曲板的多点冷弯成形方法与流程

1.本技术涉及船舶制造技术领域，特别是涉及一种曲板的多点冷弯成形方法。


背景技术：

2.多点冷弯成形是取代传统冷弯模具的一种先进的曲板加工技术，可根据原始的曲板设计数据自动生成柔性模具，完成复杂形状曲板的快速冷加工。该技术具有使用范围广，加工速度快，精度高等特点。这种先进的数字化加工技术需经过模具调形、曲板送料、曲板弯压、曲面测量、加工修正、曲板出料等步骤。
3.在送料过程中目前采用永磁吊吸附钢板，由于不是采用刚性固定，故将曲板送至压模处定位过程中，不可能完全准确。而且压模调形完成后，具有一定的形状，与待加工板材(如平板)等存在有较大的形状差，在板材脱离磁吊后，不可避免地存在少量滑移，反复调整则效率较差。此外，由于存在回弹，某冲压段的冲压需要多次完成，在一次冲压过程中，板材可能存在滑移或由于板材初始形状与目标形状差别大，定位计算时误差较大，故在后次冲压时，需要对定位作调整。
4.需要一种曲板的多点冷弯成形方法，以保证被压曲板与压模的紧密贴合，减少人工依赖，提高加工精度，解决现场安全及加工定位难的问题。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种多点冷弯成形方法，用于解决现有多点冷弯过程中曲板定位难的问题。
6.第一方面，本技术提供一种曲板的多点冷弯成形方法，应用于三维数控弯板机，所述三维数控弯板机包括上压模和下压模，所述曲板的多点冷弯成形方法包括：
7.获取曲板理论模型；
8.在所述曲板理论模型上选取不共面的至少4个点，作为目标特征点；
9.在曲板实物上标记多个实际特征点，各所述实际特征点之间沿所述曲板实物表面的相对距离与各所述目标特征点之间沿所述曲板理论模型表面的相对距离一一对应；
10.测量所述曲板实物表面相对于所述下压模的三维坐标，得到曲板实物模型；
11.对所述曲板理论模型和/或所述曲板实物模型进行平移和/或旋转的坐标变换，使所述实际特征点与所述目标特征点配准，得到位置变换参数；
12.根据所述位置变换参数对所述下压模调形，得到调形后的下压模；
13.利用所述调形后的下压模冲压所述曲板。
14.在第一方面的一种实现方式中，当所述曲板的长度小于3m时，所述目标特征点的数量为4个；当所述曲板的长度大于3m时，将所述曲板划分为多个加工区段，每个所述加工区段内的所述目标特征点的数量为4个。
15.在第一方面的一种实现方式中，所述曲板的长度小于3m，在所述曲板的进料方向上，所述下压模的长度为l；所述曲板具有沿顺时针方向排布的第一顶点、第二顶点、第三顶
点、以及第四顶点，从所述第一顶点到所述第二顶点的方向为进料方向；所述目标特征点包括：
16.第一目标特征点，位于所述第一顶点和所述第二顶点所在的曲板边缘线上，且所述第一目标特征点与所述第二顶点的距离为k1
×
l，其中1/2《k1《3/4；
17.第二目标特征点，位于所述第二顶点和所述第三顶点所在的曲板肋位线的中点；
18.第三目标特征点，位于所述第三顶点和所述第四顶点所在的曲板边缘线上，且所述第三目标特征点与所述第三顶点的距离为k2
×
l，其中1/2《k2《3/4；
19.第四目标特征点，位于所述第一目标特征点和所述第三目标特征点所在的曲板肋位线的中点；
20.所述实际特征点包括：
21.第一实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第一实际特征点与所述第一目标特征点的位置对应；
22.第二实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第二实际特征点与所述第二目标特征点的位置对应；
23.第三实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第三实际特征点与所述第三目标特征点的位置对应；
24.第四实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第四实际特征点与所述第四目标特征点的位置对应。
25.在第一方面的一种实现方式中，所述曲板的长度大于3m；在所述曲板的进料方向上，所述下压模的长度为l；所述曲板具有沿顺时针方向排布的第一顶点、第二顶点、第三顶点、以及第四顶点，从所述第一顶点到所述第二顶点的方向为进料方向；所述目标特征点包括：
26.第一目标特征点，位于所述第一顶点和所述第二顶点所在的曲板边缘线上，且所述第一目标特征点与所述第二顶点的距离为k1
×
l，其中1/2《k1《3/4；
27.第二目标特征点，位于所述第二顶点和所述第三顶点所在的曲板肋位线的中点；
28.第三目标特征点，位于所述第三顶点和所述第四顶点所在的曲板边缘线上，且所述第三目标特征点与所述第三顶点的距离为k2
×
l，其中1/2《k2《3/4；
29.第四目标特征点，位于所述第一目标特征点和所述第三目标特征点所在的曲板肋位线的中点；
30.第五目标特征点，位于所述第一顶点和所述第二顶点所在的曲板边缘线上，且所述第五目标特征点与所述第二顶点的距离为k3
×
l，其中1《k3《5/3；
31.第六目标特征点，取所述第一顶点和所述第二顶点的中点为特征参考点，所述特征参考点所在的曲板肋位线的中点为所述第六目标特征点；
32.第七目标特征点，位于所述第三顶点和所述第四顶点所在的曲板边缘线上，且所述第七目标特征点与所述第三顶点的距离为k4
×
l，其中1《k4《5/3；
33.第八目标特征点，位于所述第五目标特征点和所述七目标特征点所在的曲板肋位线的中点。
34.以所述第二目标特征点和所述第四目标特征点的中点为第一中心点，以所述第二实际特征点和所述第四实际特征点的中点为第二中心点；
35.所述对所述曲板理论模型和或所述曲板实物模型进行平移和/或旋转的坐标变换，具体包括：
36.对所述曲板实物模型做平移操作，使所述第一中心点和所述第二中心点重合；
37.绕第一转轴旋转所述曲板实物模型，使所述第二实际特征点、所述第四实际特征点、所述第二目标特征点、以及所述第四目标特征点共线，所述第一转轴经过所述第二中心点，所述第一转轴垂直于所述第二目标特征点、所述第二中心点、以及所述第二实际特征点所在的平面；
38.以所述第二实际特征点和所述第四实际特征点所在的直线为第二转轴，绕所述第二转轴旋转所述曲板实物模型，实现所述曲板实物模型与所述曲板理论模型的配准。
39.在第一方面的一种实现方式中，所述绕第二转轴旋转所述曲板实物模型为第二次坐标变换，第二次坐标变换的公式如下：
[0040][0041]
其中，p为在所述第二次坐标变换之前的各所述实际特征点的坐标；
[0042]
p
′
为在所述第二次坐标变换之后的各所述实际特征点的坐标；
[0043]
o1为所述第一中心点的坐标；
[0044]
o2为所述第二中心点在所述第二次坐标变换之前的坐标；
[0045]
r1为旋转矩阵；
[0046]
所述旋转矩阵r1的计算公式如下：
[0047][0048]
其中，θ为绕所述第二转轴旋转的旋转角度；
[0049]
(x1,y1,z1)为所述第二转轴的单位方向向量。
[0050]
在第一方面的一种实现方式中，所述旋转角度θ采用如下公式计算：
[0051][0052]
其中，a为所述第二目标特征点的坐标；
[0053]
d为所述第四目标特征点的坐标；
[0054]
f为在所述第二次坐标变换之前的所述第二实际特征点的坐标；
[0055]
h为在所述第二次坐标变换之前的所述第四实际特征点的坐标。
[0056]
在第一方面的一种实现方式中，所述单位方向向量采用如下公式计算：
[0057][0058]
其中，a为所述第二目标特征点的坐标；
[0059]
d为所述第四目标特征点的坐标；
[0060]
f为在所述第二次坐标变换之前的所述第二实际特征点的坐标；
[0061]
h为在所述第二次坐标变换之前的所述第四实际特征点的坐标。
[0062]
在第一方面的一种实现方式中，所述第一目标特征点、所述第二目标特征点、所述
第四目标特征点所在平面的法向量为第一法向量，所述第一实际特征点、所述第二目标特征点、所述第四目标特征点所在平面的法向量为第二法向量，所述第一法向量和所述第二法向量的夹角为第一夹角，所述第二目标特征点、所述第三目标特征点、所述第四目标特征点所在平面的法向量为第三法向量，所述第二目标特征点、所述第三实际特征点、所述第四目标特征点所在平面的法向量为第四法向量，所述第三法向量和所述第四法向量的夹角为第二夹角，所述绕所述第二转轴旋转所述曲板实物模型，实现所述曲板实物模型与所述曲板理论模型的配准，具体包括：绕所述第二转轴旋转所述曲板实物模型，直到所述第一夹角小于第一阈值，所述第二夹角小于第二阈值，实现所述实际特征点与所述目标特征点的配准。
[0063]
在第一方面的一种实现方式中，所述根据所述位置变换参数对所述下压模调形，得到调形后的下压模，具体包括：
[0064]
根据所述位置变换参数对所述曲板理论模型进行逆变换，得到位置更新的曲板理论模型；
[0065]
根据所述位置更新的曲板理论模型对所述下压模调形，得到调形后的下压模。
[0066]
如上，本技术的曲板的多点冷弯成形方法，能够减少对人工定位的依赖，提高加工效率。
附图说明
[0067]
图1显示为现有技术中的加工成型的曲板的结构示意图。
[0068]
图2显示为现有技术中的下压模在初始状态下的结构示意图。
[0069]
图3显示为现有技术中的下压模根据图1中的曲板调形后的结构示意图。
[0070]
图4显示为本技术一实施例中对长板划分加工区段的原理图。
[0071]
图5显示为本技术一实施例中的选取目标特征点的原理图。
[0072]
图6显示为本技术一实施例中的选取实际特征点的原理图。
[0073]
图7显示为本技术一实施例中对长板选取目标特征点的原理图。
[0074]
图8显示为本技术一实施例中绕第一转轴旋转曲板实物模型的原理图。
[0075]
图9显示为本技术一实施例中绕第一转轴旋转后的曲板实物模型和曲板理论模型的相对位置示意图。
[0076]
图10显示为本技术一实施例中绕第二转轴旋转曲板实物模型的原理图。元件标号说明
[0077]
附图标号说明
[0078]
100、曲板理论模型；110、第一加工区段；120、第二加工区段；130、重叠区域；140、曲板肋位线；200、下压模；210、冲头；220、型面。
具体实施方式
[0079]
以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施
例中的特征可以相互组合。
[0080]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0081]
用于多点冷弯成形的三维数控弯板机包括上压模和下压模，在每次冲压后，需要测量曲板实物的回弹量，根据回弹量和曲板理论模型对下压模调形，曲板理论模型表示经过压模压制成型后的曲板相对于压模的三维坐标。经过多次冲压和调形后，得到符合精度要求的曲板成品。
[0082]
多点冷弯的具体调形原理如图1～图3所示。图1为曲板理论模型100，即理想的加工完成后的曲板形状。图2为调形前的处于初始状态下的下压模200的结构，下压模由多个冲头210组成。每个冲头包括多根可做上下升降运动的立柱，以及设置于立柱的顶端，可根据接触点自适应调整朝向的活络接触头(未图示)。图2中调形前的各冲头顶部平齐。调形后的下压模的结构如图3所示。假设曲板不存在回弹问题，调整各冲头的升降高度，各冲头的顶部组成与曲板理论模型形状一致的弧面。实际曲板在冲压后会发生回弹，设置各冲头的升降高度时要考虑回弹系数。
[0083]
对下压模调形，使下压模的各冲头210的组成型面220与曲板理论模型100的形状相匹配的方法，可参考现有技术，不作为本发明的改进重点。本发明主要解决每次冲压后发生的曲板滑移，导致的曲板和压模之间产生定位精度不高的问题。
[0084]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细描述。
[0085]
如图1所示，本实施例提供一种曲板的多点冷弯成形方法，应用于三维数控弯板机，三维数控弯板机包括上压模和下压模，曲板的多点冷弯成形方法包括：
[0086]
步骤s100，获取曲板理论模型。
[0087]
步骤s200，在曲板理论模型上选取不共面的至少4个点，作为目标特征点。
[0088]
步骤s300，在曲板实物上标记多个实际特征点，各实际特征点之间沿曲板实物表面的相对距离与各目标特征点之间沿曲板理论模型表面的相对距离一一对应；
[0089]
步骤s400，测量曲板实物表面相对于下压模的三维坐标，得到曲板实物模型；
[0090]
步骤s500，对曲板理论模型和/或曲板实物模型进行平移和/或旋转的坐标变换，使实际特征点与目标特征点配准，得到位置变换参数；
[0091]
步骤s600，根据位置变换参数对下压模调形，得到调形后的下压模；
[0092]
步骤s700，利用调形后的下压模冲压曲板。
[0093]
在曲板的多点冷弯成形工艺过程中，会根据曲板理论模型对下压模进行调形，在不考虑回弹的理想情况下，调形后的下压模的型面220形状与曲板理论模型表面的形状一致。曲板理论模型的形状由船舶设计人员认为设定，曲板理论模型定义了多点冷弯成形的加工目标，曲板理论模型中各点的坐标参考系既可以和调形时下压模中各冲头的坐标参考系一致，也可以和调形时下压模中各冲头的坐标参考系不一致。当曲板理论模型中各点的坐标参考系和调形时下压模中各冲头的坐标参考系不一致时，需要通过平移和/或旋转等坐标变换将曲板理论模型和曲板实物模型统一到同一坐标系下，统一坐标系的方法可采用
现有技术。
[0094]
曲板实物模型一方面表达了上一次冲压完成后、下一次冲压开始前的曲板实物的形状信息，另一方面也表达了上一次冲压完成后、下一次冲压开始前的曲板实物相对于下压模的位置信息。在理想情况下，经过多次冲压后，曲板实物模型的位置与曲板理论模型的位置一致。在实际加工过程中，曲板会相对下压模发生滑移，导致曲板实物模型的位置与曲板理论模型的位置不一致。
[0095]
曲板实物模型可采用三维激光扫描仪等设备获得，曲板实物模型中至少包括与目标特征点位置对应的实际特征点的坐标数据。
[0096]
目标特征点选自曲板理论模型，实际特征点选自曲板实物模型。在理想情况下，当各目标特征点与各实际特征点的位置一一对应时，表示配准完成。在实际加工过程中，曲板的形状可能还未加工成与曲板理论模型相同的形状。因此，在配准的过程中，允许目标特征点与对应的实际特征点之间存在预设范围的位置偏差。
[0097]
由于采用三维数控弯板机加工的曲板可能是传统的三轴辊压无法完成的复杂曲面，目标特征点中至少包括4个不共面的点，以适应复杂曲面的立体结构，确保曲板理论模型和曲板实物模型在整体上配准，避免出现仅目标特征点所在的局部配准，而其余部位出现过大误差的情况。
[0098]
配准后的位置变换参数反映了曲板由于滑移等原因造成的定位误差。因此，在对下压模调形的过程中，在考虑曲板理论模型的形状、曲板回弹特性等信息外，还可根据该定位误差改变曲板理论模型的位置和姿态。从而通过对下压模调形实现对曲板滑移造成的定位误差的补偿。
[0099]
因此，经过本发明调形后的下压模自动对曲板滑移造成的误差进行了补偿，提高了曲板多点冷弯成形的加工效率。
[0100]
当曲板为小板时，三维数控弯板机的加工区域可完全覆盖曲板，一次送料多次冲压即可完成加工。当曲板为长板时，三维数控弯板机的加工区域不足以完全覆盖曲板，可采用分段加工的方式，即将曲板划分为多个加工区段，每次将一个加工区段送至加工区域，逐步完成对整个曲板的加工。
[0101]
为适应不同长度的曲板，于本实施例中，当曲板的长度小于3m时，目标特征点的数量为4个。当曲板的长度大于3m时，将曲板划分为多个加工区段，每个加工区段内的目标特征点的数量为4个。
[0102]
为了进一步确保不同加工区段之间的形状变化的连续性，相邻的两个加工区段具有重叠区域。如图4所示，该长曲板包括位于实线框内的第一加工区段110和位于虚线框内的第二加工区段120。图4中的阴影框对应区域为重叠区域130。
[0103]
如图5、图6所示，于本实施例中，曲板的长度小于3m，在曲板的进料方向上，下压模的长度为l。曲板具有沿顺时针方向排布的第一顶点d1、第二顶点d2、第三顶点d3、以及第四顶点d4，从第一顶点d1到第二顶点d2的方向为进料方向。
[0104]
目标特征点包括第一目标特征点c、第二目标特征点a、第三目标特征点b以及第四目标特征点d。第一目标特征点c位于第一顶点d1和第二顶点d2所在的曲板边缘线上，且第一目标特征点c与第二顶点的距离为k1
×
l，其中1/2《k1《3/4。第二目标特征点a位于第二顶点d2和第三顶点d3所在的曲板肋位线140的中点。第三目标特征点b位于第三顶点d3和第四
顶点d4所在的曲板边缘线上，且第三目标特征点b与第三顶点d3的距离为k2
×
l，其中1/2《k2《3/4。第四目标特征点d位于第一目标特征点和第三目标特征点所在的曲板肋位线的中点。
[0105]
实际特征点包括位于曲板实物上的第一实际特征点e、第二实际特征点f、第三实际特征点g、第四实际特征点h。第一实际特征点e与第一目标特征点c的位置对应。第二实际特征点f与第二目标特征点a的位置对应。第三实际特征点g与第三目标特征点b的位置对应。第四实际特征点h与第四目标特征点d的位置对应。
[0106]
本实施例中，在选取第一目标特征点c、第二目标特征点a、第三目标特征点b的位置时，可参照第二顶点d2和第三顶点d3，在曲板理论模型的边缘线上量取相应的长度。在选取第四目标特征点d的位置时，可在经过第一目标特征点c和第三目标特征点b的切线上量取相应的长度。本实施例选取的目标特征点a、b、c、d，既能反映出曲板整体的最大形变量，又能避免特征点过多，产生过拟合的问题。实际特征点e、f、g、h的量取可参考相应的目标特征点。
[0107]
如图7所示，于本实施例中，曲板的长度大于3m；在曲板的进料方向上，下压模的长度为l；曲板具有沿顺时针方向排布的第一顶点d1、第二顶点d2、第三顶点d3、以及第四顶点d4，从第一顶点d1到第二顶点d2的方向为进料方向；目标特征点包括：
[0108]
第一目标特征点c，位于第一顶点d1和第二顶点d2所在的曲板边缘线上，且第一目标特征点c与第二顶点d2的距离为k1
×
l，其中1/2《k1《3/4。
[0109]
第二目标特征点a，位于第二顶点d2和第三顶点d3所在的曲板肋位线的中点。
[0110]
第三目标特征点b，位于第三顶点d3和第四顶点d4所在的曲板边缘线上，且第三目标特征点与第三顶点的距离为k2
×
l，其中1/2《k2《3/4。
[0111]
第四目标特征点d，位于第一目标特征点c和第三目标特征点b所在的曲板肋位线的中点。
[0112]
第五目标特征点g，位于第一顶点d1和第二顶点d2所在的曲板边缘线上，且第五目标特征点g与第二顶点d2的距离为k3
×
l，其中1《k3《5/3。
[0113]
第六目标特征点e，取第一顶点d1和第二顶点d2的中点为特征参考点，特征参考点所在的曲板肋位线的中点为第六目标特征点e。
[0114]
第七目标特征点f，位于第三顶点d3和第四顶点d4所在的曲板边缘线上，且第七目标特征点f与第三顶点d3的距离为k4
×
l，其中1《k4《5/3。
[0115]
第八目标特征点h，位于第五目标特征点g和七目标特征点f所在的曲板肋位线的中点。
[0116]
如图8、图9所示，曲板理论模型用图8中的虚线表示，曲板实物模型用图8中的实线表示，第二目标特征点a和第四目标特征点d的中点为第一中心点o1，以第二实际特征点f和第四实际特征点h的中点为第二中心点o2。
[0117]
于本实施例中，对曲板理论模型和或曲板实物模型进行平移和/或旋转的坐标变换，具体包括：
[0118]
步骤s510，对曲板实物模型做平移操作，使第一中心点o1和第二中心点o2重合，第一中心点o1和第二中心点o2重合后的模型如图8所示。
[0119]
步骤s520，绕第一转轴旋转曲板实物模型，使第二实际特征点f、第四实际特征点
h、第二目标特征点a、以及第四目标特征点共线d，第一转轴经过第二中心点o2，第一转轴垂直于第二目标特征点a、第二中心点o2、以及第二实际特征点f所在的平面。在第一转轴上取点r1，则直线o2r1垂直于直线o2f，且直线o2r1垂直于直线o2a。直线ad和直线fh共线后的模型如图9所示。
[0120]
步骤s530，如图10所示，以第二实际特征点f和第四实际特征点h所在的直线为第二转轴，绕第二转轴旋转曲板实物模型，实现曲板实物模型与曲板理论模型的配准。
[0121]
当曲板为双曲板时，第一弯曲方向绕fh所在的直线，第二弯曲方向绕其中一条肋位线。本实施例先将曲板的ad线和fh线对齐，再通过旋转使边缘线靠近，确保了双曲板在第一弯曲方向上曲度基本一致。本实施例还通过将第一中心点o1和第二中心点o2重合，确保了曲板在进料方向上的位置一致。按照一般曲板的形状，目标特征点a、b、c、d连成四面体，加工过程中的实际e、f、g、h也构成另一四面体。在图9中，四面体cabd和四面体efgh各自的一条棱已经重合。因此，只需要绕ad(fh)轴旋转，使至e、c两点之间的空间距离与b、g两点之间的空间距离相等或接近相等即可。每次冷弯后，曲板的fh线大致位于下压模形成凹面的最低点，在加工过程中，曲板上实际特征点f点和h点的位置变化不大，而实际特征点e点和g点的位置变化较大，本实施例在调形过程中，先将ad线和fh线对齐，再绕ad(fh)轴旋转至e、c二点之间的空间距离与b、g二点之间的空间距离相等或接近相等，尽可能减少后次加工对前次已符合加工要求部位造成影响，提高加工效率。
[0122]
绕第一转轴旋转曲板实物模型为第一次坐标变换，绕第二转轴旋转曲板实物模型为第二次坐标变换。对实际特征点e、f、g、h做坐标变换后，得到新的实际特征点为e
′
、f
′
、g
′
、h
′
。
[0123]
如图8所示，绕第二转轴o1r1旋转曲板实物模型为第二次坐标变换，第二次坐标变换的公式如下：
[0124][0125]
其中，p为在第二次坐标变换之前的各实际特征点的坐标；
[0126]
p
′
为在第二次坐标变换之后的各实际特征点的坐标；
[0127]
o1为第一中心点的坐标；
[0128]
o2为第二中心点在第二次坐标变换之前的坐标；
[0129]
r1为旋转矩阵。
[0130]
旋转矩阵r1的计算公式如下：
[0131][0132]
其中，θ为绕第二转轴旋转的旋转角度；
[0133]
(x1,y1,z1)为第二转轴的单位方向向量。
[0134]
具体的，旋转角度θ采用如下公式计算：
[0135][0136]
单位方向向量采用如下公式计算：
[0137][0138]
度量配准误差的第一种方法是计算目标特征点c与实际特征点e的距离d1，计算目标特征点b与实际特征点g的距离d2，当距离d1和距离d2的都小于一定的阈值时，认为完成配准，该配准方法对实际特征点的标注和测量精度要求较高。
[0139]
具体的计算公式如下：
[0140][0141][0142]
其中，(xc,yc,zc)为目标特征点c的坐标；
[0143]
(xe,ye,ze)为目标特征点e的坐标；
[0144]
(xb,yb,zb)为目标特征点b的坐标；
[0145]
(xg,yg,zg)为目标特征点c的坐标。
[0146]
于本实施例中，第一目标特征点c、第二目标特征点a、第四目标特征点d所在平面的法向量为第一法向量，第一实际特征点e、第二目标特征点a、第四目标特征点d所在平面的法向量为第二法向量。第一法向量和第二法向量的夹角为第一夹角。第二目标特征点a、第三目标特征点b、第四目标特征点d所在平面的法向量为第三法向量。第二目标特征点a、第三实际特征点g、第四目标特征点d所在平面的法向量为第四法向量。第三法向量和第四法向量的夹角为第二夹角。绕第二转轴旋转曲板实物模型，实现曲板实物模型与曲板理论模型的配准，具体包括：绕第二转轴旋转曲板实物模型，直到第一夹角小于第一阈值，第二夹角小于第二阈值，实现实际特征点与目标特征点的配准。
[0147]
本实施例的第一法向量反映了图5、图6中的曲板的上半部分的朝向，本实施例的第二法向量反映了图5、图6中的曲板的下半部分的朝向。第一夹角越小表示实际曲板的上半部分的朝向与曲板理论模型越接近，第二夹角越小表示实际曲板的下半部分的朝向与曲板理论模型越接近。本实施例不直接以实际特征点和目标特征点之间的间距作为配准的误差标准，而将曲板分为上下两部分，将上下两部分的朝向作为配准的误差标准，当第一夹角和第二夹角都较小时，说明待加工的曲板的朝向与下压模形成的型面朝向一致，从而降低对实际特征点的标记误差的敏感度。
[0148]
具体的，第一法向量的计算公式如下：
[0149][0150]
第二法向量的计算公式如下：
[0151][0152]
第三法向量的计算公式如下：
[0153]
[0154]
第四法向量的计算公式如下：
[0155][0156]
完成曲板理论模型和曲板实物模型的配准后，得到位置变换参数，例如平移和/或旋转的坐标变换参数。得到坐标变换参数后，理论上可按照曲板实物模型和曲板实物的尺寸比例对曲板实物进行相同的平移和/或旋转。为了避免直接对曲板实物位姿调整引入新的定位误差，于本实施例中，根据位置变换参数对下压模调形，得到调形后的下压模，具体包括：
[0157]
步骤s610，根据位置变换参数对曲板理论模型进行逆变换，得到位置更新的曲板理论模型。一方面，该更新的曲板理论模型的形状为理想的目标形状。另一方面，该更新的曲板理论模型的位置与发生滑移后的曲板实物的位置对应。
[0158]
步骤s620，根据位置更新的曲板理论模型对下压模调形，得到调形后的下压模。
[0159]
本技术实施例曲板的多点冷弯成形方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本技术的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本技术的保护范围内。
[0160]
上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。
[0161]
上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种曲板的多点冷弯成形方法，应用于三维数控弯板机，所述三维数控弯板机包括上压模和下压模，其特征在于，所述曲板的多点冷弯成形方法包括：获取曲板理论模型；在所述曲板理论模型上选取不共面的至少4个点，作为目标特征点；在曲板实物上标记多个实际特征点，各所述实际特征点之间沿所述曲板实物表面的相对距离与各所述目标特征点之间沿所述曲板理论模型表面的相对距离一一对应；测量所述曲板实物表面相对于所述下压模的三维坐标，得到曲板实物模型；对所述曲板理论模型和/或所述曲板实物模型进行平移和/或旋转的坐标变换，使所述实际特征点与所述目标特征点配准，得到位置变换参数；根据所述位置变换参数对所述下压模调形，得到调形后的下压模；利用所述调形后的下压模冲压所述曲板。2.根据权利要求1所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，当所述曲板的长度小于3m时，所述目标特征点的数量为4个；当所述曲板的长度大于3m时，将所述曲板划分为多个加工区段，每个所述加工区段内的所述目标特征点的数量为4个。3.根据权利要求2所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，所述曲板的长度小于3m，在所述曲板的进料方向上，所述下压模的长度为l；所述曲板具有沿顺时针方向排布的第一顶点、第二顶点、第三顶点、以及第四顶点，从所述第一顶点到所述第二顶点的方向为进料方向；所述目标特征点包括：第一目标特征点，位于所述第一顶点和所述第二顶点所在的曲板边缘线上，且所述第一目标特征点与所述第二顶点的距离为k1
×
l，其中1/2<k1<3/4；第二目标特征点，位于所述第二顶点和所述第三顶点所在的曲板肋位线的中点；第三目标特征点，位于所述第三顶点和所述第四顶点所在的曲板边缘线上，且所述第三目标特征点与所述第三顶点的距离为k2
×
l，其中1/2<k2<3/4；第四目标特征点，位于所述第一目标特征点和所述第三目标特征点所在的曲板肋位线的中点；所述实际特征点包括：第一实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第一实际特征点与所述第一目标特征点的位置对应；第二实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第二实际特征点与所述第二目标特征点的位置对应；第三实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第三实际特征点与所述第三目标特征点的位置对应；第四实际特征点，位于所述曲板实物上，所述第四实际特征点与所述第四目标特征点的位置对应。4.根据权利要求2所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，所述曲板的长度大于3m；在所述曲板的进料方向上，所述下压模的长度为l；所述曲板具有沿顺时针方向排布的第一顶点、第二顶点、第三顶点、以及第四顶点，从所述第一顶点到所述第二顶点的方向为进料方向；所述目标特征点包括：第一目标特征点，位于所述第一顶点和所述第二顶点所在的曲板边缘线上，且所述第
一目标特征点与所述第二顶点的距离为k1
×
l，其中1/2<k1<3/4；第二目标特征点，位于所述第二顶点和所述第三顶点所在的曲板肋位线的中点；第三目标特征点，位于所述第三顶点和所述第四顶点所在的曲板边缘线上，且所述第三目标特征点与所述第三顶点的距离为k2
×
l，其中1/2<k2<3/4；第四目标特征点，位于所述第一目标特征点和所述第三目标特征点所在的曲板肋位线的中点；第五目标特征点，位于所述第一顶点和所述第二顶点所在的曲板边缘线上，且所述第五目标特征点与所述第二顶点的距离为k3
×
l，其中1<k3<5/3；第六目标特征点，取所述第一顶点和所述第二顶点的中点为特征参考点，所述特征参考点所在的曲板肋位线的中点为所述第六目标特征点；第七目标特征点，位于所述第三顶点和所述第四顶点所在的曲板边缘线上，且所述第七目标特征点与所述第三顶点的距离为k4
×
l，其中1<k4<5/3；第八目标特征点，位于所述第五目标特征点和所述七目标特征点所在的曲板肋位线的中点。5.根据权利要求3所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，以所述第二目标特征点和所述第四目标特征点的中点为第一中心点，以所述第二实际特征点和所述第四实际特征点的中点为第二中心点；所述对所述曲板理论模型和或所述曲板实物模型进行平移和/或旋转的坐标变换，具体包括：对所述曲板实物模型做平移操作，使所述第一中心点和所述第二中心点重合；绕第一转轴旋转所述曲板实物模型，使所述第二实际特征点、所述第四实际特征点、所述第二目标特征点、以及所述第四目标特征点共线，所述第一转轴经过所述第二中心点，所述第一转轴垂直于所述第二目标特征点、所述第二中心点、以及所述第二实际特征点所在的平面；以所述第二实际特征点和所述第四实际特征点所在的直线为第二转轴，绕所述第二转轴旋转所述曲板实物模型，实现所述曲板实物模型与所述曲板理论模型的配准。6.根据权利要求5所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，所述绕第二转轴旋转所述曲板实物模型为第二次坐标变换，第二次坐标变换的公式如下：其中，p为在所述第二次坐标变换之前的各所述实际特征点的坐标；p
′
为在所述第二次坐标变换之后的各所述实际特征点的坐标；o1为所述第一中心点的坐标；o2为所述第二中心点在所述第二次坐标变换之前的坐标；r1为旋转矩阵；所述旋转矩阵r1的计算公式如下：
其中，θ为绕所述第二转轴旋转的旋转角度；(x1,y1,z1)为所述第二转轴的单位方向向量。7.根据权利要求6所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，所述旋转角度θ采用如下公式计算：其中，a为所述第二目标特征点的坐标；d为所述第四目标特征点的坐标；f为在所述第二次坐标变换之前的所述第二实际特征点的坐标；h为在所述第二次坐标变换之前的所述第四实际特征点的坐标。8.所述根据权利要求6所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，所述单位方向向量采用如下公式计算：其中，a为所述第二目标特征点的坐标；d为所述第四目标特征点的坐标；f为在所述第二次坐标变换之前的所述第二实际特征点的坐标；h为在所述第二次坐标变换之前的所述第四实际特征点的坐标。9.根据权利要求5所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，所述第一目标特征点、所述第二目标特征点、所述第四目标特征点所在平面的法向量为第一法向量，所述第一实际特征点、所述第二目标特征点、所述第四目标特征点所在平面的法向量为第二法向量，所述第一法向量和所述第二法向量的夹角为第一夹角，所述第二目标特征点、所述第三目标特征点、所述第四目标特征点所在平面的法向量为第三法向量，所述第二目标特征点、所述第三实际特征点、所述第四目标特征点所在平面的法向量为第四法向量，所述第三法向量和所述第四法向量的夹角为第二夹角，所述绕所述第二转轴旋转所述曲板实物模型，实现所述曲板实物模型与所述曲板理论模型的配准，具体包括：绕所述第二转轴旋转所述曲板实物模型，直到所述第一夹角小于第一阈值，所述第二夹角小于第二阈值，实现所述实际特征点与所述目标特征点的配准。10.根据权利要求1所述的曲板的多点冷弯成形方法，其特征在于，所述根据所述位置变换参数对所述下压模调形，得到调形后的下压模，具体包括：根据所述位置变换参数对所述曲板理论模型进行逆变换，得到位置更新的曲板理论模型；根据所述位置更新的曲板理论模型对所述下压模调形，得到调形后的下压模。

技术总结
本申请提供一种曲板的多点冷弯成形方法，包括：获取曲板理论模型；在曲板理论模型上选取不共面的至少4个点，作为目标特征点；在曲板实物上标记多个实际特征点，各实际特征点之间沿曲板实物表面的相对距离与各目标特征点之间沿曲板理论模型表面的相对距离一一对应；测量曲板实物表面相对于下压模的三维坐标，得到曲板实物模型；对曲板理论模型和/或曲板实物模型进行平移和/或旋转的坐标变换，使实际特征点与目标特征点配准，得到位置变换参数；根据位置变换参数对下压模调形，得到调形后的下压模；利用调形后的下压模冲压曲板。本申请的曲板的多点冷弯成形方法，能够减少对人工定位的依赖，提高加工效率。提高加工效率。提高加工效率。


技术研发人员：俞峰 朱军 钱春俊
受保护的技术使用者：江南造船（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/20