大曲率帆形板电火花弯板火路坐标参数生成方法

大曲率帆形板电火花弯板火路坐标参数生成方法

随着现代造船模式的转变，根据经验，火卷发泡板的火焰法需要很长时间，其加工质量变化很大。大曲率帆形板水火弯板火路自动加工设备的研制和应用日益成为一项急待解决的任务。目前,针对大曲率帆形板不易一次加工成形问题,需要对这种大型且曲率较大的帆形板进行二次检测及加工以进一步提高水火弯板机的自动化程度和更进一步降低工人劳动强度。本文主要针对大曲率帆形板,研究将检测曲面与成形曲面的差异进行匹配对比为依据,结合广船国际生产实际,对检测曲面钢板二次加工至成形曲面的火路进行决策。决策与实验结果对比分析表明:本文所用的算法决策出的下一步火路坐标与实际相符,可望在水火弯板机的火路决策中得到实际应用。1国内外对铁路运营的研究现状1.1加工工艺参数对废水变形的规律分析,提出了数值模拟的热大连理工大学依据工人的加工经验确定火路布置,然后再确定其余各加工工艺参数;上海交通大学研究水火弯板过程中的温度场及变形场并运用数值模拟的方法分析水火弯板加工工艺参数与变形的规律,最后得出了确定加工工艺参数下的单条火路所能产生的变形及相应得到的收缩量;2006年广东工业大学采用多轴运动控制系统和三维立体成型的加工方法研制出了一种水火弯板机。该弯板机可以加工曲率相对较小的帆形板的火路,一旦钢板曲率加大,其火路曲度也相应增大,则该弯板机无法完成加工要求。1.2热压工艺参数对板翻身的控制日本早在二十世纪五六十年代就开始了对此工艺的探索,并研制出了一台曲板成形的自动化加工装置IHI-α。该装置可自动计算出加热路径,除了钢板翻身需要人工干预外,全部实现了自动化;Joo-Sung提出一种根据外板所需要加工成形曲面的曲率来确定火路,直接由高斯曲率确定火路,而来确定火路的布置;LeeJ.S.等的研究是通过计算外板展开所产生的变形,根据变形和加工工艺参数间的关系来确定火路布置及其余加工工艺参数;韩国汉城大学开发了基于关系数据库管理系统及面向对象技术的水火弯板加工信息系统,但其设计的喷头加热方式不利于大曲率钢板的自动化加工。2火路坐标生成算法2.1生成火路方法利用机器视觉系统将预辊压后的钢板曲面进行三维检测扫描,获取钢板三维点云数据后进行坐标转换,将检测曲面与成形曲面在同一坐标系下进行对比,获取成形曲面特征曲线与检测曲面相应特征曲线的交点坐标,最后根据成形与检测曲面间特征点的弦距线匹配规则生成火路,具体方法如下面分析。2.2成形钢板与检测钢板的对比取头尾板边的中点连线方向为x轴,再利用(1)式对x与z进行向量积便可得y轴。最后将成形钢板与检测钢板在这个坐标系中进行对比,如图1(a)所示。对于一张新扫描后的三维坐标点云数据与变换矩阵Matrixchange相乘就可以将所有坐标转换为物理坐标系内的坐标,这样就可以与实际提供的成形曲面坐标进行对比。2.3横向下步火路标定本文的横向收缩成形方向为沿板宽方向上的收缩成形,如图1(b)所示,根据生产实际,判别钢板横向成形一般根据其特征线Fi,其中,i=0,1,…,n,一般i为4即取4条特征线。如图1(c)所示,设检测曲面第i条特征曲线Fi的第j个特征点Ni,j、Δli,j为特征点横向弦距线之差、lti,j为成形特征点横向弦距线、lmi,j为检测特征点横向弦距线,令:如果满足式(3),则代表整块板横向成形良好,不需要再进行横向火路二次加工。否则横向下步火路坐标生成规则如下:条件1:匹配起点从Ni,0特征点为起点,分别从板宽正负方向进行匹配,在板宽正方向中,如果起点Ni,0满足式(3),则进行Ni,1特征点的弦距线匹配,如果Ni,1不满足式(3),此时设定该特征曲线上的该特征点为下步火路的其中一个坐标点,板宽的负方向的匹配规则同理。条件2:lti,j<lmi,j,则该特征点的坐标为帆形板下一步火路的一个坐标点,火路布置在钢板正面,否则布置在背面,其火路坐标为上、下板各个特征点的连线(上板面上的特征点不能与下板面特征点相连)。规则1:各条相邻的特征曲线Fi中不满足式(3)的特征点Ni,j的坐标之间的连线为下步横向修补火路。规则2:各条相邻的特征曲线中如果存在成形良好的特征曲线,则下步火路不经过这些特征曲线,以免出现过成形状态。如图1(d)中,特征线F1、F2和F3分别有ΔL1,1+和ΔL1,2-、ΔL2,2+和ΔL2,1-、ΔL3,1+和ΔL3,2-未成形特征点,并且F1、F2和F3相连,因此满足规则1,则生成如图1(d)所示的横向火路。图1(e)中特征线F1和F3分别有ΔL1,1+-和ΔL1,2-、ΔL3,1+和ΔL3,2-未成形特征点,并且F1和F3不相连,因此满足规则2生成如图1(e)所示的横向火路。2.4纵向火路稳定性则其纵向火路生成规则:未成形纵向特征点有:Δh1-(i)和Δh2+,则这两个特征点纵向火路坐标分别垂直于X轴正负方向烧至上下板边,如图1(f)所示。3实验证实3.1钢板检测结果对广船国际生产实际中的一张BG2-HA帆形板进行验证,首先检测经过预辊压钢板曲面如图2所示。由表1、表2可以得出检测曲面横向未成形特征点有:纵向未成形的特征点为:B3+和B3。横向焰道位置及纵向焰道位置如表3所示。3.2钢板曲面表达本文在VC++6.0开发环境下开发火路坐标生成算法模块,根据检测曲面与成形曲面之间的差异进行下步火路坐标的位置预报。由实验数据记录经过预辊压的钢板曲面采用样条曲面进行表达,如图2所示;横向火路生成如图3(a所示、纵向火路生成如图3(b)所示,最后将图3(a)及图3(b)中生成的横、纵向火路分别与实验记录的表3中的横向及纵向火路坐标进行对比,显然其预报的结果与实验记录的坐标基本吻合,即验证了本文的算法的可行性。4检测钢板内安装辅助10d以上成像本文紧密联系广船国际生成实际,将工人在作业过程中对横向及纵向火路的推算思路提升为机器算法,利用C/C++语言编写程序将其实现。最后验证火路位置与实际生产基本吻合,可望在帆形板水火弯板下步火路坐标预报中得到实际的应用,能起到大幅度提升在水火弯板机器人的自动化程度的作用。将成形曲面与检测曲面的重心设为坐标原点,再根据检测钢板4个角点的三维点坐标求的两对求得两个向量r,s,根据数学解析几何计算向量积。为统一坐标系,并将视觉坐标系平移到物理坐标系,通过机器视觉可以得到O坐标为(xo,yo,zo),坐标变换矩阵Matrixchange为:本文的纵向收缩成形方向为沿板长方向上的收缩成形,当横向火路加工完后才进行纵向检测再对纵向未成形进行加工。以中间特征曲线与基线交点为起点向X轴正负向依次进行匹配:设Bi为基线上第i个特征点、hmi为检