一种船舶双向曲率板冷热一体成型的滚压成形方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶双向曲率板冷热一体成型的滚压成形方法，包括以下步骤：1)在组成目标曲面的数据点中选取若干个离散的特征点；2)确定待加工平板的初次滚压路径：3)初次滚压：驱使所述冷热一体成型体系对待成型板材执行力/位移加载，通过冷加载凸、凹轮和热加载元件在板材板面上沿步骤2)得出的滚压路径自动滚压，形成板材的整体双向曲率塑性变形；4)修正滚压；5)重复执行步骤4)，直至形成符合加工目标的双向曲率板。本方法能够获取采用滚压方法成型双向曲率板的最优滚压路径，大幅度提高加工成型效率，减少成型所需工序，降低工作人员操作的技术难度。

【技术实现步骤摘要】
船舶双向曲率板自动成型加工路径确定及成型效果检测方法
本专利技术属于船舶建造
，更具体地，涉及船舶双向曲率板自动成型加工路径确定及成型效果检测方法。
技术介绍
船舶双向曲率板的成型加工，有多种方法，滚压成型是其中的一种，该方法主要原理是通过上下凹凸轮对平板进行滚压，使板材产生塑性变形来达到成型目的。该方法的优点在于可以使用一套结合了热加载元件的滚轮成型装置成型复杂的双向曲率的船舶板材，并且在完成自动确定滚压路径和加载参数之后，可以实现板材的自动加载，大幅度提升船板板材的成型效率，优化人员的工作环境，减少工作人员工作量。其难点在于难以确定最优的滚压路径，而不当的路径选择将加大后续误差修正的工作量并且难以保证最终的成型质量。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术要解决的是如何确定最优的滚压路径的问题，针对这一问题，本专利技术提供一种冷热一体成型滚压路径的确定方法，可提高加工的效率，减少滚压次数，减小人员工作量，能提高加工精度。同时提出一种变形偏差检测方法，能够直观的反映成型板材与目标板材存在的偏差，为偏差修正阶段滚压路径的确定提供技术支持。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种船舶双向曲率板冷热一体成型的滚压成形方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在组成目标曲面的数据点中选取若干个离散的特征点，再确定目标双向曲率板的包括材质、板厚和形状参数在内的基本信息，所述形状参数通过双向曲率板曲面上各特征点处的曲率来表示，然后分别利用各特征点和其周围的数据点拟合出对应的曲面方程，则得到各特征点处的曲率；2)确定待加工平板的初次滚压路径：先将目标曲面划分为由四边形网格组成的网格曲面，然后将网格曲面展开为平面，并得到各特征点展开后的各对应点和展开平面的应变分布情况，然后将目标曲面上的各特征点处的曲率信息分别表示在展开平面的对应点处，在得到展开平面上各对应点的曲率信息分布后，将展开平面上曲率信息的分布情况或应变信息分布情况和目标双向曲率板的基本信息输入冷热一体成型专家数据库系统；设定曲率偏差μ1，将展开曲面上曲率在kj±μ1的特征点设定相同的滚压参数，从而规划出初次滚压路径，其中kj为根据特征点的曲率信息分布区域而设定的特征曲率，j＝1,2...；或者，设定应变偏差μ2，将展开曲面上应变在εj±μ2的特征点设定相同的滚压参数，从而规划出初次滚压路径，其中εj为根据特征点的应变信息分布区域而设定的特征应变，j＝1,2...；3)初次滚压：驱使冷热一体成型体系对待成型板材执行力/位移加载，通过冷加载凸、凹轮和热加载元件在板材板面上沿步骤2)得出的滚压路径自动滚压，形成板材的整体双向曲率塑性变形；4)修正滚压：对板材的成型效果进行检测，并比较和反馈已成型形状、曲率与目标形状、曲率之间的差异。基于所述差异，将前一次滚压后形成的曲面作为参考曲面，采用对照近似展开法将目标曲面展开为参考曲面，得到展开后参考曲面的应变分布信息，然后将该参考曲面的应变分布信息输入冷热一体成型专家数据库系统，选取应变信息数值相近的区域来规划修正滚压的路径和加工参数，再在前一次滚压后的成型板材上进行修正滚压加工；5)重复执行步骤4)，直至形成符合加工目标的双向曲率板。优选地，步骤1)中，采用最小二乘法进行拟合曲面方程，具体步骤如下：1.1)分别获得特征点Pi至周围m个数据点{Q1,Q2...Qm}的几何距离其中1≤i≤N且i为整数，N为选择的特征点的总个数；1.2)将上述这些数据点以相对于特征点的距离远近排序，并形成一个点序列Qi1,Qi2...Qim,其中dis(Qi1-Pi)≤dis(Qi2-Pi)≤...dis(Qim-Pi)；1.3)读取Qi1,Qi2...Qik的位置索引，则可分别找到找到Qi1,Qi2...Qik的坐标，从而利用最小二乘法进行局部曲面拟合，其中k为正整数且k≤m，以获得Pi处的曲率；1.4)遍历所有的特征点，从而获得各特征点处的曲率。优选地，在步骤1)中，选取特征点的高斯曲率或主曲率作为目标曲面的形状参数。优选地，步骤4)中对成型效果进行检测过程如下：4.1)采用三维扫描仪对前一次成型得到的板材进行扫描，得到成型板材曲面上离散点的三维坐标数据，将三维坐标数据输入计算机进行处理，得到在三维空间坐标系中由成型板材表面离散点组成的点云模型；4.2)基于迭代就近点算法，将步骤4.1)获得的点云模型与目标曲面进行配准，使点云模型与目标曲面进行匹配，并获得点云模型在空间位置变换过程中绕各坐标轴旋转的角度和沿各坐标轴的位移；然后根据空间位置变换的规律，在已知旋转角度和位移的条件下，对点云模型的三维坐标数据进行处理，得到空间位置变换后的点云模型中各离散点的三维坐标；4.3)用插值法对变换后的点云模型中各离散点的三维坐标和目标曲面中离散点的坐标数据进行数据处理，即可得到成型曲面与目标曲面在对应位置处的距离偏差；将各对应位置处获得的距离偏差值与成型设定的偏差值范围进行对比，若各对应位置处获得的距离偏差值均在上述设定范围内，则说明已加工出符合要求的目标双向曲率板，若各对应位置处获得的距离偏差值中存在距离偏差值超出上述设定范围，则需对板材进行修正滚压加工。优选地，在步骤4)中，对照近似展开法的步骤如下：在得到前一次滚压后的成型曲面与目标曲面的偏差后，将成型曲面划分为若干网格小曲面，基于边长协调变形最小的原则将每块网格小曲面分别展开为对应的修正平面，然后将各网格小曲面的所有距离偏差值分别附加到其对应的修正平面上，再根据距离偏差值将修正平面变形为对应的修正网格小曲面，然后将各修正网格小曲面分别展开为平面，相应获得各展开平面的应变分布，再将应变分布信息映射到前一次滚压成型得到的成型曲面的各网格小曲面上，选取应变数值相近的区域规划路径，即获得修正路径。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)本方法能够获取采用滚压方法成型双向曲率板的最优滚压路径，采用所述冷热一体成型体系沿所确定的最优滚压路径对板材进行自动化加工，能大幅度提高加工成型效率，减少成型所需工序，降低工作人员操作的技术难度。2)本专利技术的变形偏差检测方法可快速准确地自动检测出成型板材与目标板材的偏差，为下一步的偏差修正工作提供技术支持，能减轻偏差修正的工作量，并进一步提高加工成型精度。附图说明图1是将本专利技术应用于船舶双向曲率板的冷热一体成型过程的加工流程图；图2是目标双向曲率板的模型示意图；图3是具有对应目标曲面形状信息的待加工板材示意图；图4是采用冷热一体成型装置沿已确定路径进行滚压加工的示意图；图5是空间坐标系中目标曲面模型和点云模型的位置示意图；图6是空间坐标系中目标曲面模型和点云模型配准后的位置示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-目标板材2-待成型板材3-目标曲面信息4-滚压路径5-上侧冷加载凸轮6-下侧冷加载凹轮7-热加载元件8-空间坐标系中的点云模型9-空间坐标系中的目标曲面模型10-三维空间坐标系具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶双向曲率板冷热一体成型的滚压成形方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在组成目标曲面的数据点中选取若干个离散的特征点，再确定目标双向曲率板的包括材质、板厚和形状参数在内的基本信息，所述形状参数通过双向曲率板曲面上各特征点处的曲率来表示，然后分别利用各特征点和其周围的数据点拟合出对应的曲面方程，则得到各特征点处的曲率；2)确定待加工平板的初次滚压路径：先将目标曲面划分为由四边形网格组成的网格曲面，然后将网格曲面展开为平面，并得到各特征点展开后的各对应点和展开平面的应变分布情况，然后将目标曲面上的各特征点处的曲率信息分别表示在展开平面的对应点处，在得到展开平面上各对应点的曲率信息分布后，将展开平面上曲率信息的分布情况或应变信息分布情况和目标双向曲率板的基本信息输入冷热一体成型专家数据库系统；设定曲率偏差μ1，将展开曲面上曲率在kj±μ1的特征点设定相同的滚压参数，从而规划出初次滚压路径，其中kj为根据特征点的曲率信息分布区域而设定的特征曲率，j＝1,2...；或者，设定应变偏差μ2，将展开曲面上曲率在εj±μ2的特征点设定相同的滚压参数，从而规划出初次滚压路径，其中εj为根据特征点的应变信息分布区域而设定的特征应变，j＝1,2...；3)初次滚压：驱使所述冷热一体成型体系对待成型板材执行力/位移加载，通过冷加载凸、凹轮和热加载元件在板材板面上沿步骤2)得出的滚压路径自动滚压，形成板材的整体双向曲率塑性变形；4)修正滚压：对板材的成型效果进行监测，并比较和反馈已成型形状、曲率与目标形状、曲率之间的差异；基于所述差异，将前一次滚压后形成的曲面作为参考曲面，采用对照近似展开法将目标曲面展开为参考曲面，得到展开后参考曲面的应变分布信息，然后将该参考曲面的应变分布信息输入冷热一体成型专家数据库系统，选取应变信息数值相近的区域来规划修正滚压的路径和加工参数，再在前一次滚压后的成型板材上进行修正滚压加工；5)重复执行步骤4)，直至形成符合加工目标的双向曲率板。...

【技术特征摘要】
1.一种船舶双向曲率板冷热一体成型的滚压成形方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在组成目标曲面的数据点中选取若干个离散的特征点，再确定目标双向曲率板的包括材质、板厚和形状参数在内的基本信息，所述形状参数通过双向曲率板曲面上各特征点处的曲率来表示，然后分别利用各特征点和其周围的数据点拟合出对应的曲面方程，则得到各特征点处的曲率；2)确定待加工平板的初次滚压路径：先将目标曲面划分为由四边形网格组成的网格曲面，然后将网格曲面展开为平面，并得到各特征点展开后的各对应点和展开平面的应变分布情况，然后将目标曲面上的各特征点处的曲率信息分别表示在展开平面的对应点处，在得到展开平面上各对应点的曲率信息分布后，将展开平面上曲率信息的分布情况或应变信息分布情况和目标双向曲率板的基本信息输入冷热一体成型专家数据库系统；设定曲率偏差μ1，将展开曲面上曲率在kj±μ1的特征点设定相同的滚压参数，从而规划出初次滚压路径，其中kj为根据特征点的曲率信息分布区域而设定的特征曲率，j＝1,2...；或者，设定应变偏差μ2，将展开曲面上应变在εj±μ2的特征点设定相同的滚压参数，从而规划出初次滚压路径，其中εj为根据特征点的应变信息分布区域而设定的特征应变，j＝1,2...；3)初次滚压：驱使冷热一体成型体系对待成型板材执行力/位移加载，通过冷加载凸、凹轮和热加载元件在板材板面上沿步骤2)得出的滚压路径自动滚压，形成板材的整体双向曲率塑性变形；4)修正滚压：对板材的成型效果进行检测，并比较和反馈已成型形状、曲率与目标形状、曲率之间的差异；基于所述差异，将前一次滚压后形成的曲面作为参考曲面，采用对照近似展开法将目标曲面展开为参考曲面，得到展开后参考曲面的应变分布信息，然后将该参考曲面的应变分布信息输入冷热一体成型专家数据库系统，选取应变信息数值相近的区域来规划修正滚压的路径和加工参数，再在前一次滚压后的成型板材上进行修正滚压加工；5)重复执行步骤4)，直至形成符合加工目标的双向曲率板。2.根据权利要求1所述的一种船舶双向曲率板冷热一体成型的滚压成形方法，其特征在于：步骤1)中，采用最小二乘法进行拟合曲面方程，具体步骤如下：1.1)分别获得特征点Pi至周围m个数据点{Q1,Q2...Qm}的几何距离其中1≤i≤N且i为整数，N为选择的特征点的总个数；1.2)将上述这些数据点以相对于特征点的距离远近排序，并形成一个点序列Qi1,Qi2...Qim,其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵耀，袁华，胡昌成，谢栋，董宏宝，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42