[發(fā)明專利]一種用于船體分段外板的自動(dòng)劃線方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310313612.1
• 申請(qǐng)日: 2013-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN103434609A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙耀;袁華;胡昌成;嚴(yán)俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B9/00
• 分類號(hào): B63B9/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶建造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于船體分段外板的自動(dòng)劃線方法。

背景技術(shù)

船體分段是由不同規(guī)格的型材和板材焊接而成，劃線的操作就是精確確定它們之間相互位置關(guān)系的過程。分段制造及裝配工藝具備工作區(qū)域廣、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置復(fù)雜、定位精度要求高、裝配工作量大等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的船體裝配過程中，往往采用大量裝配型架、安裝樣板等輔助工作來定位和支撐船體部件，并通過人工操作進(jìn)行對(duì)接裝配，其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、易于操作，對(duì)工作人員的技能要求較低，但是這種工作模式存在著裝配精度低、調(diào)整復(fù)雜、質(zhì)量不穩(wěn)定、勞動(dòng)強(qiáng)度大以及工作時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

船舶虛擬裝配是將虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)與船舶制造相結(jié)合的技術(shù)。虛擬裝配利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù),模擬一個(gè)與實(shí)際裝配生產(chǎn)環(huán)境一致的虛擬裝配環(huán)境,裝配人員通過虛擬現(xiàn)實(shí)的交互手段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裝配和拆卸，用戶的操作被計(jì)算機(jī)記錄下來，并根據(jù)推理以確定產(chǎn)品的裝配和拆卸順序及路徑。采用數(shù)字化虛擬裝配進(jìn)行輔助裝配工作，可以解決目前船體分段裝配中因人工操作而造成的裝配精度低、裝配質(zhì)量不穩(wěn)定和勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題。

目前國(guó)內(nèi)的部分造船企業(yè)已經(jīng)研究并采用了數(shù)字化虛擬裝配系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體造型、裝配檢測(cè)、干涉分析等功能。然而，由于缺少在建造現(xiàn)場(chǎng)對(duì)中間產(chǎn)品進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和定位的手段，無法將虛擬裝配系統(tǒng)產(chǎn)生的安裝與定位信息有效地應(yīng)用于實(shí)際建造施工過程中，使得虛擬裝配在船體總段裝配中的應(yīng)用效果受到了極大的制約，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，船舶建造現(xiàn)場(chǎng)的安裝定位工作與虛擬裝配數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間缺乏相互映射的機(jī)制，既無法將虛擬裝配系統(tǒng)中的關(guān)鍵定位點(diǎn)的位置映射到建造車間內(nèi)用以指導(dǎo)生產(chǎn)，也無法將建造車間內(nèi)的裝配位置信息反饋到虛擬裝配系統(tǒng)中進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)與公差分析；第二，車間裝配作業(yè)主要依靠制作樣板人工定位仍然采用傳統(tǒng)的依靠樣板等輔助工裝進(jìn)行安裝坐標(biāo)定位的方式，其定位不精確，而且定位時(shí)間長(zhǎng)、步驟繁瑣，出現(xiàn)問題時(shí)響應(yīng)速度慢；第三，在船舶的裝配作業(yè)中存在著大量的需要定位的關(guān)鍵點(diǎn)，使用樣板進(jìn)行定位時(shí)需要針對(duì)不同的關(guān)鍵點(diǎn)制作不同的樣板，因而柔性低，并造成很大的資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于船體分段外板的自動(dòng)劃線方法，其中通過在虛擬裝配與實(shí)船建造過程中建立信息映射和信息反饋，并基于該信息機(jī)制采用劃線機(jī)器人來執(zhí)行操作，相應(yīng)能夠順利實(shí)現(xiàn)虛擬裝配過程和實(shí)際建造過程之間的指導(dǎo)和反饋，在顯著提高制造效率的同時(shí)保證船舶建造定位劃線精度，并具備自動(dòng)化和智能程度高、便于操控和適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種用于船體分段外板的自動(dòng)劃線方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

（a）對(duì)處于船舶制造車間內(nèi)的待劃線船體分段外板以及固定設(shè)備執(zhí)行數(shù)字化靜態(tài)掃描測(cè)量，由此生成船體分段外板的實(shí)體數(shù)字化模型，同時(shí)測(cè)得所述固定設(shè)備的位置信息；

（b）為整個(gè)船舶制造車間建立X-Y-Z三軸空間定位坐標(biāo)系，并將所述固定設(shè)備的位置信息作為定位基準(zhǔn)，相應(yīng)獲得該制造車間內(nèi)作為移動(dòng)設(shè)備的劃線機(jī)器人的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)信息；

（c）利用虛擬裝配技術(shù)獲得該船體分段外板的設(shè)計(jì)模型，將步驟（a）所獲得的實(shí)體數(shù)字化模型與該設(shè)計(jì)模型執(zhí)行對(duì)齊處理，由此確立兩者之間幾何信息的相互映射關(guān)系；

（d）根據(jù)虛擬裝配系統(tǒng)所提供的定位指令，結(jié)合上述映射關(guān)系得到劃線機(jī)器人與待劃線目標(biāo)在所述設(shè)計(jì)模型中的相互位置，并為劃線機(jī)器人生成用于執(zhí)行劃線操作的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；根據(jù)所生成的運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)驅(qū)動(dòng)劃線機(jī)器人至目標(biāo)處執(zhí)行實(shí)際劃線操作，由此實(shí)現(xiàn)船體分段外板的自動(dòng)劃線及定位過程。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟（a）中，優(yōu)選利用激光雷達(dá)方式來執(zhí)行所述數(shù)字化靜態(tài)掃描測(cè)量過程。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟（b）中，在所述固定設(shè)備上布置應(yīng)答器并在移動(dòng)設(shè)備上布置測(cè)距器，以此方式根據(jù)移動(dòng)設(shè)備相對(duì)于固定設(shè)備的距離信息，從而計(jì)算得到移動(dòng)單元的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟（c）中，優(yōu)選利用基于最小二乘法的最佳化擬合或者基于關(guān)鍵位置對(duì)齊的擬合方式來執(zhí)行所述對(duì)齊操作。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟（d）中，優(yōu)選利用遺傳算法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來為劃線機(jī)器人生成用于執(zhí)行劃線操作的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：