一种水火弯板扭曲板焰道规划方法.pdf

本发明提出一种水火弯板扭曲板焰道规划方法，计算测量数据的每一个特征点到目标曲面对应特征点的距离，生成加工曲面到目标曲面的偏差云图，取偏差云图上偏差量最大的一个顶角，将该顶角与相对的顶角连接起来，在偏差云图上生成一条曲线；在该曲线上每隔一段距离取一点，并将该点的等差线绘制出来；将等差线投影到加工曲面上，规划出焰道轨迹。本发明焰道规划合理度高，该方法不仅适用于不可展曲面，而且适用于可展曲面如扭型板的焰道规划，同时，本发明采用专家的经验规则对焰道轨迹进行修正，使焰道轨迹更加合理优化。

权利要求书
1.  一种水火弯板扭曲板焰道规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：对当前需要加工的扭曲板进行轮廓测量，得到加工曲面的测量数据；
S2：对加工曲面的测量数据和对应的目标曲面的数据进行匹配，所述目标曲面为加工曲面期望被加工成的曲面；
S3：根据两点间的空间距离计算公式，计算测量数据的每一个特征点到目标曲面对应特征点的距离Δd，生成加工曲面到目标曲面的偏差云图，所述空间距离计算公式为：
Δd=(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>
式中，(x1,y1,z1)为测量数据的特征点，(x2,y2,z2)目标曲面的对应特征点；
S4：取偏差云图上偏差量最大的一个顶角，将该顶角与相对的顶角连接起来，在偏差云图上生成一条曲线；在该曲线上每隔一段距离取一点，并将该点的等差线绘制出来；将等差线投影到加工曲面上，规划出焰道轨迹。

2.  根据权利要求1所述的水火弯板扭曲板焰道规划方法，其特征在于，步骤S1中，所述方法还包括将测量得到的加工曲面的测量数据传输到计算机进行后续处理。

3.  根据权利要求1所述的水火弯板扭曲板焰道规划方法，其特征在于，步骤S2中，对加工曲面的测量数据和对应的目标曲面的数据进行匹配的方法包括以下步骤：
S2.1：以加工曲面的中点作为坐标原点，加工曲面较短的中心曲线其一阶拟合直线所在方向为X轴方向，中点的法向量方向作为Z轴方向，建立新坐标系；
S2.2：通过3维旋转和平移使目标曲面和加工曲面的3维数据变换到新坐标系上；
S2.3：将目标曲面的特征点投影到加工曲面上，利用曲面插值算法在加工曲面上找到相应的特征点。

4.  根据权利要求1所述的水火弯板扭曲板焰道规划方法，其特征在于，步骤S4中，所述方法还包括：根据专家的经验规则对焰道轨迹进行修正，得到最 终的焰道轨迹。

5.  根据权利要求4所述的水火弯板扭曲板焰道规划方法，其特征在于，所述专家经验规则为：焰道起止点与加工曲面的边界重合；焰道轨迹在XoY面的投影线为直线。

说明书一种水火弯板扭曲板焰道规划方法
技术领域
本发明涉及船体外板加工领域，更具体地，涉及一种水火弯板扭曲板焰道规划方法。
背景技术
水火弯板是指沿预定的加热线用氧-乙炔烘炬对板材进行局部线状加热，并用水跟踪冷却(或让其自然冷却)，使板产生局部塑性变形，从而将板材弯成所要求的曲面形状的一种弯板方法。有的国家称为线状加热法。水火弯板是目前大多数船舶制造，钢结构等重工企业弯制复杂曲度板和船体内部大型构件的主要工艺方法。
焰道规划是水火弯板工艺中的核心环节，决定了加工曲面加工后的形变趋势。长期以来，焰道规划这一工序都是由经验丰富的工人凭经验直接用粉笔在加工曲面上进行焰道规划。这种方式对工人的经验知识要求很高，有个人的主观因素存在，焰道规划合理度差，而且难以与自动控制系统进行信息化交流。
针对焰道自动规划问题，相关研究机构提出了曲面展开焰道规划方法。该方法从相反角度出发，把船体外板的目标曲面看成由许多足够小的平面连接而成，保持每块小平面形状不变，按一定规律把整张曲面展开铺平，则展开后必然出现裂缝。然后将焰道布置在裂缝处，使收缩量刚好等于裂缝宽度，这样就能形成目标曲面所要求的形状。但这种方法只适用于不可展曲面，如帆型板和鞍型板，并不适用于可展曲面如扭型板。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的焰道规划合理度差、只适用于不可展曲面等缺陷，提供一种焰道规划合理度高、适用于可展曲面的水火弯板扭曲板焰道规划方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种水火弯板扭曲板焰道规划方法，所述方法包括以下步骤：
S1：对当前需要加工的扭曲板进行轮廓测量，得到加工曲面的测量数据；
S2：对加工曲面的测量数据和对应的目标曲面的数据进行匹配，所述目标曲 面为加工曲面期望被加工成的曲面；
S3：根据两点间的空间距离计算公式，计算测量数据的每一个特征点到目标曲面对应特征点的距离Δd，生成加工曲面到目标曲面的偏差云图，所述空间距离计算公式为：
Δd=(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>
式中，(x1,y1,z1)为测量数据的特征点，(x2,y2,z2)目标曲面的对应特征点；
S4：取偏差云图上偏差量最大的一个顶角，将该顶角与相对的顶角连接起来，在偏差云图上生成一条曲线；在该曲线上每隔一段距离取一点，并将该点的等差线绘制出来；将等差线投影到加工曲面上，规划出焰道轨迹。
在一种优选的方案中，步骤S1中，所述方法还包括将测量得到的加工曲面的测量数据传输到计算机进行后续处理。测量数据和计算结果能够与自动控制系统进行信息化交流。
在一种优选的方案中，步骤S2中，对加工曲面的测量数据和对应的目标曲面的数据进行匹配的方法包括以下步骤：
S2.1：以加工曲面的中点作为坐标原点，加工曲面较短的中心曲线其一阶拟合直线所在方向为X轴方向，中点的法向量方向作为Z轴方向，建立新坐标系；
S2.2：通过3维旋转和平移使目标曲面和加工曲面的3维数据变换到新坐标系上，实现两者坐标系的统一；
S2.3：将目标曲面的特征点投影到加工曲面上，利用曲面插值算法在加工曲面上找到相应的特征点。
在一种优选的方案中，步骤S4中，所述方法还包括：根据专家的经验规则对焰道轨迹进行修正，得到最终的焰道轨迹。
在一种优选的方案中，所述专家经验规则为：焰道起止点与加工曲面的边界重合；焰道轨迹在XoY面的投影线为直线。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明水火弯板扭曲板焰道规划方法，计算测量数据的每一个特征点到目标曲面对应特征点的距离，生成加工曲面到目标曲面的偏差云图，取偏差云图上偏差量最大的一个顶角，将该顶角与相对的顶角连接起来，在偏差云图上生成一条曲线；在该曲线上每隔一段距离取一点，并将该点的等差线绘制出来；将等差线投影到加工曲面上，规划出焰 道轨迹。本发明焰道规划合理度高，该方法不仅适用于不可展曲面，而且适用于可展曲面如扭型板的焰道规划，同时，本发明采用专家的经验规则对焰道轨迹进行修正，使焰道轨迹更加合理优化。
附图说明
图1为本发明水火弯板扭曲板焰道规划方法的流程图。
图2为对加工曲面的测量数据和对应的目标曲面的数据进行匹配的示意图。
图3为加工曲面到目标曲面的偏差云图。
图4为得到的最终的焰道轨迹的示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
一种水火弯板扭曲板焰道规划方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
S1：对当前需要加工的扭曲板进行轮廓测量，得到加工曲面的测量数据，将测量得到的加工曲面的测量数据传输到计算机进行后续处理；测量数据和计算结果能够与自动控制系统进行信息化交流。
S2：如图2所示，对加工曲面的测量数据和对应的目标曲面的数据进行匹配，所述目标曲面为加工曲面期望被加工成的曲面，图2中虚线表示目标曲面，实线表示加工曲面；
对加工曲面的测量数据和对应的目标曲面的数据进行匹配的方法包括以下步骤：
S2.1：以加工曲面的中点作为坐标原点，加工曲面较短的中心曲线其一阶拟合直线所在方向为X轴方向，中点的法向量方向作为Z轴方向c，建立新坐标系；
S2.2：通过3维旋转和平移使目标曲面和加工曲面的3维数据变换到新坐标系上，实现两者坐标系的统一；
S2.3：将目标曲面的特征点投影到加工曲面上，利用曲面插值算法在加工曲 面上找到相应的特征点。
S3：根据两点间的空间距离计算公式，计算测量数据的每一个特征点到目标曲面对应特征点的距离Δd，生成加工曲面到目标曲面的偏差云图，偏差云图如图3所示，图中虚线表示等差线，所述空间距离计算公式为：
Δd=(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>
式中，(x1,y1,z1)为测量数据的特征点，(x2,y2,z2)目标曲面的对应特征点。
S4：取偏差云图上偏差量最大的一个顶角，将该顶角与相对的顶角连接起来，在偏差云图上生成一条曲线；在该曲线上每隔一段距离取一点，并将该点的等差线绘制出来；将等差线投影到加工曲面上，规划出焰道轨迹。
S5：根据专家的经验规则对焰道轨迹进行修正，得到最终的焰道轨迹，如图4所示。其原理是将工人的经验变为专家规则，然后对初始焰道轨迹中与专家规则相矛盾的地方进行修正。
所述专家经验规则为：焰道起止点与加工曲面的边界重合；焰道轨迹在XoY面的投影线为直线。
本发明水火弯板扭曲板焰道规划方法，计算测量数据的每一个特征点到目标曲面对应特征点的距离，生成加工曲面到目标曲面的偏差云图，取偏差云图上偏差量最大的一个顶角，将该顶角与相对的顶角连接起来，在偏差云图上生成一条曲线；在该曲线上每隔一段距离取一点，并将该点的等差线绘制出来；将等差线投影到加工曲面上，规划出焰道轨迹。本发明焰道规划合理度高，该方法不仅适用于不可展曲面，而且适用于可展曲面如扭型板的焰道规划，同时，本发明采用专家的经验规则对焰道轨迹进行修正，使焰道轨迹更加合理优化。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。