一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法及装置

摘要

本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法，通过对加工曲面和目标曲面进行分块并计算对应分块之间的角形变量，同时，通过对每列分块进行精度校验，使得加工曲面和目标曲面的分块更加精确，误差在可承受误差范围内，进而使得计算角形变量也更加精确，能明显提高工艺参数推理精度，从而提高外板成形效率，具有良好的实际应用价值，解决了测量加工前后的船体外边的角变形量的方法计算精度不高的技术问题。此外，本发明实施例还提供一种船体复杂外板成形空间角变形量计算装置。

说明书

技术领域

本发明涉及船体外板加工领域，尤其涉及一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法及装置。

背景技术

船体外板的自动化加工是提高生产效率，节约能源，减轻工人的劳动强度的必要手段。实现船体外板的自动化加工，首先需要知道的就是加工前后外板各个位置的角变形量，依据这个参数才能确定后续的加工过程。

目前，国内外的研究机构对该参数的自动生成已经有了相关的研究成果。例如广东工业大学提出过一种水火弯板角变形量测量方法及系统，主要针对加工前后焰道附近的相应的两个点连线的变化来计算角变形量，通过多个点对计算出的值取平均来预告焰道附近的总体变形量。

但相对而言，用于精确测量加工前后的船体外边的角变形量的方法还是太少,并且计算精度不高。目前实际生产当中的测量仍然停留在手工测量的方式上，因此提出一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法对于船体外板的自动加工过程是非常有必要的。

发明内容

本发明实施例提供了一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法及装置，用于解决测量加工前后的船体外边的角变形量的方法计算精度不高的技术问题。

本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法，包括：

S1：输入船体外板的加工曲面A的数据和目标曲面B的数据，设置最大允许误差△max；

S2：根据所述加工曲面A和所述目标曲面B的位置建立XYZ坐标系；

S3：对所述加工曲面A和所述目标曲面B进行分块；

S4：根据预设条件设定需要计算角形变量的分块，对所述需要计算角形变量的每个分块使用最小二乘法拟合生成垂直于xoz平面的拟合平面，根据所述拟合平面生成法向量；

S5：计算所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角，并记录为角形变量；

S6：对沿y轴方向的每列分块的角形变量进行精度校验并取得误差△，检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行步骤S3，若否，则执行步骤S7；

S7：将每个分块对应的角形变量输出至船体外板加工装置。

优选地，所述步骤S2具体包括：

比较加工曲面A和目标曲面B，选择加工曲面A相对目标曲面B未发生弯曲的一条边缘作为y轴；

以水平面上的一条垂直于y轴的线作为x轴；

z轴垂直于x轴与y轴。

优选地，所述步骤S3具体包括：

随机选择目标曲面B的平行于yoz平面的一条边缘线l₁，平行于xoz平面的一条边缘线l₂；

沿l₁每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₂每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将目标曲面B分割成一系列的分块；

随机选择加工曲面A的平行于yoz平面的一条边缘线l₃，平行于xoz平面的一条边缘线l₄；

沿l₃每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₄每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将加工曲面A分割成一系列的分块；

所述预设精度的初始值为0.1m。

优选地，所述步骤S4包括：

构造平面公式形式：Ax+Bz+C＝0；

使用分块内所有的点对所述平面公式使用最小二乘法求出A,B,C的值；

平面的法向量的参数为A、B、C的值。

优选地，所述步骤S5包括：

根据公式：

计算得到θ'；

根据判断条件：

如果θ'＞90°θ＝180°-θ'

如果θ'≤90°θ＝θ'

获得所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角θ，即角形变量；

其中，a1、a2、a3为所述加工曲面A的分块对应的法向量的参数，b1、b2、b3为相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量的参数。

优选地，所述步骤S6包括：

随机选择沿y轴方向的列中的五个分块对应的角形变量θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅；

将所述五个分块中的每个分块分割成相同大小的4个精度分块；

计算所述4个精度分块的角形变量并计算出所述4个精度分块的角形变量的平均值θ′₁,θ′₂,θ′₃,θ′₄,θ′₅；

根据公式：

计算出误差△；

检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行步骤S3，若否，则执行S7。

本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算装置，包括：

曲面设置模块，用于输入船体外板的加工曲面A的数据和目标曲面B的数据，设置最大允许误差△max；

坐标系建立模块，用于根据所述加工曲面A和所述目标曲面B的位置建立XYZ坐标系；

曲面分块模块，用于对所述加工曲面A和所述目标曲面B进行分块；

法向量计算模块，用于根据预设条件设定需要计算角形变量的分块，对所述需要计算角形变量的每个分块使用最小二乘法拟合生成垂直于xoz平面的拟合平面，根据所述拟合平面生成法向量；

角形变量计算模块，用于计算所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角，并记录为角形变量；

精度校验模块，用于对沿y轴方向的每列分块的角形变量进行精度校验并取得误差△，检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行曲面分块模块，若否，则执行输出模块；

输出模块，用于将每个分块对应的角形变量输出至船体外板加工装置。

优选地，所述曲面分块模块具体包括：

目标曲面边缘线确定单元，用于随机选择目标曲面B的平行于yoz平面的一条边缘线l₁，平行于xoz平面的一条边缘线l₂；

目标曲面分割单元，用于沿l₁每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₂每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将目标曲面B分割成一系列的分块；

加工曲面边缘线确定单元，用于随机选择加工曲面A的平行于yoz平面的一条边缘线l₃，平行于xoz平面的一条边缘线l₄；

加工曲面分割单元，用于沿l₃每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₄每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将加工曲面A分割成一系列的分块；

所述预设精度的初始值为0.1m。

优选地，所述角形变量计算模块具体包括：

中间角计算单元，用于根据公式：

计算得到θ'；

角形变量计算单元，用于根据判断条件：

如果θ'＞90°θ＝180°-θ'

如果θ'≤90°θ＝θ'

获得所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角θ，即角形变量；

其中，a₁、a₂、a₃为所述加工曲面A的分块对应的法向量的参数，b₁、b₂、b₃为相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量的参数。

优选地，所述精度校验模块具体包括：

分块选择单元，用于随机选择沿y轴方向的列中的五个分块对应的角形变量θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅；

分块分割单元，用于将所述五个分块中的每个分块分割成相同大小的4个精度分块；

分块角变形量计算单元，用于计算所述4个精度分块的角形变量并计算出所述4个精度分块的角形变量的平均值θ′₁,θ′₂,θ′₃,θ′₄,θ′₅；

误差计算单元，用于根据公式：

计算出误差△；

误差检测单元，用于检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行曲面分块模块，若否，则执行输出模块。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法，通过对加工曲面和目标曲面进行分块并计算对应分块之间的角形变量，同时，通过对每列分块进行精度校验，使得加工曲面和目标曲面的分块更加精确，误差在可承受误差范围内，进而使得计算角形变量也更加精确，能明显提高工艺参数推理精度，从而提高外板成形效率，具有良好的实际应用价值，解决了测量加工前后的船体外边的角变形量的方法计算精度不高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的一个实施例的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的另一个实施例的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的另一个实施例中用于说明加工曲面、目标曲面和坐标系的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的另一个实施例中用于说明角形变量计算的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法及装置，用于解决测量加工前后的船体外边的角变形量的方法计算精度不高的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的一个实施例，包括：

101：输入船体外板的加工曲面A的数据和目标曲面B的数据，设置最大允许误差△max；

102：根据所述加工曲面A和所述目标曲面B的位置建立XYZ坐标系；

103：对所述加工曲面A和所述目标曲面B进行分块；

104：根据预设条件设定需要计算角形变量的分块，对所述需要计算角形变量的每个分块使用最小二乘法拟合生成垂直于xoz平面的拟合平面，根据所述拟合平面生成法向量；

105：计算所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角，并记录为角形变量；

106：对沿y轴方向的每列分块的角形变量进行精度校验并取得误差△，检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行步骤103，若否，则执行步骤107；

107：将每个分块对应的角形变量输出至船体外板加工装置。

本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法，通过对加工曲面和目标曲面进行分块并计算对应分块之间的角形变量，同时，通过对每列分块进行精度校验，使得加工曲面和目标曲面的分块更加精确，误差在可承受误差范围内，进而使得计算角形变量也更加精确，能明显提高工艺参数推理精度，从而提高外板成形效率，具有良好的实际应用价值，解决了测量加工前后的船体外边的角变形量的方法计算精度不高的技术问题。

以上是对本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的另一个实施例，包括：

第一步：输入船体外板的加工曲面A的数据和目标曲面B的数据，设置最大允许误差△max；

第二步：根据所述加工曲面A和所述目标曲面B的位置建立XYZ坐标系；

第三步：对所述加工曲面A和所述目标曲面B进行分块；

第四步：根据预设条件设定需要计算角形变量的分块，对所述需要计算角形变量的每个分块使用最小二乘法拟合生成垂直于xoz平面的拟合平面，根据所述拟合平面生成法向量；

第五步：计算所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角，并记录为角形变量；

第六步：对沿y轴方向的每列分块的角形变量进行精度校验并取得误差△，检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行步骤第三步，若否，则执行第七步；

第七步：将每个分块对应的角形变量输出至船体外板加工装置。

请参阅图3，上述的第二步具体包括：

比较加工曲面A和目标曲面B，选择加工曲面A相对目标曲面B未发生弯曲的一条边缘作为y轴；

以水平面上的一条垂直于y轴的线作为x轴；

z轴垂直于x轴与y轴。

需要说明的是，坐标系的建立过程为选择曲面的未发生弯曲的一条边缘作为y轴，以水平面上的一条垂直于y轴的线作为x轴，z轴为竖直向上。

由于预计将加工曲面A进行加工后形成目标曲面B，因此目标曲面B事实上是加工曲面A经过加工变化之后的曲面，通过对比加工曲面A和加工曲面B，可以检测出加工曲面A的哪些边缘线是经过加工后发生了弯曲的，哪些边缘线是经过加工后没有发生弯曲的，据此，可以选择其中一条未发生弯曲的边缘线作为y轴。

假设加工曲面A是平躺在水平面上的，因此可以得出x轴。

上述的第三步具体包括：

随机选择目标曲面B的平行于yoz平面的一条边缘线l₁，平行于xoz平面的一条边缘线l₂；

沿l₁每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₂每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将目标曲面B分割成一系列的分块；

随机选择加工曲面A的平行于yoz平面的一条边缘线l₃，平行于xoz平面的一条边缘线l₄；

沿l₃每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₄每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将加工曲面A分割成一系列的分块；

所述预设精度的初始值为0.1m。

在第一次进行分块的时候，具体为：

a、首先找出目标曲面的平行于yoz平面的一条边缘线l1,平行于xoz平面的一条边缘线l2。

b、沿l1每0.1m在曲面上做一条平行与xoz平面的线，沿l2每0.1m在曲面上做一条平行于yoz平面的线，这样这些线将曲面分割成一系列的小块。

c、对加工曲面也进行同样的操作。

由此可推导出对预设精度进行更加细化的时候，分块也更加细化。

上述的第四步中的分块曲面的平面拟合方法包括：

构造平面公式形式：Ax+Bz+C＝0；

使用分块内所有的点对所述平面公式使用最小二乘法求出A,B,C的值；

平面的法向量的参数为A、B、C的值。

需要说明的是，根据预设条件设定需要计算角形变量的分块是指一般来说，有些分块的在加工之前和加工之后的变化并不大，因此不需要进行计算角形变量，而有些分块变化比较大，需要计算角形变量，因此需要对分块进行提取。而这个预设条件可以是判断分块变化程度的参数的变化大小，比如分块的距离y轴的距离值等。

请参阅图4，上述的第五步包括：

根据公式：

计算得到θ'；

根据判断条件：

如果θ'＞90°θ＝180°-θ'

如果θ'≤90°θ＝θ'

获得所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角θ，即角形变量；

其中，a₁、a₂、a₃为所述加工曲面A的分块对应的法向量的参数，b₁、b₂、b₃为相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量的参数。

需要说明的是，请参阅图4，由于预计将加工曲面A进行加工后形成目标曲面B，因此目标曲面B事实上是加工曲面A经过加工变化之后的曲面，那么加工曲面A与目标曲面B事实上存在对应关系，分割之后的各个分块也存在对应关系，那么可以清楚认识到，目标曲面B中的分块在加工曲面A中存在对应的分块，比如图4中的黑色的分块，就是对应的两个分块。在这两个分块上的法向量的夹角即为角形变量θ。

需要说明的是，(a₁,a₂,a₃)是加工前的加工曲面A的拟合平面的法向量，(b₁,b₂,b₃)是对应分块的加工后的目标曲面B的拟合平面的法向量，θ是得出的该分块的角变形量值。

上述的第六步包括：

随机选择沿y轴方向的列中的五个分块对应的角形变量θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅；

将所述五个分块中的每个分块分割成相同大小的4个精度分块；

计算所述4个精度分块的角形变量并计算出所述4个精度分块的角形变量的平均值θ′₁,θ′₂,θ′₃,θ′₄,θ′₅；

根据公式：

计算出误差△；

检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行第三步，若否，则执行第七步。

需要说明的是，预设精度的单位是m，初始值是0.1m，那么减小预设精度可以是根据预置的精度减小指令减小预设的精度减小值，比如0.01m，也就是说，减小之后的预设精度变成了0.09m。预设的精度减小值也可能是0.02m等等。

本发明实施例首先在输入的船体外板的目标曲面和加工曲面上建立坐标系，接着对目标曲面和加工曲面进行初次分块，然后依次对沿y轴的每列分块进行精度校验，将不满足的列中的每个分块进行进一步的分块，然后对分块后的每列重复该过程直到所有的列都满足精度要求。接着对每个分块使用最小二乘法拟合到垂直于xoz的平面；最后根据对应分块的法向量估算出该位置需要的角变形量。

本发明实施例可为外板成形加工中工艺参数的自学习推理提供精确的目标角变形量。该方法首先在输入的船体外板的目标曲面和加工曲面上建立坐标系，接着对目标曲面和加工曲面进行初次分块，然后依次对沿y轴的每列分块进行精度校验，将不满足的列中的每个分块进行进一步的分块，然后对分块后的每列重复该过程直到所有的列都满足精度要求。接着对每个分块使用最小二乘法拟合到垂直于xoz的平面，根据平面公式得出平面的法向量；最后根据对应分块的法向量估算出该位置需要的角变形量。将该方法应用于船体外板自动加工系统当中将明显提高工艺参数推理精度，从而提高外板成形效率，具有良好的实际应用价值。

以上是对本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算方法的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算装置的一个实施例进行详细的描述。

本发明实施例提供的一种船体复杂外板成形空间角变形量计算装置的一个实施例，包括：

曲面设置模块，用于输入船体外板的加工曲面A的数据和目标曲面B的数据，设置最大允许误差△max；

坐标系建立模块，用于根据所述加工曲面A和所述目标曲面B的位置建立XYZ坐标系；

曲面分块模块，用于对所述加工曲面A和所述目标曲面B进行分块；

法向量计算模块，用于根据预设条件设定需要计算角形变量的分块，对所述需要计算角形变量的每个分块使用最小二乘法拟合生成垂直于xoz平面的拟合平面，根据所述拟合平面生成法向量；

角形变量计算模块，用于计算所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角，并记录为角形变量；

精度校验模块，用于对沿y轴方向的每列分块的角形变量进行精度校验并取得误差△，检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行曲面分块模块，若否，则执行输出模块；

输出模块，用于将每个分块对应的角形变量输出至船体外板加工装置。

曲面分块模块具体包括：

目标曲面边缘线确定单元，用于随机选择目标曲面B的平行于yoz平面的一条边缘线l₁，平行于xoz平面的一条边缘线l₂；

目标曲面分割单元，用于沿l₁每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₂每隔预设精度在目标曲面B上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将目标曲面B分割成一系列的分块；

加工曲面边缘线确定单元，用于随机选择加工曲面A的平行于yoz平面的一条边缘线l₃，平行于xoz平面的一条边缘线l₄；

加工曲面分割单元，用于沿l₃每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于xoz平面的第一分割线，沿l₄每隔预设精度在加工曲面A上做一条平行于yoz平面的第二分割线，根据所述第一分割线和所述第二分割线将加工曲面A分割成一系列的分块；

所述预设精度的初始值为0.1m。

角形变量计算模块具体包括：

中间角计算单元，用于根据公式：

计算得到θ'；

角形变量计算单元，用于根据判断条件：

如果θ'＞90°θ＝180°-θ'

如果θ'≤90°θ＝θ'

获得所述加工曲面A的分块对应的法向量和相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量之间的夹角θ，即角形变量；

其中，a₁、a₂、a₃为所述加工曲面A的分块对应的法向量的参数，b₁、b₂、b₃为相应位置的所述目标曲面B的分块对应的法向量的参数。

精度校验模块具体包括：

分块选择单元，用于随机选择沿y轴方向的列中的五个分块对应的角形变量θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅；

分块分割单元，用于将所述五个分块中的每个分块分割成相同大小的4个精度分块；

分块角变形量计算单元，用于计算所述4个精度分块的角形变量并计算出所述4个精度分块的角形变量的平均值θ′₁,θ′₂,θ′₃,θ′₄,θ′₅；

误差计算单元，用于根据公式：

计算出误差△；

误差检测单元，用于检测所述误差△是否大于所述最大允许误差△max，若是，则减小预设精度并返回执行曲面分块模块，若否，则执行输出模块。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。