類型是否為帆形外板，具體可以達到97％以上的匹配率，在加工過程中無需重新規劃焰道，能夠提高帆形外板的加工效率，縮短加工所需的時長，從而提高了外板自動加工成型系統的工作效率，降低整個控制系統的複雜性，具有一定的實際生產意義。
一種具體的實施例中，步驟s2中的預設特徵值具體可以包括第一端面的曲率η1；第二端面的曲率η2；扭曲度δ；中軸線的長l；第一端面的寬w1；第二端面的寬w2；高h。
其中，上述預設特徵值從待檢測板點雲數據中提取。待檢測板的第一端面與第二端面均為扇形面，位於中軸線的兩端，第一端面的寬w1為第一端面的兩個頂點之間的距離，第二端面的寬w2為第二端面的兩個頂點之間的距離。高為第一端面的扇形的圓心與中軸線的連線中，位於兩個頂點的連線與中軸線之間的部分的長度值，待檢測板上各處的高大體一致。
請參考圖2至圖4，第一端面與第二端面的曲率具體可以通過如下公式計算獲得：
扭曲度δ的計算方法具體可以為：以待檢測板的第一端面的頂點v1為始點，做一條平行於底端中軸線、交第二端面的過頂點v2的一條延長線於v3，連接外板曲面同一側的兩個頂點v1、v2，計算扭曲度δ：
本實施例中，通過對上述預設特徵值的提取，可以較準確地獲取相應的特徵向量，提高對待檢測板類型判斷的準確性。
一種具體的實施例中，請參考圖5，步驟s3可以包括以下步驟：
步驟s31：根據提取的預設特徵值構建特徵向量，計算該待檢測板與歷史板型數據之間的歐氏距離；
步驟s32：選取與該待檢測板距離最近的前k個值，並匹配待檢測板的類型。其中，k為正整數。
具體地，以k取7為例，具體步驟如下：
a)構建特徵向量，使用待檢測板的幾何數據作為特徵向量xi＝，xi＝{ar(xi)}，r∈1,2,...,7,其中ar(xi)表示實例xi的第r個屬性值，xj＝{ar(xj)}為歷史板型數據的特徵向量值，計算xi，xj歐氏距離：
b)選取與xi距離最近的前k個值，判斷這些xj值屬於哪一個分類，從而可對待檢測板進行分類。
上式表示取與xi距離最近的k個值的集合；
xj→d(xi,xj)→n→ψ
上式表示各個值之間的映射關係，具體表示為距離待檢測板xi最近的外板類型是帆形外板，ψ表示外板類型為帆形外板。
當然，k的取值不限於7，也可以為5、8或者其他數值。
本實施例中，利用歷史數據中各種板型幾何數據，結合k近鄰算法對待檢測板的數據計算歐氏距離，選擇與待檢測板數據距離最近的前k個數值，計算同一類型的數量，取具有最多數量的類型作為待檢測板所屬的類型，從而準確獲知該外板是否為帆形外板。
除了上述帆形外板的模型匹配方法，本發明還提供了一種應用上述模型匹配方法的帆形外板的模型匹配系統，具體包括：
獲取裝置，用於獲取待檢測板的點雲數據；
建模裝置，在點雲數據中提取待檢測板的預設特徵值，並建立待檢測板的幾何模型；
匹配裝置，將幾何模型結合k近鄰算法以及歷史數據，匹配待檢測板的板型。
此系統由於應用了上述方法，能夠在加工前準確確定外板的類型，具體可以達到97％以上的匹配率，在加工過程中無需重新規劃焰道，能夠提高帆形外板的加工效率，縮短加工所需的時長，從而提高了外板自動加工成型系統的工作效率，降低整個控制系統的複雜性，具有一定的實際生產意義。
一種具體的實施例中，獲取裝置具體可以為3d雷射掃描器，使用3d雷射掃描器掃描待檢測板，獲取待匹配板的三維坐標信息，測量較為準確，得到的點雲數據較全面。
一種具體的實施例中，匹配裝置具體可以包括：
計算模塊，用於根據提取的預設特徵值構建特徵向量，計算該待檢測板與歷史板型數據之間的歐氏距離；
判斷模塊，用於選取與該待檢測板距離最近的前k個值，並匹配待檢測板的類型。其中，k為正整數。
本實施例中通過計算模塊和計算模塊的設置，可以利用歷史數據中各種板型幾何數據，並結合k近鄰算法對待檢測板的數據計算歐氏距離，選擇與待檢測板數據距離最近的前k個數值，計算同一類型的數量，取具有最多數量的類型作為待檢測板所屬的類型，從而準確獲知該外板是否為帆形外板。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
以上對本發明所提供的帆形外板的模型匹配方法及系統進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。