大曲率帆形板電火花彎板火路坐標(biāo)參數(shù)生成方法

大曲率帆形板電火花彎板火路坐標(biāo)參數(shù)生成方法

隨著現(xiàn)代造船模式的轉(zhuǎn)變，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，火卷發(fā)泡板的火焰法需要很長(zhǎng)時(shí)間，其加工質(zhì)量變化很大。大曲率帆形板水火彎板火路自動(dòng)加工設(shè)備的研制和應(yīng)用日益成為一項(xiàng)急待解決的任務(wù)。目前,針對(duì)大曲率帆形板不易一次加工成形問(wèn)題,需要對(duì)這種大型且曲率較大的帆形板進(jìn)行二次檢測(cè)及加工以進(jìn)一步提高水火彎板機(jī)的自動(dòng)化程度和更進(jìn)一步降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。本文主要針對(duì)大曲率帆形板,研究將檢測(cè)曲面與成形曲面的差異進(jìn)行匹配對(duì)比為依據(jù),結(jié)合廣船國(guó)際生產(chǎn)實(shí)際,對(duì)檢測(cè)曲面鋼板二次加工至成形曲面的火路進(jìn)行決策。決策與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析表明:本文所用的算法決策出的下一步火路坐標(biāo)與實(shí)際相符,可望在水火彎板機(jī)的火路決策中得到實(shí)際應(yīng)用。1國(guó)內(nèi)外對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的研究現(xiàn)狀1.1加工工藝參數(shù)對(duì)廢水變形的規(guī)律分析,提出了數(shù)值模擬的熱大連理工大學(xué)依據(jù)工人的加工經(jīng)驗(yàn)確定火路布置,然后再確定其余各加工工藝參數(shù);上海交通大學(xué)研究水火彎板過(guò)程中的溫度場(chǎng)及變形場(chǎng)并運(yùn)用數(shù)值模擬的方法分析水火彎板加工工藝參數(shù)與變形的規(guī)律,最后得出了確定加工工藝參數(shù)下的單條火路所能產(chǎn)生的變形及相應(yīng)得到的收縮量;2006年廣東工業(yè)大學(xué)采用多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和三維立體成型的加工方法研制出了一種水火彎板機(jī)。該彎板機(jī)可以加工曲率相對(duì)較小的帆形板的火路,一旦鋼板曲率加大,其火路曲度也相應(yīng)增大,則該彎板機(jī)無(wú)法完成加工要求。1.2熱壓工藝參數(shù)對(duì)板翻身的控制日本早在二十世紀(jì)五六十年代就開(kāi)始了對(duì)此工藝的探索,并研制出了一臺(tái)曲板成形的自動(dòng)化加工裝置IHI-α。該裝置可自動(dòng)計(jì)算出加熱路徑,除了鋼板翻身需要人工干預(yù)外,全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化;Joo-Sung提出一種根據(jù)外板所需要加工成形曲面的曲率來(lái)確定火路,直接由高斯曲率確定火路,而來(lái)確定火路的布置;LeeJ.S.等的研究是通過(guò)計(jì)算外板展開(kāi)所產(chǎn)生的變形,根據(jù)變形和加工工藝參數(shù)間的關(guān)系來(lái)確定火路布置及其余加工工藝參數(shù);韓國(guó)漢城大學(xué)開(kāi)發(fā)了基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及面向?qū)ο蠹夹g(shù)的水火彎板加工信息系統(tǒng),但其設(shè)計(jì)的噴頭加熱方式不利于大曲率鋼板的自動(dòng)化加工。2火路坐標(biāo)生成算法2.1生成火路方法利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)將預(yù)輥壓后的鋼板曲面進(jìn)行三維檢測(cè)掃描,獲取鋼板三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將檢測(cè)曲面與成形曲面在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行對(duì)比,獲取成形曲面特征曲線與檢測(cè)曲面相應(yīng)特征曲線的交點(diǎn)坐標(biāo),最后根據(jù)成形與檢測(cè)曲面間特征點(diǎn)的弦距線匹配規(guī)則生成火路,具體方法如下面分析。2.2成形鋼板與檢測(cè)鋼板的對(duì)比取頭尾板邊的中點(diǎn)連線方向?yàn)閤軸,再利用(1)式對(duì)x與z進(jìn)行向量積便可得y軸。最后將成形鋼板與檢測(cè)鋼板在這個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行對(duì)比,如圖1(a)所示。對(duì)于一張新掃描后的三維坐標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與變換矩陣Matrixchange相乘就可以將所有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為物理坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo),這樣就可以與實(shí)際提供的成形曲面坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。2.3橫向下步火路標(biāo)定本文的橫向收縮成形方向?yàn)檠匕鍖挿较蛏系氖湛s成形,如圖1(b)所示,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際,判別鋼板橫向成形一般根據(jù)其特征線Fi,其中,i=0,1,…,n,一般i為4即取4條特征線。如圖1(c)所示,設(shè)檢測(cè)曲面第i條特征曲線Fi的第j個(gè)特征點(diǎn)Ni,j、Δli,j為特征點(diǎn)橫向弦距線之差、lti,j為成形特征點(diǎn)橫向弦距線、lmi,j為檢測(cè)特征點(diǎn)橫向弦距線,令:如果滿足式(3),則代表整塊板橫向成形良好,不需要再進(jìn)行橫向火路二次加工。否則橫向下步火路坐標(biāo)生成規(guī)則如下:條件1:匹配起點(diǎn)從Ni,0特征點(diǎn)為起點(diǎn),分別從板寬正負(fù)方向進(jìn)行匹配,在板寬正方向中,如果起點(diǎn)Ni,0滿足式(3),則進(jìn)行Ni,1特征點(diǎn)的弦距線匹配,如果Ni,1不滿足式(3),此時(shí)設(shè)定該特征曲線上的該特征點(diǎn)為下步火路的其中一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn),板寬的負(fù)方向的匹配規(guī)則同理。條件2:lti,j<lmi,j,則該特征點(diǎn)的坐標(biāo)為帆形板下一步火路的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn),火路布置在鋼板正面,否則布置在背面,其火路坐標(biāo)為上、下板各個(gè)特征點(diǎn)的連線(上板面上的特征點(diǎn)不能與下板面特征點(diǎn)相連)。規(guī)則1:各條相鄰的特征曲線Fi中不滿足式(3)的特征點(diǎn)Ni,j的坐標(biāo)之間的連線為下步橫向修補(bǔ)火路。規(guī)則2:各條相鄰的特征曲線中如果存在成形良好的特征曲線,則下步火路不經(jīng)過(guò)這些特征曲線,以免出現(xiàn)過(guò)成形狀態(tài)。如圖1(d)中,特征線F1、F2和F3分別有ΔL1,1+和ΔL1,2-、ΔL2,2+和ΔL2,1-、ΔL3,1+和ΔL3,2-未成形特征點(diǎn),并且F1、F2和F3相連,因此滿足規(guī)則1,則生成如圖1(d)所示的橫向火路。圖1(e)中特征線F1和F3分別有ΔL1,1+-和ΔL1,2-、ΔL3,1+和ΔL3,2-未成形特征點(diǎn),并且F1和F3不相連,因此滿足規(guī)則2生成如圖1(e)所示的橫向火路。2.4縱向火路穩(wěn)定性則其縱向火路生成規(guī)則:未成形縱向特征點(diǎn)有:Δh1-(i)和Δh2+,則這兩個(gè)特征點(diǎn)縱向火路坐標(biāo)分別垂直于X軸正負(fù)方向燒至上下板邊,如圖1(f)所示。3實(shí)驗(yàn)證實(shí)3.1鋼板檢測(cè)結(jié)果對(duì)廣船國(guó)際生產(chǎn)實(shí)際中的一張BG2-HA帆形板進(jìn)行驗(yàn)證,首先檢測(cè)經(jīng)過(guò)預(yù)輥壓鋼板曲面如圖2所示。由表1、表2可以得出檢測(cè)曲面橫向未成形特征點(diǎn)有:縱向未成形的特征點(diǎn)為:B3+和B3。橫向焰道位置及縱向焰道位置如表3所示。3.2鋼板曲面表達(dá)本文在VC++6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)火路坐標(biāo)生成算法模塊,根據(jù)檢測(cè)曲面與成形曲面之間的差異進(jìn)行下步火路坐標(biāo)的位置預(yù)報(bào)。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄經(jīng)過(guò)預(yù)輥壓的鋼板曲面采用樣條曲面進(jìn)行表達(dá),如圖2所示;橫向火路生成如圖3(a所示、縱向火路生成如圖3(b)所示,最后將圖3(a)及圖3(b)中生成的橫、縱向火路分別與實(shí)驗(yàn)記錄的表3中的橫向及縱向火路坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,顯然其預(yù)報(bào)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)記錄的坐標(biāo)基本吻合,即驗(yàn)證了本文的算法的可行性。4檢測(cè)鋼板內(nèi)安裝輔助10d以上成像本文緊密聯(lián)系廣船國(guó)際生成實(shí)際,將工人在作業(yè)過(guò)程中對(duì)橫向及縱向火路的推算思路提升為機(jī)器算法,利用C/C++語(yǔ)言編寫程序?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)。最后驗(yàn)證火路位置與實(shí)際生產(chǎn)基本吻合,可望在帆形板水火彎板下步火路坐標(biāo)預(yù)報(bào)中得到實(shí)際的應(yīng)用,能起到大幅度提升在水火彎板機(jī)器人的自動(dòng)化程度的作用。將成形曲面與檢測(cè)曲面的重心設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),再根據(jù)檢測(cè)鋼板4個(gè)角點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)求的兩對(duì)求得兩個(gè)向量r,s,根據(jù)數(shù)學(xué)解析幾何計(jì)算向量積。為統(tǒng)一坐標(biāo)系,并將視覺(jué)坐標(biāo)系平移到物理坐標(biāo)系,通過(guò)機(jī)器視覺(jué)可以得到O坐標(biāo)為(xo,yo,zo),坐標(biāo)變換矩陣Matrixchange為:本文的縱向收縮成形方向?yàn)檠匕彘L(zhǎng)方向上的收縮成形,當(dāng)橫向火路加工完后才進(jìn)行縱向檢測(cè)再對(duì)縱向未成形進(jìn)行加工。以中間特征曲線與基線交點(diǎn)為起點(diǎn)向X軸正負(fù)向依次進(jìn)行匹配:設(shè)Bi為基線上第i個(gè)特征點(diǎn)、hmi為檢