水火弯自动加工闭环系统中关键技术研究

【摘要】： 船体外板曲面大都是由复杂的不可展空间曲面构成，把钢板加工成这样的曲面，已经成为整个造船生产系统的瓶颈。目前，国内外船厂都采用水火弯板技术来加工船体外板曲面。水火弯板工艺的成型机理复杂，需要对加工后的钢板曲面进行检测和二次加工。手工经验的水火弯工艺模式已经远远满足不了现代造船生产的需要。因此，水火弯工艺自动化的研究成为当前需要解决的问题。本文对于水火弯自动加工闭环系统中的关键技术，进行了以下几方面研究： (1)水火弯加工后钢板曲面拟合研究 研究自动化水火弯闭环系统中加工后钢板曲面的表达问题。采用双三次样条插值函数法，在不同边界约束条件下，对给定离散数据的水火弯加工后钢板曲面进行了拟合研究。将VC的可视化界面与MATLAB强大的数值计算和图形显示能力相结合，建立了水火弯加工后钢板曲面拟合成型的计算机软件。 (2)水火弯加工后钢板曲面光顺研究 研究自动化水火弯闭环系统中加工后钢板曲面边缘的光顺问题。结合带约束条件的B样条曲线光顺算法和B样条曲面光顺原理，提出了B样条曲面约束光顺算法。该算法限定控制顶点的扰动幅度，同时控制曲面的形状变化，对水火弯加工后的钢板曲面的边界区域进行光顺处理，解决了边界的毛刺现象，得到了满足工程精度要求的光顺拟合曲面。 (3)水火弯加工后钢板曲面成型检测方法研究 研究自动化水火弯闭环系统中加工后钢板曲面的成型检测问题。利用曲面的微分几何特性，建立钢板曲面自身坐标系，使得测量钢板曲面和目标钢板曲面在钢板自身坐标系下达到了曲面的最佳匹配。基于禁忌搜索算法，提出了一种水火弯加工后钢板曲面成型误差检测法，即应用曲率法检验曲面形状误差，应用曲面匹配方法检验曲面尺寸误差。该方法对水火弯加工后钢板曲面的成型情况做出符合工程要求的判别。 (4)基于厚度表达的复杂钢板曲面精确展开方法研究 研究自动化水火弯闭环系统中提供二次加工信息的厚度钢板曲面精确展开问题。以钢板厚度、角变形和角变形量作为输入参数，中性层位移系数作为输出参数，建立BP神经网络模型。给出了一种准确的计算厚度钢板曲面展开角变形量的方法。基于曲面的可展性分析，给出伪直母线的定义，提出了一种新的区域划分算法，计算复杂钢板曲面展开线变形量。运用等距曲面的性质，提出一种同时考虑角变形量和线变形量的准确计算厚度钢板曲面展开的方法，为合理确定自动化水火弯二次加工参数提供指导。