[发明专利]两圆柱杆件相交的节点坐标的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋钢结构节点坐标的检测方法，尤其涉及一种用于海洋钢结构两圆柱杆件相交的节点坐标的检测方法。属于海洋工程建造领域。

背景技术

海洋钢结构的节点坐标对于结构的尺寸，受力分析等非常重要。如何准确计算出两圆柱杆件相交的节点的坐标很有必要。

目前，对于两圆柱杆件相交的节点的坐标计算，是通过测量圆柱表面成千上万的点云后，再来计算圆柱轴心线；由于此种方法，需要采用全站仪测量太多的点，不仅测量效率非常低，而且，对于钢结构的轴心计算效率也非常低。因此，寻找一种通过测量几个或者十几个点，就可以进行圆柱轴心线的计算方法是非常必要的。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种两圆柱杆件相交的节点坐标的检测方法，其只需在圆柱表面随机采集若干点，便能够精准地拟合出两根最佳轴心线，并准确地计算出两根圆柱相交节点的三维坐标，从而，能够准确地分析出钢结构的制造误差；不仅提高了工作效率，而且，对圆柱型钢结构的尺寸精度测量具有重要意义。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种两圆柱杆件相交的节点坐标的检测方法，其特征在于：采用以下步骤：

第一步：测量并采集两个圆柱杆件表面数个点的三维坐标；

第二步：在坐标原点处形成密度均匀的单位向量集；

第三步：将采集的测量点分别投影到，以各个单位向量为法向量的平面上，利用最小二乘法判断投影后点集的接近圆型的程度；并找到对应圆度最好的一组单位向量作为拟合圆柱的初始向量，同时，把该投影圆的圆心坐标作为轴心线经过点的初始值；

第四步：在得到初始值的基础上，运用带约束条件的间接平差方法，拟合两个圆柱的轴心线；

第五步：计算两根最佳轴心线的公垂线段，并找到公垂线段的中点作为两圆柱体相交的节点。

所述第一步中，三维坐标所形成的测量点集为：(x_k，y_k，z_k，(k＝1，2，......n))，具体测量方式为：利用全站仪分别测量两个圆柱杆件表面数个点的坐标，并设置用以区分不同杆件的坐标点编号。

所述第二步中，单位向量集形成密度适中的异半球形形状；其具体采用以下数学运算方法：

设单位向量集为：(s_xj，S_yj，S_zi)，m1＝90，m2＝360

其中，S_zi＝sin(π/2/m1×i)，i＝0，1，2，...m1

num＝cos(π/2/m1×i)×m2，i＝0，1，2，...m1

S_xj＝cos(π/2/m1×i)×cos(j/num×2π)，j＝0，1，2......num

S_yj＝cos(π/2/m1×i)×sin(j/num×2π)，j＝0，1，2......num。

其中，S_xj，S_yj，S_xi是单位向量的分向量；m1和m2代表半球向量集的纬度和经度方向的密度，其数值越大，则密度越大；num是中间参数，能够使向量密度在各个方向都均匀。.

所述第三步中，最小二乘法的具体数学计算过程如下：

(1)将各个测量点(x_k，y_k，z_k)投影到法向量为：S_xj，S_yj，S_zi，且过坐标原点的平面上，投影点坐标为：x′_k，y′_k，z′_k

过测量点x_k，y_k，z_k且垂直于平面的直线方程为

其中，x＝S_xj×t+x_k，y＝S_yj×t+y_k，z＝S_zi×t+z_k     (1)

过原点且法向量为：S_xj，S_yj，S_zi的平面方程为：S_xjx+S_yjy+S_ziz＝0