一種船舶雙向曲率板冷熱一體成型的滾壓成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于船舶建造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種船舶雙向曲率板冷熱一體成 型的滾壓成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 船舶雙向曲率板的成型加工，有多種方法，滾壓成型是其中的一種，該方法主要原 理是通過上下凹凸輪對平板進行滾壓，使板材產(chǎn)生塑性變形來達到成型目的。該方法的優(yōu) 點在于可以使用一套結(jié)合了熱加載元件的滾輪成型裝置成型復(fù)雜的雙向曲率的船舶板材， 并且在完成自動確定滾壓路徑和加載參數(shù)之后，可以實現(xiàn)板材的自動加載，大幅度提升船 板板材的成型效率，優(yōu)化人員的工作環(huán)境，減少工作人員工作量。其難點在于難以確定最優(yōu) 的滾壓路徑，而不當?shù)穆窂竭x擇將加大后續(xù)誤差修正的工作量并且難以保證最終的成型質(zhì) 量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明要解決的是如何確定最優(yōu)的滾壓路 徑的問題，針對這一問題，本發(fā)明提供一種冷熱一體成型滾壓路徑的確定方法，可提高加工 的效率，減少滾壓次數(shù)，減小人員工作量，能提高加工精度。同時提出一種變形偏差檢測方 法，能夠直觀的反映成型板材與目標板材存在的偏差，為偏差修正階段滾壓路徑的確定提 供技術(shù)支持。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種船舶雙向曲率板冷熱一體 成型的滾壓成形方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0005] 1)在組成目標曲面的數(shù)據(jù)點中選取若干個離散的特征點，再確定目標雙向曲率板 的包括材質(zhì)、板厚和形狀參數(shù)在內(nèi)的基本信息，所述形狀參數(shù)通過雙向曲率板曲面上各特 征點處的曲率來表示，然后分別利用各特征點和其周圍的數(shù)據(jù)點擬合出對應(yīng)的曲面方程， 則得到各特征點處的曲率；
[0006] 2)確定待加工平板的初次滾壓路徑：
[0007] 先將目標曲面劃分為由四邊形網(wǎng)格組成的網(wǎng)格曲面，然后將網(wǎng)格曲面展開為平 面，并得到各特征點展開后的各對應(yīng)點和展開平面的應(yīng)變分布情況，然后將目標曲面上的 各特征點處的曲率信息分別表示在展開平面的對應(yīng)點處，在得到展開平面上各對應(yīng)點的曲 率信息分布后，將展開平面上曲率信息的分布情況或應(yīng)變信息分布情況和目標雙向曲率板 的基本信息輸入冷熱一體成型專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；
[0008] 設(shè)定曲率偏差I(lǐng)i1，將展開曲面上曲率在k,±Ii1的特征點設(shè)定相同的滾壓參數(shù)， 從而規(guī)劃出初次滾壓路徑，其中kj為根據(jù)特征點的曲率信息分布區(qū)域而設(shè)定的特征曲率，j =1， 2. ? ?;
[0009] 或者，設(shè)定應(yīng)變偏差y2，將展開曲面上曲率在e,±y2的特征點設(shè)定相同的滾壓 參數(shù)，從而規(guī)劃出初次滾壓路徑，其中e,為根據(jù)特征點的應(yīng)變信息分布區(qū)域而設(shè)定的特征 應(yīng)變，j= 1，2...;
[0010] 3)初次滾壓：驅(qū)使所述冷熱一體成型體系對待成型板材執(zhí)行力/位移加載，通過 冷加載凸、凹輪和熱加載元件在板材板面上沿步驟2)得出的滾壓路徑自動滾壓，形成板材 的整體雙向曲率塑性變形；
[0011] 4)修正滾壓：對板材的成型效果進行監(jiān)測，并比較和反饋已成型形狀、曲率與目 標形狀、曲率之間的差異。基于所述差異，將前一次滾壓后形成的曲面作為參考曲面，采用 對照近似展開法將目標曲面展開為參考曲面，得到展開后參考曲面的應(yīng)變分布信息，然后 將該參考曲面的應(yīng)變分布信息輸入冷熱一體成型專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，選取應(yīng)變信息數(shù)值相近 的區(qū)域來規(guī)劃修正滾壓的路徑和加工參數(shù)，再在前一次滾壓后的成型板材上進行修正滾壓 加工；
[0012] 5)重復(fù)執(zhí)行步驟4)，直至形成符合加工目標的雙向曲率板。
[0013] 優(yōu)選地，步驟1)中，采用最小二乘法進行擬合曲面方程，具體步驟如下：
[0014] I. 1)分別獲得特征點P1至周圍m個數(shù)據(jù)點{Qi，Q2. ..QJ的幾何距離
其中I<i<N且i為整數(shù)，N為選擇的特 征點的總個數(shù)；
[0015] 1.2)將上述這些數(shù)據(jù)點以相對于特征點的距離遠近排序，并形成一個點序列 Qil,Qi2. ??Qim，其中（Iis(Qil-Pi)彡（Iis(Qi2-Pi)彡...（Iis(Qim-Pi);
[0016] L3)讀取Q11,Q12...Qlk的位置索引，則可分別找到找到Qu，Q12...Qlk的坐標，從而 利用最小二乘法進行局部曲面擬合，其中k為正整數(shù)且k<m，以獲得P1處的曲率；
[0017] 1. 4)遍歷所有的特征點，從而獲得各特征點處的曲率。
[0018] 優(yōu)選地，在步驟1)中，選取特征點的高斯曲率或主曲率作為目標曲面的形狀參 數(shù)。
[0019] 優(yōu)選地，步驟4)中對成型效果進行檢測過程如下：
[0020] 4. 1)采用三維掃描儀對前一次成型得到的板材進行掃描，得到成型板材曲面上離 散點的三維坐標數(shù)據(jù)，將三維坐標數(shù)據(jù)輸入計算機進行處理，得到在三維空間坐標系中由 成型板材表面離散點組成的成型點云模型；
[0021] 4. 2)基于迭代就近點算法，將步驟4. 1)獲得的成型點云模型與目標曲面進行配 準，使成型點云與目標曲面進行匹配，并獲得成型點云模型在空間位置變換過程中繞各坐 標軸旋轉(zhuǎn)的角度和沿各坐標軸的位移；然后根據(jù)空間位置變換的規(guī)律，在已知旋轉(zhuǎn)角度和 位移的條件下，對成型點云模型的三維坐標數(shù)據(jù)進行處理，得到空間位置變換后的成型點 云模型中各離散點的三維坐標；
[0022] 4. 3)用插值法對變換后的成型點云模型中各離散點的三維坐標和目標曲面中離 散點的坐標數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，即可得到成型曲面與目標曲面在對應(yīng)位置處的距離偏差； 將各對應(yīng)位置處獲得的距離偏差值與成型設(shè)定的偏差值范圍進行對比，若各對應(yīng)位置處獲 得的距離偏差值均在上述設(shè)定范圍內(nèi)，則說明已加工出符合要求的目標雙向曲率板，若各 對應(yīng)位置處獲得的距離偏差值中存在距離偏差值超出上述設(shè)定范圍，則需對板材進行修正 滾壓加工。
[0023] 優(yōu)選地，在步驟4)中，近似對照展開法的步驟如下：
[0024] 在得到前一次滾壓后的成型曲面與目標曲面的偏差后，將成型曲面劃分為若干網(wǎng) 格小曲面，基于邊長協(xié)調(diào)變形最小的原則將每塊網(wǎng)格小曲面分別展開為對應(yīng)的修正平面， 然后將各網(wǎng)格小曲面的所有距離偏差值分別附加到其對應(yīng)的修正平面上，再根據(jù)距離偏差 值將修正平面變形為對應(yīng)的修正網(wǎng)格小曲面，然后將各修正網(wǎng)格小曲面分別展開為平面， 相應(yīng)獲得各展開平面的應(yīng)變分布，再將應(yīng)變分布信息映射到前一次滾壓成型得到的成型曲 面的各網(wǎng)格小曲面上，選取應(yīng)變數(shù)值相近的區(qū)域規(guī)劃路徑，即獲得修正路徑。
[0025] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0026] 1)本方法能夠獲取采用滾壓方法成型雙向曲率板的最優(yōu)滾壓路徑，采用所述冷熱 一體成型體系沿所確定的最優(yōu)滾壓路徑對板材進行自動化加工，能大幅度提高加工成型效 率，減少成型所需工序，降低工作人員操作的技術(shù)難度。
[0027] 2)本發(fā)明的變形偏差檢測方法可快速準確地自動檢測出成型板材與目標板材的 偏差，為下一步的偏差修正工作提供技術(shù)支持，能減輕偏差修正的工作量，并進一步提高加 工成型精度。
【附圖說明】
[0028] 圖1是將本發(fā)明應(yīng)用于船舶雙向曲率板的冷熱一體成型過程的加工流程圖；
[0029] 圖2是目標雙向曲率板的模型示意圖；
[0030] 圖3是具有對應(yīng)目標曲面形狀彳目息的待加工板材不意圖；
[0031] 圖4是采用冷熱一體成型裝置沿已確定路徑進行滾壓加工的示意圖；
[0032] 圖5是空間坐標系中目標曲面模型和測量點云模型的位置示意圖；
[0033] 圖6是空間坐標系中目標曲面模型和測量點云模型配準后的位置示意圖；
[0034] 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0035] 1-目標板材2-待成型板材3-目標曲面信息4-滾壓路徑5-上側(cè)冷加載凸輪 6_下側(cè)冷加載凹輪7-熱加載元件8-空間坐標系中的測量點云模型9-空間坐標系中的 目標曲面模型10-三維空間坐標系
【具體實施方式】
[0036] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0037] 圖2和圖3分別顯示了目標雙向曲率板和待成型板的形狀。要采用滾壓的方法使 待成型板發(fā)生塑性變形并最終變形為目標雙向曲率板1的形狀。
[0038] 首先，在目標曲面1上選取一定數(shù)量的特征點，求出各特征點處的高斯曲率。
[0039] 將目標曲面劃分為四邊形網(wǎng)格，采用等面積展開法將曲面近似展開為平面，將目 標曲面上各特征點的曲率信息映射到展開后的的平面上，再將曲面信息3表示在待加工板 材2上，如圖3上所示。
[0040] 或者，將目標曲面劃分為四邊形網(wǎng)格，采用等面積展開法將曲面近似展開為平面， 根據(jù)展開后各四邊形網(wǎng)格邊長的變化，得到展開后各特征點處的應(yīng)變信息，然后將各處的 應(yīng)變信息表示在待加工板材2上，如圖