[发明专利]基于三维激光扫描仪的大型工艺管线对接平直度测量方法

摘要

本发明公开了基于三维激光扫描仪的大型工艺管线对接平直度测量方法，步骤：(1)根据实际工况构建理想模型轮廓；(2)使用三维激光扫描系统对对接过程中的大型工艺管线进行扫描，得到实际大型工艺管线对接的点云数据,然后将扫描模型转化为文本数据，将扫描模型的文本数据与理想特征模型轮廓值比较，将位于理想特征模型轮廓值以外的点云数据全部删除，只保留位于理想特征模型轮廓值以内的点云数据，得到管线的提取模型；(3)对管线的提取模型进一步处理；(4)得到待对接管线的中心线，通过基准轴线与中心线之间的差值得到待对接管线平直度误差的大小及偏差过大位置。采用本发明方法数据采集速度快，精度高。

主权项

1.基于三维激光扫描仪的大型工艺管线对接平直度测量方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据实际工况构建理想特征模型轮廓，具体步骤为：(a)建立两个待对接的大型管线及支撑大型管线用的支撑装置构成的对接系统的三维模型，建模时将管线的尺寸增大1.1‑1.2倍作为适应实际生产变形的余量；(b)将所述的对接系统的三维模型转化为点云数据；(c)对点云数据进行处理使得只保留无任何噪声点的管线自身数据，得到管线理想特征模型，同时得到理想特征模型的坐标数据，形成理想特征模型轮廓值；(2)使用三维激光扫描系统对对接过程中的大型工艺管线进行扫描，得到实际大型工艺管线对接的点云数据，然后将扫描得到的点云数据转化为文本数据，将得到的文本数据与理想特征模型轮廓值比较，将位于理想特征模型轮廓值以外的点云数据全部删除，只保留位于理想特征模型轮廓值以内的点云数据，得到管线的提取模型；(3)对管线的提取模型进一步处理，具体过程为：以管线的圆半径作为约束参与拟合,根据拉格朗日乘数法,采用基于半径的最小二乘圆柱拟合法得到管线的目标函数，然后利用高斯‑牛顿或者Levenberg‑Marquardt法求解参数，管线的目标函数为：式中：N为采样点个数；(Xi,Yi,Zi)为采样点三维坐标；(X0,Y0,Z0)为步骤(2)中管线提取模型的一端面圆心，且满足f1(X0，Y0，Z0)＝0，其中(m,n,p)为最小二乘圆柱基准轴线单位方向向量，且满足f₁(X₀，Y₀，Z₀)＝0时，f₂(m,n,p)＝0；其中：其中λ为拉格朗日常数；R为待拟合的最小二乘圆柱半径；Rk为步骤(2)中管线提取模型的已知半径；最后利用基于半径的最小二乘圆柱拟合法得到提取模型的基准轴线；(4)将步骤(3)中拟合得到的基准轴线旋转到与三维激光扫描系统的坐标系中的y轴方向一致，对步骤(2)中得到的管线提取模型进行垂直于y轴的等距切片处理，进行离散取样，将得到的各切片中心通过最小二乘法拟合为一空间曲线，所述的空间曲线为待对接管线的中心线，通过基准轴线与空间曲线之间的差值得到待对接管线平直度误差的大小及偏差过大位置。