大曲率帆形板電火花彎板火路坐標參數(shù)生成方法

隨著現(xiàn)代造船模式的轉(zhuǎn)變，根據(jù)經(jīng)驗，火卷發(fā)泡板的火焰法需要很長時間，其加工質(zhì)量變化很大。大曲率帆形板水火彎板火路自動加工設(shè)備的研制和應(yīng)用日益成為一項急待解決的任務(wù)。目前,針對大曲率帆形板不易一次加工成形問題,需要對這種大型且曲率較大的帆形板進行二次檢測及加工以進一步提高水火彎板機的自動化程度和更進一步降低工人勞動強度。本文主要針對大曲率帆形板,研究將檢測曲面與成形曲面的差異進行匹配對比為依據(jù),結(jié)合廣船國際生產(chǎn)實際,對檢測曲面鋼板二次加工至成形曲面的火路進行決策。決策與實驗結(jié)果對比分析表明:本文所用的算法決策出的下一步火路坐標與實際相符,可望在水火彎板機的火路決策中得到實際應(yīng)用。1國內(nèi)外對鐵路運營的研究現(xiàn)狀1.1加工工藝參數(shù)對廢水變形的規(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)研究水火彎板過程中的溫度場及變形場并運用數(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)采用多軸運動控制系統(tǒng)和三維立體成型的加工方法研制出了一種水火彎板機。該彎板機可以加工曲率相對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,則該彎板機無法完成加工要求。1.2熱壓工藝參數(shù)對板翻身的控制日本早在二十世紀五六十年代就開始了對此工藝的探索,并研制出了一臺曲板成形的自動化加工裝置IHI-α。該裝置可自動計算出加熱路徑,除了鋼板翻身需要人工干預(yù)外,全部實現(xiàn)了自動化;Joo-Sung提出一種根據(jù)外板所需要加工成形曲面的曲率來確定火路,直接由高斯曲率確定火路,而來確定火路的布置;LeeJ.S.等的研究是通過計算外板展開所產(chǎn)生的變形,根據(jù)變形和加工工藝參數(shù)間的關(guān)系來確定火路布置及其余加工工藝參數(shù);韓國漢城大學(xué)開發(fā)了基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(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)計的噴頭加熱方式不利于大曲率鋼板的自動化加工。2火路坐標生成算法2.1生成火路方法利用機器視覺系統(tǒng)將預(yù)輥壓后的鋼板曲面進行三維檢測掃描,獲取鋼板三維點云數(shù)據(jù)后進行坐標轉(zhuǎn)換,將檢測曲面與成形曲面在同一坐標系下進行對比,獲取成形曲面特征曲線與檢測曲面相應(yīng)特征曲線的交點坐標,最后根據(jù)成形與檢測曲面間特征點的弦距線匹配規(guī)則生成火路,具體方法如下面分析。2.2成形鋼板與檢測鋼板的對比取頭尾板邊的中點連線方向為x軸,再利用(1)式對x與z進行向量積便可得y軸。最后將成形鋼板與檢測鋼板在這個坐標系中進行對比,如圖1(a)所示。對于一張新掃描后的三維坐標點云數(shù)據(jù)與變換矩陣Matrixchange相乘就可以將所有坐標轉(zhuǎn)換為物理坐標系內(nèi)的坐標,這樣就可以與實際提供的成形曲面坐標進行對比。2.3橫向下步火路標定本文的橫向收縮成形方向為沿板寬方向上的收縮成形,如圖1(b)所示,根據(jù)生產(chǎn)實際,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)檢測曲面第i條特征曲線Fi的第j個特征點Ni,j、Δli,j為特征點橫向弦距線之差、lti,j為成形特征點橫向弦距線、lmi,j為檢測特征點橫向弦距線,令:如果滿足式(3),則代表整塊板橫向成形良好,不需要再進行橫向火路二次加工。否則橫向下步火路坐標生成規(guī)則如下:條件1:匹配起點從Ni,0特征點為起點,分別從板寬正負方向進行匹配,在板寬正方向中,如果起點Ni,0滿足式(3),則進行Ni,1特征點的弦距線匹配,如果Ni,1不滿足式(3),此時設(shè)定該特征曲線上的該特征點為下步火路的其中一個坐標點,板寬的負方向的匹配規(guī)則同理。條件2:lti,j<lmi,j,則該特征點的坐標為帆形板下一步火路的一個坐標點,火路布置在鋼板正面,否則布置在背面,其火路坐標為上、下板各個特征點的連線(上板面上的特征點不能與下板面特征點相連)。規(guī)則1:各條相鄰的特征曲線Fi中不滿足式(3)的特征點Ni,j的坐標之間的連線為下步橫向修補火路。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)過這些特征曲線,以免出現(xiàn)過成形狀態(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,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,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:未成形縱向特征點有:Δh1-(i)和Δh2+,則這兩個特征點縱向火路坐標分別垂直于X軸正負方向燒至上下板邊,如圖1(f)所示。3實驗證實3.1鋼板檢測結(jié)果對廣船國際生產(chǎn)實際中的一張BG2-HA帆形板進行驗證,首先檢測經(jīng)過預(yù)輥壓鋼板曲面如圖2所示。由表1、表2可以得出檢測曲面橫向未成形特征點有:縱向未成形的特征點為:B3+和B3。橫向焰道位置及縱向焰道位置如表3所示。3.2鋼板曲面表達本文在VC++6.0開發(fā)環(huán)境下開發(fā)火路坐標生成算法模塊,根據(jù)檢測曲面與成形曲面之間的差異進行下步火路坐標的位置預(yù)報。由實驗數(shù)據(jù)記錄經(jīng)過預(yù)輥壓的鋼板曲面采用樣條曲面進行表達,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、縱向火路分別與實驗記錄的表3中的橫向及縱向火路坐標進行對比,顯然其預(yù)報的結(jié)果與實驗記錄的坐標基本吻合,即驗證了本文的算法的可行性。4檢測鋼板內(nèi)安裝輔助10d以上成像本文緊密聯(lián)系廣船國際生成實際,將工人在作業(yè)過程中對橫向及縱向火路的推算思路提升為機器算法,利用C/C++語言編寫程序?qū)⑵鋵崿F(xiàn)。最后驗證火路位置與實際生產(chǎn)基本吻合,可望在帆形板水火彎板下步火路坐標預(yù)報中得到實際的應(yīng)用,能起到大幅度提升在水火彎板機器人的自動化程度的作用。將成形曲面與檢測曲面的重心設(shè)為坐標原點,再根據(jù)檢測鋼板4個角點的三維點坐標求的兩對求得兩個向量r,s,根據(jù)數(shù)學(xué)解析幾何計算向量積。為統(tǒng)一坐標系,并將視覺坐標系平移到物理坐標系,通過機器視覺可以得到O坐標為(xo,yo,zo),坐標變換矩陣Matrixchange為:本文的縱向收縮成形方向為沿板長方向上的收縮成形,當(dāng)橫向火路加工完后才進行縱向檢測再對縱向未成形進行加工。以中間特征曲線與基線交點為起點向X軸正負向依次進行匹配:設(shè)Bi為基線上第i個特征點、hmi為檢