船体曲面钢板成型自动化检测方法
船体复杂曲面板件成形方法及其适用性探讨
展 ］但 尚未 有成 功 应 用 于 船 体 大 型 曲 面成 形 的 ，
报道。
１ 金 属 板 材 复 杂 曲 面成 形 的三 种 基
本 机 理
在金 属板 材 的 冲 压 成形 中 ， 其变 形 机 理 分 为
另一种 渐变 式 板 材 成 形 方法 ， 是我 国许 多 中 小 船 厂使 用 的万 能 弯板 机 ， 曾经 被 称 为 是 一种 它
果 。
形压 力机 的基 础 上 ， 林 工 业 大学 李 明哲 等 人 对 吉 无模 多点 成 形 技术 进 行 了较 为 系统 的研 究 ］ 研 ， 制 出 了集 Ｃ ＡＤ／ ＡＭ／ ＡＴ 于 一 体 的 板 材 无 模 Ｃ Ｃ
多 点成形 压 力机 样 机 ， 目前 正 向推 广 应 用方 面发
复杂 ， 它是 以收 缩 变形 为 主 的成 形 方 法 。它 对 但 于那 些 在需要 通 过 收 缩 变 形来 实 现 成 形 的 曲板 ， 尤 其是 较厚板 材 的帆 形板 、 马鞍 形板 的成 形来 说 ， 多 年 的研 究 和 实 践 已 充 分 经 证 明 了 它 的 实 际 效
三种 是兼 有压 缩 类 和伸 长类 变 形 特 点 的成 形 ， 即
在不 同的变形 区内变形 方式 不 同 。
同样 ， 属板 材复 杂 曲面 的无模 渐变 成形 中， 金
也 是利 用 了这几 种变 形机 理 。 线 加热 成形 加 工 方 法 属 于 热拱 曲 加 工［ ， ６ 是 ］ 合 理地 利用 金属 板局 部受 高温 时膨 胀被 周 围冷金
乙炔焰 流 、 电磁 热 、 激光束 和 等 离子 弧 等［［ 几个 ３ Ｊ］
阶段 的研 究和 发展 。 在 ２ Ｏ世 纪 ７ Ｏ年代 日本 造船 界研 究 的多点 成
一种船舶曲板成形便携式三维视觉检测系统及方法[发明专利]
![一种船舶曲板成形便携式三维视觉检测系统及方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/45187baccf84b9d528ea7aed.png)
专利名称：一种船舶曲板成形便携式三维视觉检测系统及方法专利类型：发明专利
发明人：朱元超,王霄,李品,刘会霞,严长
申请号：CN202010745407.2
申请日：20200729
公开号：CN111982021A
公开日：
20201124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种船舶曲板成形便携式三维视觉检测系统及方法，涉及三维检测领域，所述系统包括卡片式电脑、触摸屏、图像采集装置、主动光投射装置、电路控制装置和供电装置；所述方法基于三维视觉检测技术，借助主动光投射装置，对船舶曲板肋位线进行扫描，通过对图像采集装置采集的图像进行处理和船舶曲板理论模型进行解析，提取曲板肋位线处的测量点云和理论点云，通过自动识别特征点三维变换算法和ICP配准算法对测量点云和理论点云进行配准，最后利用偏差计算技术得到曲板肋位线处的成形偏差，并通过报表显示。
本发明与传统的三角样板手工对样检测方法相比，具有检测效率和精度高、检测结果可量化、便携、操作简单，大幅度降低了检测成本。
申请人：江苏大学
地址：212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
国籍：CN
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感应加热实现板材弯曲成型的试验
感应加热实现板材弯曲成型的试验周宏;易斌;熊家炜;王江超;郑新建【摘要】针对船体板材弯曲成型中存在的精度控制和智能建造不足等问题,基于25 kW新型感应加热成套设备,对6～8 mm的船用钢板材进行感应加热弯曲成型试验.使用K型热电偶和高精度的温度无线实时测量系统对板材感应加热过程的温度热循环进行数据采集,分析感应加热线圈移动速度对板材加热温度的影响,基于理论分析并采用不同的加热路径,分别获得马鞍形和帆形等弯曲形状板材;应用高精度3坐标定位仪,测量得到沿着纵向和横向的面外弯曲变形,试验及测量结果表明,感应加热精准可控,自动化程度高,易于实现板材弯曲成型的智能建造.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2019(048)001【总页数】4页(P33-36)【关键词】感应加热;板材弯曲成型;鞍形板;帆形板【作者】周宏;易斌;熊家炜;王江超;郑新建【作者单位】江苏科技大学海洋装备研究院,江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉430074;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;湖北工业大学机械工程学院,武汉430068【正文语种】中文【中图分类】U671.6船体外板结构，特别是艏艉等特殊部位，多采用复杂双曲率板材进行建造；板材弯曲成型的精度和效率直接影响着船舶生产的成本和周期。
当前，船体曲面弯板成型的工艺方法主要有：冷弯成型和热弯成型。
由于冷弯机械设备的差异，冷弯成型又可分为三辊卷制成型、专用胎膜压制成型和可调节多膜头压制成型等；而热弯成型根据热源形式不同，又可分为氧-乙炔火焰加热成型(水火弯板)[1-2]、感应加热成型[3-4]及激光加热弯曲成型[5]等。
大连理工大学开发的水火弯板加工控制软件系统，具有船体外板精确展开计算、水火弯板变形快速预测、船体外板水火加工工艺参数优化、并与船舶设计软件 Tribon 系统相连接，可根据任务要求建立相应模块和系统结构流程。
型钢成形后的精度检测方法
NA V AL ARCHITECTURE AND OCEAN ENGINEERING 船舶与海洋工程2020年第36卷第5期（总第135期）DOI：10.14056/ki.naoe.2020.05.009型钢成形后的精度检测方法罗萍萍，俞 峰，张国新，朱 军（江南造船（集团）有限责任公司，上海201913）摘要：在船体零件加工过程中，采用人工目测的方法对型钢成形之后的精度进行检测，存在速度慢和周期长等问题，制约着船体零件的快速加工。
针对该问题，通过对型钢成形精度检测现状进行分析，提出智能检测方案，开发智能检测系统。
以实船产品为研究载体，对多种类型、多种规格的型钢成形之后的精度检测进行试验。
结果表明，采用该新型检测方法能保证型钢成形之后精度检测的快速性和准确性，达到提升船舶建造精度和效率的目的。
关键词：制造工艺；型钢成形；智能检测；精度测量中图分类号：U671.3；U671.99 文献标志码：A 文章编号：2095-4069 (2020) 05-0046-05Precision Inspection Method for Profile Steel after FormingLUO Pingping, YU Feng, ZHANG Guoxin, ZHU Jun（Jiangnan Shipyard (Group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China）Abstract:Manual visual inspection is still used in the process of hull parts processing to check the precision of the profile steel after forming. It has the problems of slow speed, long inspecting period and low efficiency, which impedes the rapid processing of hull parts. To solve the problem, this paper analyzes the precision inspection status of formed profile steel and proposes an intelligent inspection solution for the development of the intelligent inspection system.Some of the ship products are taken as the research object to carry out precision inspection tests for the formed profile steel of different types and different specifications. The result shows that the new measuring technology can ensure the rapid and precise inspection of the formed profile steel so as to improve the accuracy and efficiency of ship construction.Key words:manufacturing technique; profile steel forming; intelligent inspection; precision measurement0引言船体形状主要由肋骨线型决定，因此肋骨加工成形质量直接影响船体建造质量[1]。
一种船体外板自动成形检测方法
ｗｅｌａ ｈ ｉ ｔ ｒ ｉｎ ｏ ｈ ｒ ｃ ｓ ｅ ｕ ｌ ｈ ｌ ｐ ａ ｅ ｃ ｎ ｂ ｏ ｌ ｓ ｔ ｅ ｄ ｓ ｏ ｔ ｆｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｈ ｌ ｓ ｅｌ ｌ ｔ ａ ｅ ｃ ｍｐ ｔ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｏ ｕ ｅ ｎ ｎ ｌ ｚ ｄ，ｉ ｒ ｅ ｏ ｇ ｔｔ ｅｒ ｆ ｒ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｈ ｅｅ —
ｅ ｃ ｄ ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｆ ｒ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｕ ｌｓ ｅ ｌ ｌｔ ｅ ｏ ｄ ｒ ｒ ｃ ｓ 、 ｎ ｅ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｏ ｈ ｒ ｃ ｓ ｉｇ ｈ ｌ ｈ ｌ ｐ ａ ｅ ｉ ｓ ｃ ｎ ａ ｙ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｎ
Ｋｅ ｒ ｓ ｕ ｌ ｈ ｌ ｐａ ｅ ｒ ｃ ｓ ；ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ ｒ ｍｅ ｌ ｅ ｏ ｒ ｉａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ． ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ｌ ｓ ｅｌ ｌ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ；ｆａ ｉ ；ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｏ ｖ ｒ ｉｎ ｓ ｏ ｎ
ｏ ｅ ｉｓ ｏ ｉｃ ｅ ｅ ｐ ｉ ｔ ｃ ｔ ｄ ｏ ａ ｈ ｆ ａ ｎ ｔ ｅｓ ｒａ ｅ Ｏ ｔ ａ ｈ ｏ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｏ ｈ ｌｔ ａ ｅ ｎ ａ ｓ ｒ ｆ ｓ ｒ ｔ ｏ ｎ ｓｌ ａ ｅ ｎ ｅ ｃ ｒ ｍｅｏ ｈ ｕ ｆ ｃ ，Ｓ ｈ ｔｔ ｅｗｈ ｌ ｕ ｆ ｃ ｆｔ ｅｐ ａ ｅ ｃ ｎ ｂ ｅ ｄ ｏ
船体 外板 自动加 工成 形后 的检测 是数 控弯 板 十分 关键 的技 术 ， 系到 船板成 形精 度 ， 关 即整个 船 体 型线 的准确 度 。本 文所 介绍 的方 法对 中小 曲率 的冷加 工成形 外板 检测 效果较好 。 ｊ 本 方法 的硬件 基础 是安装 在直 角坐标 机械 手 上 的激光 传感 器 ， 以进 行数据 采集 ， 用 尤其 适合 冷 加 工板材 表 面 的检 测 。与 传 统 的卡 尺 测 量 相 比， 本 方法 不需要 在 外板 上 打 冲 眼 ， 既保 证 了外 板 的 完好 性 ， 又大 大提 高 了测量 效 率 ； 同时 ， 还可 以消 除 由于 仪器 与标记块 之 间 的接 触不 当而 引起 的误
三维曲面船体外板成形加工的新方法
三维曲面船体外板成形加工的新方法王呈方1胡勇1李继先1张灿勇2范正勇2马军伟2（武汉理工大学交通学院1） 430063） （山东硕力机械制造有限公司2） 210007）A Novel Forming Method for 3D Ship Hull Forming Wang Chengfang Hu Yong Li Jixian Zhang Canyong Fang Zhengyong Ma Junwei School of Transportation, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063 1)Shandong Shuoli Machinery Manufacturing Co. Ltd, Shandong 210007 2)Abstract: Different from traditional line-heating forming and rolling forming for ship hull plate in shipyard, a novel forming process for 3D ship hull plate is proposed in the paper. It is multi-point forming mechanism with square press heads, which is reconfigurable die. By adjusting the height of each press head, the upper die and lower die can form. The plate can stamped by the dies. The paper presented the composite and working principle, and experiments for the sail-shaped plate and saddle-shaped plate forming were carried out. The results show it is practical.Keywords: ship hull plate; forming; doubly curvature; reconfigurable die；shipbuilding摘要：国内外船厂通常采用人工操作压力机与水火弯曲相结合的方式进行双曲度船体外板加工，这种方式生产效率低、质量差、环境差，成为造船过程中的瓶颈。
船体曲形外板成形加工的无模检验方法分析
船体曲形外板成形加工的无模检验方法分析◎ 马本德 胡文 南昌市交通运输综合行政执法支队摘 要：船体曲板所采取检验方法以样箱检验、手工检验为主，上述方法虽具有技术成熟、结果可直观显示的优点，但也存在着较为明显的不足。
文章以船体曲板为研究对象，首先叙述了该类构件的质量标准、检验技术和注意事项，其次设计了相应的检验系统，再次围绕无模方法展开了讨论，内容主要涉及测量定位、检验过程和数据处理等方面，最后结合研究结论对该方法的发展趋势进行了预测。
希望能够给人以帮助，为类似项目的高效开展提供参考。
关键词：无模检验；船体加工；曲形外板；GPS定位新阶段，船舶制造业已基本实现流水化加工，曲板外形较为特殊，需要对其进行成形检验，而现有检验方法存在周期长和效率低等问题，由此可见，以既有信息技术为基础，对船体曲板检验设备与方法进行研发势在必行，此举能够有效提高检验的速度，推动船舶制造业朝着数字化、绿色化的方向快速前进。
本文所研究课题的现实意义不言而喻。
1.船体曲形外板检验技术与要求1.1质量标准近几年，曲板常规检验技术自动化水平低、材耗量大以及对检验人员能力要求较高等不足逐渐显露出来，现已无法满足造船行业所提出的要求。
在此背景下，无模检验应运而生，该方法强调以GPS定位原理为基础，利用超声波、电磁波完成检验工作。
事实证明，该方法可有效弥补传统方法的不足，在保证检验结果准确的前提下，使检验速度得到大幅提升。
在使用该方法开展检验工作前，先要了解有关部门针对船体曲板所制定质量标准，具体见表1。
1.2检验技术近几年，国内光电传感、信息技术快速发展，曲面检验技术也因此而展现出了高效、多元化和数字化的特征，多所高校均加入研发全新检验技术的阵营，并且取得了相应的成果，例如，通过双目传感器对曲面进行无损检测，根据图像灰度建立模型并完成检验，使用激光束跟踪扫描曲面等[1]。
根据曲面和检验探头的位置关系，可以将现有检验技术分成两类，分别是非接触检验、接触检验，若以检验原理为依据，则能够将检验技术划分成断层扫描、激光三角、电磁波测距等几大类，其中，超声波/电磁波测距的使用频率相对较高，本文主要围绕该项技术展开讨论，以供参考。
船舶曲面板列焊接自动化
造 船 技 术
Ｍ ＡＲ Ｉ Ｎ Ｅ Ｔ ＥＣ Ｈ Ｎ ０Ｌ０Ｇ Ｙ
ＮＯ． ２
Ａ ｐｒ ．， ２ ０１ ７
船 舶 曲面 板 列 焊 接 自动 化
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｘ ｅ ｄ ｐ ｉ ｎ ｔ ｙ ｐ ｅ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｒ ａ ｍｅ ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｏ ａ ｘ ｉ ｓ ｒ ｏ —
ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｙ ｉ Ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｄ ｆ ｒ ａ ｍｅ ．Ｔｈ ｅ Ｐ Ｉ Ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｔ ｅ ｅ ｈ — ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｄ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍｎ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｉ ｎ —
李 高进 ，伍 朝 晖 ，徐 宝 东 ，杨 龙 飞。 ，苏娟 娟 ，张剑 锋
（ １ ． 上 海 船 舶 工 艺 研 究 所 ，上 海 ２ ０ ０ ０ ３ ２ ； ２ ． 江南造船 （ 集团） 有 限责 任 公 司 ，上 海 ２ ０ １ ９ １ ３ ）
摘要探 讨采用定点支柱 Nhomakorabea可调曲形胎架 、 两轴 旋 转 变位 胎 架 和机 械 自动 化 焊接 装 备 组 成 的 模 拟 系统 ，
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大连理工大学
硕士学位论文
船体曲面钢板成型自动化检测方法研究
姓名：徐业峻
申请学位级别：硕士
专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：刘玉君;邓燕萍
20071201
船体曲面钢扳成型自动化检测方法研究
长度，加热线宽度。
加热线形状，加热速度），边界条件（两端自由，两端支撑，四角支撑），冷却方式（正面水冷，背面水冷，空冷）等。
船体双曲度外板根据形状一般可分为帆形板（如图１．１【２’）和鞍形板（如图１．２１２１）两类。
图１．１船体帆形外板Ｆｉｇ…１１ＳｈｅｌｌｃｏｎｃａＶｅｐｌａｔｅ
图１．２船体鞍形外板Ｆｉｇ．１．２Ｓｈｅｌｌｓａｄｄｌｅｐｌａｔｅ
两类双曲度外板的加工，船厂常用的方法是先由辊弯机（如图１．３）预辊压出钢板的单向曲率，而另一方向的曲率则由水火弯板加工实现。
图１．３三轮辊弯机示意图
Ｆ／ｇ．１．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｒａｗｉｎｇｏｆｔｈｒｅｅ－ｗｈｅｅｌｒｏｌｌｅｒｍａｃｈｉｎｅ
一２一
大连理Ｔ大学硕士学位论文
１．３国内外研究现状
１．３．１水火弯板检测状况
目前，对于船体外板的成型情况，船厂～般采用的样板（如图１．４嘲）或样箱（如图１．５ｔ２１）进行检测。
图１．４船体外板样板成型检测
Ｆｉｇ．１．４Ｐｌａｔｅｆｏｒｍｉｎｇｉｎｓｐｅｃｔｅｄｂｙｔｅｍｐｌａｔｅ
图１．５船体外板样箱成型检测
Ｆｉｇ．１．５Ｐｌａｔｅｆｏｒｍｉｎｇｉｎｓｐｅｃｔｅｄｂｙｓｈａｐｅｂｏｘ
人工卡样板检验是目前各国在水火弯板工艺中所普遍采用传统方式，一般在加工曲面布置几道样板，通过熟练工人来检测钢板曲面的横向曲率、纵向曲率、扭曲，来判定钢板的成型情况。
横向曲率检测就是检测样杆底端到钢板表面的距离。
纵向曲率检测就是检测样板是否在一条水平线上。
对于扭曲情况的判断，熟练工人主要看样板是否平行。
人工卡样板检验【４ｌ存在很多缺点，具体表现为以下几个方面：
１）模板检验实际上只是控制面上若干个截面曲线的形状误差，有限个截面曲面并不能完全表征整张曲面的形状误差；
２）模板式评价需要入的主观参与，难以与自动控制系统进行信息化交流；
３）工作环境差，效率低。
１，３．２自由曲面检测状况
目前，随着ＣＩＭＳ的推广应用，企业在向柔性化、自动化发展的进程中，提出了对计算机辅助质量（ＣＡＱ）系统的需求。
计算机辅助检测计划系统已成为ＣＡＱ系统的重要组成部分，它的核心问题就解决如何检测零件。
三坐标测量机是重要的检测手段，
大连理工大学硕士学位论文
２．２．６数据处理算法验证
为了验证点云数据预处理方法的有效性，作者利用激光扫描技术从本实验室的帆型曲面钢板上提取部分点云数据，利用Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋来实现对点云数据的去除噪音点，进行数据的平滑以及重采样技术处理。
滤波前后以及重采样的图形，如图２．８－２．１１。
图２．８带噪音的测量点云
Ｆｉｇ．２．８Ｔｈｅｄａｔａｃｌｏｕｄｗｉｔｈｎｏｉｓｅ
图２．９点云放大图
Ｆｉｇ．２．９Ｔｈｅｚｏｏｍｏｕｔｏｆｃｌｏｕｄｄａｔａ
船体曲面钢板成型自动化检测方法研究
图２．１０无噪音点云数据
Ｆｉｇ．２．１０Ｄａｔａｗｉｔｈｏｕｔｎｏｉｓｅ
图２．１１重采样点数据
Ｆｉｇ．２．１１Ｎｅｗｓａｍｐｌｉｎｇｄａｔａ
—１８一
大连理工大学硕士学位论文
图３．３鞍马曲面
Ｆｉｇ．３．３Ｓｈｅｌｌｓａｄｄｌｅｓｕｒｆａｃｅ一３１．
船体曲面钢板成型自动化检测方法研究
表４．１空间点到曲面的计算结果
Ｔａｂ．４．１Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｐａｃｅｐｏｉｎｔｔｏｓｕｒｆａｃｅ
曲面外点值理论计算逼近计算一——
Ｘ＝０００．００００００
Ｙ－－１０８．３０４５４４８．２１５０９８
Ｚ＝．１２０—９９．６５４５７６－９９．６４０６７１——
图４．６点到曲面的距离
Ｆｉｇ．４．６Ｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｐｏｉｎｔｔｏｓｕｒｆａｃｅ
４．２．３变换矩阵的计算
应用点列进行匹配，通过迭代得到数据点集间的最优匹配参数。
在ＩｃＰ算法中，每一ＩＣＰ方法第３步采用最优化解析方法计算Ｐ与Ｑ之间的变换对两模型中的对次迭代（设为第ｋ次）都对应一组最佳变换矩阵僻‘，ｒ），因此最佳变换矩阵的计算每次迭代都将进行一次。
我们只考虑两模型对应点之间存在刚体变换关系的情况，即
Ｐ－ＲＰ＋丁（４．９）式中Ｒ为３＊３向量。
目标函数就是要找到最优的Ｒ和Ｔ，使得函数最小：
．．２
层＠）·：｜；ＩＩＥ．‘Ａ＋ｒ卜鼋１０（４·ｌｏ）关予这个最优问题，相应的主流方法有三种：基于ＳＶＤ奇异值分解法、基于正交分解法、基于四元数法，他们都是用最小二乘的思想来求取矩阵Ｒ和Ｔ，它们的区别仅在于两点：旋转矩阵Ｒ的不同表示方法和数学计算过程采用不同的数值计算方法。
在上。