本發(fā)明涉及船舶外板加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種船體外板的多向曲率分解方法。

背景技術(shù)：

船體外板的成形加工是船舶制造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，船體外板成型的方法主要有人工冷熱加工和水火彎板機(jī)加工成型兩種。船體外板大多屬于雙曲率曲面,一般需要經(jīng)過冷加工(滾彎)和熱加工(水火彎板)才能達(dá)到理想曲面的形狀。

目前工人在船體外板加工過程中，通常是根據(jù)樣箱(成型的模板)加工，樣箱的模板根據(jù)目標(biāo)曲面(通過CAD圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)得到)得到，但是CAD圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)并沒有船體外板的各個(gè)彎曲面的曲率數(shù)據(jù)。因此，工人只能根據(jù)目標(biāo)曲面的形狀大概估計(jì)出船體外板的橫向彎曲面、縱向彎曲面和其他方向上(轉(zhuǎn)向)彎曲面對(duì)應(yīng)的曲率數(shù)據(jù)。雖然任何形狀簡(jiǎn)單或復(fù)雜的船板外板都能夠加工，但加工質(zhì)量完全由操作人員決定，直接受操作人員的技術(shù)水平限制，因此，導(dǎo)致加工質(zhì)量的穩(wěn)定性難以控制，加工過程中難免出現(xiàn)欠加工或過度加工的問題。

隨著船舶制造的要求不斷提高，要求能夠提取出船體外板的幾何特征，以指導(dǎo)工人或機(jī)器選擇更合理的加工參數(shù)，是船舶外板加工的重要方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種船體外板的多向曲率分解方法，得到船體外板的幾何特征，從而為工人或機(jī)器選擇更合理的加工參數(shù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種船體外板的多向曲率分解方法，包括：

創(chuàng)建待加工船體外板對(duì)應(yīng)的目標(biāo)曲面的三維直角坐標(biāo)系；

在所述三維直角坐標(biāo)系下分別計(jì)算所述目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率；

利用所述橫向曲面的曲率，所述縱向曲面的曲率分別得到所述橫向曲面、所述縱向曲面；

在所述三維坐標(biāo)系下分別計(jì)算所述橫向曲面的橫向彎曲高度、所述縱向曲面的縱向彎曲高度；

在所述三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算所述目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向曲面，并計(jì)算所述轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向彎曲高度；

其中，以所述橫向曲面的曲率，所述縱向曲面的曲率，所述橫向彎曲高度、所述縱向彎曲高度以及所述轉(zhuǎn)向彎曲高度作為指導(dǎo)參數(shù)進(jìn)行船體外板的加工。

優(yōu)選地，所述創(chuàng)建待加工船體外板對(duì)應(yīng)的目標(biāo)曲面的三維直角坐標(biāo)系具體包括：

計(jì)算所述目標(biāo)曲面的重心，并以所述重心作為所述三維直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)；

選取所述重心的法向量作為所述三維直角坐標(biāo)系的Z軸方向；

選取所述目標(biāo)曲面上的一條中心曲線對(duì)應(yīng)的一階擬合直線所在的方向作為X軸方向，同時(shí)垂直于X軸和Z軸的方向定義為Y軸方向。

優(yōu)選地，在所述三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算所述目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的橫向曲面的曲率具體包括：

利用雙三次樣條插值函數(shù)和最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)曲面在X軸方向的曲線進(jìn)行樣條曲線擬合得到各橫向曲線對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)；

以各擬合函數(shù)的三次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)的平均值作為曲率計(jì)算公式的參考數(shù)據(jù)計(jì)算所述橫向曲面的曲率；

在所述三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算所述目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的縱向曲面的曲率具體包括：

利用所述雙三次樣條插值函數(shù)和所述最小二乘法對(duì)所述目標(biāo)曲面在Y軸方向的曲線進(jìn)行樣條曲線擬合得到各縱向曲線對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)；

以各擬合函數(shù)的三次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)的平均值作為曲率計(jì)算公式的參考數(shù)據(jù)計(jì)算所述縱向曲面的曲率。

優(yōu)選地，利用所述橫向曲面的曲率得到所述橫向曲面具體包括：

將各所述橫向曲線按順序沿縱向排列進(jìn)行擬合得到所述橫向曲面；

利用所述縱向曲面的曲率得到所述縱向曲面具體包括：

將各所述縱向曲線按順序沿橫向排列進(jìn)行擬合得到所述縱向曲面。

優(yōu)選地，所述在所述三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算所述目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向曲面，并計(jì)算所述轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向彎曲高度具體包括：

以所述橫向曲面或縱向曲面的擬合函數(shù)的一次項(xiàng)系數(shù)作為所述轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向程度；

以各所述橫向曲線的一次項(xiàng)系數(shù)為依據(jù)，擬合出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向直線；

按空間位置對(duì)所述轉(zhuǎn)向直線排列以進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)向曲面；

計(jì)算各所述轉(zhuǎn)向直線與X軸的夾角，取最大夾角與最小夾角之間的差作為轉(zhuǎn)向角度；

利用所述轉(zhuǎn)向程度與所述轉(zhuǎn)向角度得到所述轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向彎曲高度。

優(yōu)選地，在所述三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算所述橫向曲面的橫向彎曲高度具體包括：

獲取所述橫向曲面在Z軸方向上的最大值和最小值；

計(jì)算最大值和最小值的差值以作為所述橫向彎曲高度。

優(yōu)選地，在所述三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算所述縱向曲面的縱向彎曲高度具體包括：

獲取所述縱向曲面在Z軸方向上的最大值和最小值；

計(jì)算最大值和最小值的差值以作為所述縱向彎曲高度。

本發(fā)明所提供的船體外板的多向曲率分解方法，包括創(chuàng)建待加工船體外板對(duì)應(yīng)的目標(biāo)曲面的三維直角坐標(biāo)系；在三維直角坐標(biāo)系下分別計(jì)算目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率；利用橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率分別得到橫向曲面、縱向曲面；三維坐標(biāo)系下分別計(jì)算橫向曲面的橫向彎曲高度、縱向曲面的縱向彎曲高度；在三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向曲面，并計(jì)算轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向彎曲高度。由此可見，本發(fā)明通過對(duì)復(fù)雜的船體外板進(jìn)行分析，將復(fù)雜曲面分解成橫向曲面、縱向曲面和轉(zhuǎn)向曲面，從而將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，為船體外板加工提供指導(dǎo)參數(shù)，提高船體外板成型效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船體外板的多向曲率分解方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的橫向曲面的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的縱向曲面的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的轉(zhuǎn)向曲面的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下，所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種船體外板的多向曲率分解方法，得到船體外板的幾何特征，從而為工人或機(jī)器選擇更合理的加工參數(shù)。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

需要說明的是本發(fā)明中提到的轉(zhuǎn)向是至除了橫向和縱向兩個(gè)方向外的其它方向。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船體外板的多向曲率分解方法的流程圖。如圖1所示，包括：

S10：創(chuàng)建待加工船體外板對(duì)應(yīng)的目標(biāo)曲面的三維直角坐標(biāo)系。

本發(fā)明所提到的待加工船體外板需要有對(duì)應(yīng)的目標(biāo)曲面，否則無法利用本文所述的分解方法。首先，對(duì)于待加工船體外板來說，要建立目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的三維直角坐標(biāo)系。從而將目標(biāo)曲面上的每個(gè)點(diǎn)都能在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下，構(gòu)成目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的橫向曲面、縱向曲面和轉(zhuǎn)向曲面。

作為優(yōu)選地實(shí)施方式，步驟S10具體包括：

計(jì)算目標(biāo)曲面的重心，并以重心作為三維直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)；

選取重心的法向量作為三維直角坐標(biāo)系的Z軸方向；

選取目標(biāo)曲面上的一條中心曲線對(duì)應(yīng)的一階擬合直線所在的方向作為X軸方向，同時(shí)垂直于X軸和Z軸的方向定義為Y軸方向。

在具體實(shí)施中，可以通過matlab等仿真軟件對(duì)目標(biāo)曲面進(jìn)行網(wǎng)格化處理，從而可以求出目標(biāo)曲面的重心。當(dāng)?shù)玫街匦暮?，選取重心的法向量作為三維直角坐標(biāo)系的Z軸，然后選取通過重心的一條曲線，然后對(duì)該曲線進(jìn)行一階擬合從而得到一條直線，該直線作為三維直角坐標(biāo)系的X軸。在得到X軸和Z軸之后，與這兩個(gè)軸同時(shí)垂直的直線作為Y軸，至此，完成了三維直角坐標(biāo)系的建立。

S11：在三維直角坐標(biāo)系下分別計(jì)算目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率。

作為優(yōu)選地實(shí)施方式，步驟S11中的橫向曲面的曲率和縱向曲面的曲率具體通過如下方式得到。

1)橫向曲面的曲率的計(jì)算如下：

利用雙三次樣條插值函數(shù)和最小二乘法對(duì)目標(biāo)曲面在X軸方向的曲線進(jìn)行樣條曲線擬合得到各橫向曲線對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)；

以各擬合函數(shù)的三次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)的平均值作為曲率計(jì)算公式的參考數(shù)據(jù)計(jì)算橫向曲面的曲率。

各橫向曲線的擬合函數(shù)為z_i＝A_i·(x)³+B_i·x²+C_i·x+D_i，其中，i表示第i條橫向曲線，Z_i為第i條橫向曲線的擬合函數(shù)。橫向曲線擬合完成后，將各擬合函數(shù)的三次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)的平均值，作為曲率計(jì)算公式的參考數(shù)據(jù)計(jì)算橫向曲面的曲率。

2)縱向曲面的曲率的計(jì)算如下：

利用雙三次樣條插值函數(shù)和最小二乘法對(duì)目標(biāo)曲面在Y軸方向的曲線進(jìn)行樣條曲線擬合得到各縱向曲線對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)；

以各擬合函數(shù)的三次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)的平均值作為曲率計(jì)算公式的參考數(shù)據(jù)計(jì)算縱向曲面的曲率。

各縱向曲線的擬合函數(shù)為z_i＝A_i·(x)³+B_i·x²+C_i·x+D_i，其中，i表示第i條縱向曲線，Z_i為第i條縱向曲線的擬合函數(shù)。縱向曲線擬合完成后，將各擬合函數(shù)的三次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)的平均值，作為曲率計(jì)算公式的參考數(shù)據(jù)計(jì)算縱向曲面的曲率。

S12：利用橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率分別得到橫向曲面、縱向曲面。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，利用橫向曲面的曲率得到橫向曲面具體包括：將各橫向曲線按順序沿縱向排列進(jìn)行擬合得到橫向曲面。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，利用縱向曲面的曲率得到縱向曲面具體包括：將各縱向曲線按順序沿橫向排列進(jìn)行擬合得到縱向曲面。

S13：在三維坐標(biāo)系下分別計(jì)算橫向曲面的橫向彎曲高度、縱向曲面的縱向彎曲高度。

1)作為優(yōu)選的實(shí)施方式，橫向曲面的橫向彎曲高度具體包括：

獲取橫向曲面在Z軸方向上的最大值和最小值；

計(jì)算最大值和最小值的差值以作為橫向彎曲高度。

2)作為優(yōu)選的實(shí)施方式，在三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算縱向曲面的縱向彎曲高度具體包括：

獲取縱向曲面在Z軸方向上的最大值和最小值；

計(jì)算最大值和最小值的差值以作為縱向彎曲高度。

S14：在三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向曲面，并計(jì)算轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向彎曲高度。

步驟S14具體包括：

以橫向曲面或縱向曲面的擬合函數(shù)的一次項(xiàng)系數(shù)作為轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向程度；

以各橫向曲線的一次項(xiàng)系數(shù)為依據(jù)，擬合出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向直線；

按空間位置對(duì)轉(zhuǎn)向直線排列以進(jìn)行擬合，得到轉(zhuǎn)向曲面；

計(jì)算各轉(zhuǎn)向直線與X軸的夾角，取最大夾角與最小夾角之間的差作為轉(zhuǎn)向角度；

利用轉(zhuǎn)向程度與轉(zhuǎn)向角度得到轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向彎曲高度。

通過上述幾個(gè)步驟分別得到橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率，橫向彎曲高度、縱向彎曲高度以及轉(zhuǎn)向彎曲高度，利用上述幾個(gè)參數(shù)作為指導(dǎo)參數(shù)進(jìn)行船體外板的加工。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的橫向曲面的示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的縱向曲面的示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)曲面的轉(zhuǎn)向曲面的示意圖。其中，圖2-圖5中的坐標(biāo)系的單位為米。

本實(shí)施例提供的船體外板的多向曲率分解方法，包括創(chuàng)建待加工船體外板對(duì)應(yīng)的目標(biāo)曲面的三維直角坐標(biāo)系；在三維直角坐標(biāo)系下分別計(jì)算目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率；利用橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率分別得到橫向曲面、縱向曲面；三維坐標(biāo)系下分別計(jì)算橫向曲面的橫向彎曲高度、縱向曲面的縱向彎曲高度；在三維直角坐標(biāo)系下計(jì)算目標(biāo)曲面對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向曲面，并計(jì)算轉(zhuǎn)向曲面的轉(zhuǎn)向彎曲高度；其中，以橫向曲面的曲率，縱向曲面的曲率，橫向彎曲高度、縱向彎曲高度以及轉(zhuǎn)向彎曲高度作為指導(dǎo)參數(shù)進(jìn)行船體外板的加工。由此可見，本發(fā)明通過對(duì)復(fù)雜的船體外板進(jìn)行分析，將復(fù)雜曲面分解成橫向曲面、縱向曲面和轉(zhuǎn)向曲面，從而將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，為船體外板加工提供指導(dǎo)參數(shù)，提高船體外板成型效率。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的船體外板的多向曲率分解方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。