[发明专利]一种用于船体分段外板的自动划线方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶建造技术领域，更具体地，涉及一种用于船体分段外板的自动划线方法。

背景技术

船体分段是由不同规格的型材和板材焊接而成，划线的操作就是精确确定它们之间相互位置关系的过程。分段制造及装配工艺具备工作区域广、现场设备布置复杂、定位精度要求高、装配工作量大等特点。在传统的船体装配过程中，往往采用大量装配型架、安装样板等辅助工作来定位和支撑船体部件，并通过人工操作进行对接装配，其实现简单、易于操作，对工作人员的技能要求较低，但是这种工作模式存在着装配精度低、调整复杂、质量不稳定、劳动强度大以及工作时间长等缺点。

船舶虚拟装配是将虚拟实现技术与船舶制造相结合的技术。虚拟装配利用计算机辅助技术,模拟一个与实际装配生产环境一致的虚拟装配环境,装配人员通过虚拟现实的交互手段对产品进行装配和拆卸，用户的操作被计算机记录下来，并根据推理以确定产品的装配和拆卸顺序及路径。采用数字化虚拟装配进行辅助装配工作，可以解决目前船体分段装配中因人工操作而造成的装配精度低、装配质量不稳定和劳动强度大等问题。

目前国内的部分造船企业已经研究并采用了数字化虚拟装配系统，实现了实体造型、装配检测、干涉分析等功能。然而，由于缺少在建造现场对中间产品进行准确测量和定位的手段，无法将虚拟装配系统产生的安装与定位信息有效地应用于实际建造施工过程中，使得虚拟装配在船体总段装配中的应用效果受到了极大的制约，这主要体现在以下几个方面：第一，船舶建造现场的安装定位工作与虚拟装配数据系统之间缺乏相互映射的机制，既无法将虚拟装配系统中的关键定位点的位置映射到建造车间内用以指导生产，也无法将建造车间内的装配位置信息反馈到虚拟装配系统中进行质量检测与公差分析；第二，车间装配作业主要依靠制作样板人工定位仍然采用传统的依靠样板等辅助工装进行安装坐标定位的方式，其定位不精确，而且定位时间长、步骤繁琐，出现问题时响应速度慢；第三，在船舶的装配作业中存在着大量的需要定位的关键点，使用样板进行定位时需要针对不同的关键点制作不同的样板，因而柔性低，并造成很大的资源浪费。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于船体分段外板的自动划线方法，其中通过在虚拟装配与实船建造过程中建立信息映射和信息反馈，并基于该信息机制采用划线机器人来执行操作，相应能够顺利实现虚拟装配过程和实际建造过程之间的指导和反馈，在显著提高制造效率的同时保证船舶建造定位划线精度，并具备自动化和智能程度高、便于操控和适用性强等特点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于船体分段外板的自动划线方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）对处于船舶制造车间内的待划线船体分段外板以及固定设备执行数字化静态扫描测量，由此生成船体分段外板的实体数字化模型，同时测得所述固定设备的位置信息；

（b）为整个船舶制造车间建立X-Y-Z三轴空间定位坐标系，并将所述固定设备的位置信息作为定位基准，相应获得该制造车间内作为移动设备的划线机器人的实时三维坐标信息；

（c）利用虚拟装配技术获得该船体分段外板的设计模型，将步骤（a）所获得的实体数字化模型与该设计模型执行对齐处理，由此确立两者之间几何信息的相互映射关系；

（d）根据虚拟装配系统所提供的定位指令，结合上述映射关系得到划线机器人与待划线目标在所述设计模型中的相互位置，并为划线机器人生成用于执行划线操作的运动信号；根据所生成的运动信号相应驱动划线机器人至目标处执行实际划线操作，由此实现船体分段外板的自动划线及定位过程。

作为进一步优选地，在步骤（a）中，优选利用激光雷达方式来执行所述数字化静态扫描测量过程。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，在所述固定设备上布置应答器并在移动设备上布置测距器，以此方式根据移动设备相对于固定设备的距离信息，从而计算得到移动单元的实时三维坐标。

作为进一步优选地，在步骤（c）中，优选利用基于最小二乘法的最佳化拟合或者基于关键位置对齐的拟合方式来执行所述对齐操作。

作为进一步优选地，在步骤（d）中，优选利用遗传算法或神经网络算法来为划线机器人生成用于执行划线操作的运动信号。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：