一種船體曲板焊接變坡口自動加工數(shù)據(jù)的獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速獲取船體曲板可變坡口自動熱切割運動坐標數(shù)據(jù)的方法，結(jié)合了三維CAD系統(tǒng)與有限元網(wǎng)格劃軟件工具Hypermesh的功能，具體實施步驟如下：1、導(dǎo)入三維CAD模型，截取肋骨與船體曲板相交曲面模型；2、利用距離與角度確定的倒角算法獲取變坡口三維模型；3、將三維CAD模型導(dǎo)出為iges標準幾何模板數(shù)據(jù)；4、在Hypermesh中導(dǎo)入生成的iges模型，利用四變形網(wǎng)格算法劃分變坡口切割曲面的網(wǎng)格；5、標記可變坡口的切割數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點；6、輸出變坡口網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)，編程讀取變坡口曲面網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為自動加工的空間運動坐標數(shù)據(jù)。本發(fā)明有益效果在于：1.獲取數(shù)據(jù)過程操作簡單，易于普及。2.避免人工計算，切割坐標數(shù)據(jù)獲取速度快，提高了效率。
【專利說明】
一種船體曲板焊接變坡口自動加工數(shù)據(jù)的獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種船體曲板坡口加工工藝焊接的工藝改進，更具體地說，涉及變坡口自動加工過程中數(shù)控參數(shù)的獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在船體曲板變坡口加工時，傳統(tǒng)方法多采用人工切割，這種方法難于控制變坡口切割的隨動角度和坡口精度，且切割工作量大，勞動條件艱苦。為替代人工，實現(xiàn)變坡口的自動等離子熱切割，其關(guān)鍵問題是獲取變坡口自動加工過程中等離子切割槍的動態(tài)移動軌跡和位姿坐標數(shù)據(jù)。目前主要采用手動公式計算方法，計算過程繁瑣、易出錯，獲取切割數(shù)據(jù)與所需數(shù)據(jù)相比，精度較差，效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及船體曲板坡口數(shù)字化加工領(lǐng)域，為了替代人工計算過程，降低誤差，提高效率，本發(fā)明公開一種基于CAD系統(tǒng)及網(wǎng)格劃分軟件Hypermesh的數(shù)據(jù)獲取新方法。本發(fā)明能夠提取數(shù)控等離子切割槍的運動軌跡及位姿數(shù)據(jù)，用于完成曲板變坡口數(shù)控加工。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種船體曲板焊接變坡口自動加工數(shù)據(jù)的獲取方法，包括如下步驟:
[0005]S1、獲取肋板與曲面外板接合面模型信息:
[0006]將設(shè)計的肋板與曲面外板的三維模型導(dǎo)入至三維系統(tǒng)，通過相交和切割功能，提取接合面；
[0007]S2、根據(jù)坡口角度Θ和坡口邊距t，獲取肋板接合面處可變坡口切割面；
[0008]其中，切割面是用來畫網(wǎng)格獲得運動坐標節(jié)點信息的。坡口角度和邊距是根據(jù)坡口尺寸要求設(shè)定的。
[0009]S3、導(dǎo)出帶有坡口的切面模型文件，生成Hypermesh可讀取的igs”格式文件。其中，帶有坡口的切面模型，就是倒角后的模型，主要是包含新生成了切割面信息。
[0010]S4.將“.1gs”格式文件導(dǎo)入至有限元工具Hypermesh，調(diào)用Mapping網(wǎng)格劃分算法，生成切割面上的圖示四邊形網(wǎng)格，并導(dǎo)出坡口處四邊形網(wǎng)格文件獲得有限元網(wǎng)格文件“.1 ηp”格式文件，所述“.1 ηp”格式文件包括網(wǎng)格節(jié)點信息N i (X，y，z)和單元網(wǎng)格信息E j(附，吧，似，財)，丨為節(jié)點序號，」為單元序號山7，2分別為節(jié)點的三維坐標，附，吧，吧，財分別為組成四邊形的四個節(jié)點序號；
[0011 ] S5.根據(jù)“.1np”格式文件，獲取自動加工時等離子槍移動的坐標數(shù)據(jù)信息。
[0012]步驟S5的具體過程為:從“.1np”格式文件中讀取坡口切割面上四面體網(wǎng)格的節(jié)點數(shù)據(jù)附(丨(1，1，7，2);具體實現(xiàn)是:
[0013]利用C++語言的ReadStringO函數(shù)，讀取節(jié)點所在行字符串，然后利用CString對象的FindStringO和DeleteString()函數(shù)逐段地分割字符串行，首先分割id信息，利用atoi ()轉(zhuǎn)化為int數(shù)據(jù)，然后分割字符串中的x，y，z坐標字符串，利用atof ()函數(shù)轉(zhuǎn)化為double數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)將文件中的節(jié)點字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為臨時存儲的數(shù)字數(shù)據(jù)，建立數(shù)組存儲這些臨時數(shù)據(jù)id[]，x[]，y[]，z[]。
[0014]然后按照圖示5位置依據(jù)節(jié)點數(shù)組數(shù)據(jù)1(1[]^[]，7[]，2[]，讀取節(jié)點之間的空間位置關(guān)系，并以切割面的一端為起點，切割面上方和下方對應(yīng)節(jié)點分別標記為Ak和Bk，其中k=1，2...ρ，ρ為切割面的上側(cè)曲線上節(jié)點總數(shù);在P范圍內(nèi)，從切割面一端為起點，循環(huán)獲取等離子切割槍的動態(tài)移動坐標數(shù)據(jù)，直到循環(huán)至P點；
[0015]其中等離子槍在當前位置的移動矢量為Mk(xm，ym，zm)，其中[00? 6] Mk = Ak+1-Ak，Xm，ym，Zm分別為矢量Mk的二個方向的分量。
[0017]其中切割槍在當前位置的移動距離為dk為Ak到Ak+Ι的距離，
[0018]dk= I AkAk+1
[0019]其中在當前位置的切割槍方向?1{(&，7[)，2[))，其中，
[0020]Pk = Bk-Ak
[0021]完成以上循環(huán)計算后，利用C++函數(shù)的CString.Format()函數(shù)，將所有等離子槍移動所需的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符數(shù)據(jù)，然后利用CStud1Fi Ie對象建立輸出文件，再運用WriteStringO函數(shù)將這些字符數(shù)據(jù)輸出輸出為“txt”文件Pk_cutt ing.txt0
[0022]該文件格式第一行輸出數(shù)據(jù)為％，X1，yi，Z1”，其中A1Sint數(shù)據(jù)，存儲位置設(shè)置5字符，X1J1, Z1為double數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)存儲位置設(shè)置為10個字符;第二行存儲當前位置切割槍預(yù)移動方向M1和移動距離Cl1 ,M1存儲格式與A1存儲格式相同，包括int和double數(shù)據(jù)，Cl1采用double數(shù)據(jù)占1字符，存儲在M1數(shù)據(jù)后“，CU” ；第三行存儲當前位置切割槍方向P1，存儲格式與第一行相同。
[0023]按照以上三行存儲格式為一個基本存儲單元，依次循環(huán)存儲整個路徑的切割槍位置方向數(shù)據(jù)，即形成切割槍移動三維坐標數(shù)據(jù)文件。
[0024]本發(fā)明可變坡口切割運動坐標數(shù)據(jù)快速獲取方法，集成三維幾何建模和有限元網(wǎng)格劃分軟件功能，并結(jié)合坐標生成和讀取程序，實現(xiàn)快速獲取可變坡口切割坐標數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用CAD三維建模系統(tǒng)的曲面與實體相交切割和等距等角做倒角的功能，快速獲取可變坡口的幾何模型。本發(fā)明利用有限元網(wǎng)格劃分工具Hypermesh的映射網(wǎng)格劃分方法，離散可變坡口切面，從而獲取整個切面上的切割節(jié)點數(shù)據(jù)坐標。本發(fā)明自行開發(fā)的C++程序讀取有限元網(wǎng)格劃分獲取的節(jié)點數(shù)據(jù)，輸出可變坡口切面的動態(tài)坐標數(shù)據(jù)。本發(fā)明有益效果在于:
[0025]1.獲取數(shù)據(jù)過程操作簡單，易于普及。
[0026]2.避免人工計算，切割坐標數(shù)據(jù)獲取速度快，提高了效率。
【附圖說明】
[0027]圖1是肋板和外板相交模型的結(jié)構(gòu)示意圖。I為肋板，2為外板曲面，3為肋板和外板相交的接合面。
[0028]圖2曲面坡口模型，其中坡口角度為Θ，坡口邊距t。
[0029]圖3可變坡口切面上的四變形網(wǎng)格。
[0030]圖4切割槍移動三維坐標數(shù)據(jù)提取流程圖。
[0031]圖5節(jié)點標記號，其中Ak和Bk為標記的節(jié)點序號。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是綜合三維CAD切割、倒角算法和Hypermesh網(wǎng)格劃分算法，將變坡口曲面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為變坡口有限元網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)，進一步編程讀取節(jié)點數(shù)據(jù)，最終獲取自動加工等離子槍三維空間移動坐標數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)變坡口自動加工。具體流程如下圖:
[0033]1.獲取肋板與曲面外板結(jié)合面模型信息。將船廠設(shè)計的肋板與外板的三維模型導(dǎo)入至三維系統(tǒng)，通過外板曲面與肋板實體模型的相交和切割功能，提取兩者接合面(如圖1所示)ο此過程可由三維設(shè)計軟件Cat ia實現(xiàn)。
[0034]2.獲取可變坡口切割面。輸入坡口角度Θ和坡口邊距t，利用倒角功能，生成曲面坡口切割面。
[0035]3.導(dǎo)出帶有坡口切面模型。利用三維軟件Catia的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，導(dǎo)出格式為圖形交換標準格式igs”，模型文件名Pk_cutting.1gs。
[0036]4.生成切割面的切割坐標信息。將Pk_cuting.1gs模型文件導(dǎo)入至有限元工具Hypermesh，調(diào)用Mapping網(wǎng)格劃分算法，生成圖示切割面上四變形網(wǎng)格如圖3所示，并將四面體網(wǎng)格文件導(dǎo)出為有限元網(wǎng)格文件“.1np”格式文件Pk_cutting.1np，該文件為ASCI文件，文件包括網(wǎng)格節(jié)點信息Ni(X，y，z)和單元網(wǎng)格信息Ej(NI，N2，N3，N4)，i為節(jié)點序號，j為單元序號，X，y,z分別為節(jié)點的三維坐標，NI，N2，N3，N4分別為組成四邊形單元的四個節(jié)點序號。
[0037]5.讀取Pk_cutting.1np文件，獲取并輸出切割所需切割路徑信息。本發(fā)明通過C++語言程序?qū)崿F(xiàn)步驟5，具體實現(xiàn)流程如圖4所示。首先從Pk_cutting.1np文件中讀取坡口切割面上四面體網(wǎng)格的節(jié)點數(shù)據(jù)化(1(1^，7，2);然后按照圖示5位置，標記各節(jié)點數(shù)據(jù)，使得每個節(jié)點^與相應(yīng)的Ak或Bk符號對應(yīng);在P(每條曲線標記總數(shù))范圍內(nèi)，循環(huán)獲取等離子切割槍的動態(tài)移動坐標數(shù)據(jù)，直到循環(huán)至P點；
[0038]其中等離子槍在當前位置的移動矢量為11{&^7111，?)，其中
[0039]Mk = Ak+1-Ak
[0040]其中切割槍在當前位置的移動距離為dk為Ak到Ak+j^距離，
[0041]dk= I AkAk+1
[0042]其中在當前位置的切割槍方向?1{(&，7[)，2[))，其中，
[0043]Pk = Bk-Ak
[0044]完成以上循環(huán)計算后，利用C++寫文件程序?qū)⒁陨蠑?shù)據(jù)輸出為“txt”文件Pk_cutting.txt0
[0045]該文件格式第一行輸出數(shù)據(jù)為uAu1J1,Z1”，其中AAint數(shù)據(jù)，存儲位置設(shè)置5字符，X1J1, Z1為double數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)存儲位置設(shè)置為10個字符;第二行存儲當前位置切割槍預(yù)移動方向M1和移動距離Cl1 ,M1存儲格式與A1存儲格式相同，包括int和double數(shù)據(jù)，Cl1采用double數(shù)據(jù)占1字符，存儲在M1數(shù)據(jù)后“，CU” ；第三行存儲當前位置切割槍方向P1，存儲格式與第一行相同。
[0046]按照以上三行存儲格式為一個基本存儲單元，依次循環(huán)存儲整個路徑的切割槍位置方向數(shù)據(jù)，即形成切割槍移動三維坐標數(shù)據(jù)文件。
[0047]綜上，本發(fā)明公開了一種快速獲取船體曲板可變坡口自動熱切割運動坐標數(shù)據(jù)的方法，結(jié)合了三維CAD系統(tǒng)與有限元網(wǎng)格劃軟件工具Hypermesh的功能，具體實施步驟如下:
1、導(dǎo)入三維CAD模型，截取肋骨與船體曲板相交曲面模型;2、利用距離與角度確定的倒角算法獲取變坡口三維模型；3、將三維CAD模型導(dǎo)出為iges標準幾何模板數(shù)據(jù);4、在Hypermesh中導(dǎo)入生成的iges模型，利用四變形網(wǎng)格算法劃分變坡口切割曲面的網(wǎng)格;5、標記可變坡口的切割數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點;6、輸出變坡口網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)，編程讀取變坡口曲面網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為自動加工的空間運動坐標數(shù)據(jù)。
[0048]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種船體曲板焊接變坡口自動加工數(shù)據(jù)的獲取方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、獲取肋板與曲面外板(3)接合面模型信息: 將設(shè)計的肋板(I)與曲面外板(3)的三維模型導(dǎo)入至三維系統(tǒng)，通過相交和切割功能，提取接合面(2); 52、根據(jù)坡口角度Θ和坡口邊距t，獲取肋板接合面(2)處可變坡口切割面； 53、導(dǎo)出帶有坡口的切面模型文件，生成Hypermesh可讀取的“.1gs”格式文件； S4 ?將“.igs”格式文件導(dǎo)入至有限元工具Hypermesh，調(diào)用Mapping網(wǎng)格劃分算法，生成切割面上的圖示四邊形網(wǎng)格，并導(dǎo)出坡口處四邊形網(wǎng)格文件獲得有限元網(wǎng)格文件“.1np”格式文件，所述inp”格式文件包括網(wǎng)格節(jié)點信息Ni(x，y,z)和單元網(wǎng)格信息Ej(NI，N2，N3,N4)，i為節(jié)點序號，j為單元序號，X，y，z分別為節(jié)點的三維坐標，NI，N2，N3，N4分別為組成四邊形的四個節(jié)點序號； S5.根據(jù)“.1np”格式文件，獲取自動加工時等離子槍移動的坐標數(shù)據(jù)信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述體曲板焊接變坡口自動加工數(shù)據(jù)的獲取方法，其特征在于，步驟S5的具體過程為: 從“.1np”格式文件中讀取坡口切割面上四面體網(wǎng)格的節(jié)點數(shù)據(jù)Ni (id，X，y，z)，具體實現(xiàn): 利用C++語言的ReadStringO函數(shù)，讀取節(jié)點所在行字符串，然后利用CString對象的FindStringO和DeleteStringO函數(shù)逐段地分割字符串行，首先分割id信息，利用atoi O轉(zhuǎn)化為int數(shù)據(jù)，然后分割字符串中的X，y，z坐標字符串，利用atof ()函數(shù)轉(zhuǎn)化為double數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)將文件中的節(jié)點字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為臨時存儲的數(shù)字數(shù)據(jù)，建立數(shù)組存儲這些臨時數(shù)據(jù) id[]，X[]，y[]，z[]; 然后依據(jù)節(jié)點數(shù)組數(shù)據(jù)1(1[]^[]，7[]，2[]，讀取節(jié)點之間的空間位置關(guān)系，并以切割面的一端為起點，切割面上方和下方對應(yīng)節(jié)點分別標記為Ak和Bk，其中k= I，2...ρ，P為切割面的上側(cè)曲線上節(jié)點總數(shù);在P范圍內(nèi)，從切割面一端為起點，循環(huán)獲取等離子切割槍的動態(tài)移動坐標數(shù)據(jù)，直到循環(huán)至P點； 其中等尚子槍在當前位置的移動矢量為11^111，5^1，2111)，其中 Mk=Ak+1-Ak 其中切割槍在當前位置的移動距離為dk為Ak到Ak+Ι的距離， dk= AkAk+1 其中在當前位置的切割槍方向Pk(xp，yp，zp)，其中，Pk = Bk-Ak; 完成以上循環(huán)計算后，利用C++函數(shù)的CString.FormatO函數(shù)，將所有等離子槍移動所需的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符數(shù)據(jù)，然后利用CStud1File對象建立輸出文件，再運用WriteString()函數(shù)將這些字符數(shù)據(jù)輸出輸出為“txt”文件Pk_cutt ing.txt ； 該文件格式第一行輸出數(shù)據(jù)為，其中A1Sint數(shù)據(jù)，存儲位置設(shè)置5字符，Xi,yi, Z1Sdouble數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)存儲位置設(shè)置為10個字符;第二行存儲當前位置切割槍預(yù)移動方向.和移動距離ClUM1存儲格式與A1存儲格式相同，包括int和double數(shù)據(jù)，Cl1采用double數(shù)據(jù)占10字符，存儲在M1數(shù)據(jù)后“，cb” ；第三行存儲當前位置切割槍方向P1，存儲格式與第一行相同； 按照以上三行存儲格式為一個基本存儲單元，依次循環(huán)存儲整個路徑的切割槍位置方向數(shù)據(jù)，即形成切割槍移動三維坐標數(shù)據(jù)文件。
【文檔編號】G06F17/50GK105844067SQ201610421141
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】王瑄, 胡廣旭, 竇鈞, 孟梅, 王義新, 劉閩東, 陶毅
【申請人】大連船舶重工集團有限公司