專利名稱：用于初始外加變形條件的線加熱系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線加熱方法及其系統(tǒng)，尤其涉及考慮初始外加變形條件的線加熱方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船體具有根據(jù)工程技術(shù)(包括流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)及震動(dòng))設(shè)計(jì)的三維表面，并且通過對(duì)具有某一厚度的鋼板進(jìn)行處理而制得。船體的外部板的加工精度可決定整條船的設(shè)計(jì)性能。通過兩種方式將外部板處理成三維形狀，一種是通過沖壓機(jī)或輥壓機(jī)進(jìn)行的初級(jí)機(jī)械冷加工方式，第二種是例如通過用氣焊槍對(duì)鋼板進(jìn)行加熱的二級(jí)熱加工方式。所述冷加工為利用輥壓，層壓，或曲壓形成曲率的冷加工方法，并且現(xiàn)今大多數(shù)的船塢主要用此方法形成可展形狀。所述可展形狀系指可通過簡(jiǎn)單的彎曲而無需斷裂板表面內(nèi)的收縮或膨脹就可制得的形狀。熱加工系通過使用熱源(諸如氣焊槍、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等)對(duì)鋼板進(jìn)行加熱而導(dǎo)致收縮、膨脹、及彎曲變形，而將鋼板制成三維彎曲形狀。此處，熱加工中的收縮及膨脹具有這樣的物理/動(dòng)態(tài)特性，即，無任何特定的發(fā)生方向。然而，熱加工中只有形成或抑制某一方向的變形，才可能制得所設(shè)計(jì)的目標(biāo)曲率。因此，為了通過熱加工將鋼板處理成所需的形狀，不僅是需要輸入至鋼板適當(dāng)位置處的適當(dāng)熱量，適當(dāng)位置處的強(qiáng)迫邊界也是必須的。一般通過在鋼板的適當(dāng)位置處畫加熱線，然后向加熱線提供適當(dāng)?shù)臒?，從而完成所述二?jí)熱加工。此處，這些任務(wù)主要通過手工操作完成，而這些手工操作絕大多數(shù)由10 年以上工作經(jīng)驗(yàn)的高技術(shù)操作者進(jìn)行。根據(jù)表面的高斯曲率，一般將船的彎曲外板分為凹型(高斯曲率>0)、鞍型(高斯曲率<0)、及圓柱型(高斯曲率=0)。凹型還可分為純凹型和扭曲型。大多數(shù)的造船商根據(jù)曲率的形狀區(qū)別熱加工方法而通過操作者的手工加熱產(chǎn)生最終的形狀。熱加工方法主要分為線加熱和三角形加熱。線加熱方法通過使用作為主熱源的氣體對(duì)直線或曲線形狀鋼板的表面加熱而使得板彎曲，然后使鋼板冷卻。三角形加熱方法(或局部加熱方法)通過對(duì)鋼板的邊緣進(jìn)行局部加熱和冷卻而導(dǎo)致收縮。通過對(duì)鋼板進(jìn)行冷卻，防止熱傳遞至其它區(qū)域，并由此引起局部面內(nèi)變形。由于加熱表面的形狀接近三角形，因此被成為三角形加熱。在當(dāng)前的彎曲外板的熱加工中，包括線加熱和三角形加熱方法，由于操作完全取決于高級(jí)技術(shù)人員使用氣體作為熱源進(jìn)行的手工技術(shù)，因此操作的速度和水平的提高受限。并且，由于操作者之間的技術(shù)水平和操作方法不同，難以對(duì)操作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，或者傳承技術(shù)，使得低技術(shù)操作者更為困難。
此后，對(duì)加工操作的自動(dòng)化有所需求，并且業(yè)已發(fā)展和提出了幾種現(xiàn)有技術(shù)。 其中一些現(xiàn)有技術(shù)包括第 10-2002-0071131、10-1998-0007332、10-2004-7014619 及 10-2007-0053225 ο這些現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1中的(a) (c)所示，對(duì)區(qū)域進(jìn)行加熱時(shí)，利用由溫度偏差所造成的角扭曲進(jìn)行熱加工，所述溫度偏差根據(jù)基于厚度的溫度分布。更具體地，當(dāng)對(duì)圖1的(a)所示的平鋼板的區(qū)域進(jìn)行加熱時(shí)，發(fā)生圖1的(b)所示的角扭曲。假設(shè)加熱一次所獲得的角扭曲為如圖1的(b)所示的“a”弧度，并且假設(shè)適用疊加原理，若進(jìn)行三次加熱，則可獲得“3a”弧度的最終變形，如圖1的(d)所示。圖2示出了根據(jù)熱源的鋼(AH32，軟鋼)的不帶有任何的初始外加變形的變形特征。在大多數(shù)公知的熱工作自動(dòng)化的處理數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)中，僅考慮加熱鋼板時(shí)發(fā)生的角扭曲的狀況以提取待處理鋼板的變形特征，并且這些變形特征用以計(jì)算加熱位置、加熱速率等處理數(shù)據(jù)，并且用以執(zhí)行熱加工操作。然而，如前所述，熱加工經(jīng)由輸入熱形成的收縮膨脹處理而造成變形，但所述收縮和膨脹具有無任何特定方向這樣的物理/動(dòng)態(tài)特性。因此，在熱加工處理中，需要形成或者抑制沿鋼板的某一方向的變形，以產(chǎn)生所設(shè)計(jì)的目標(biāo)曲率。這意味著在熱加工的處理中，不僅需要在鋼板的適當(dāng)位置施加適當(dāng)?shù)臒崃浚?還需要在鋼板的適當(dāng)位置施加強(qiáng)迫邊界。此處，強(qiáng)迫邊界系指管對(duì)鋼板進(jìn)行的熱加工可使得變形停止的初始外加變形條件，或者通過在受熱加工之鋼板的位置處提供強(qiáng)制力而根據(jù)對(duì)鋼板進(jìn)行的熱加工形成更多的變形。下文將參考其它附圖描述在鋼板熱加工期間考慮初始外加變形時(shí)的變形效果。在圖3的(a) (d)，向鋼板施加三次可導(dǎo)致圖1的(a) (c)中“a”弧度變形的熱相同的熱，并且在向鋼板初始外加“b”弧度的外加變形的情況下，變形發(fā)展。如圖3的(a)所示，當(dāng)在鋼的彈性區(qū)域的端部處向上施加力時(shí)，發(fā)生“b”弧度的外加變形。此處，施加如圖3的(b)所示的、與可引起圖1的(b)的“a”弧度角扭曲的熱量相同的熱量之后發(fā)生的角扭曲定義為“C”弧度，其中，c > a，如圖3的(c)所示。此處，可基于“C”和“b”的角度考慮下列情況。首先，若c > b，則通過100%移除彈性應(yīng)力并且通過加熱生成附加的塑性變形， “b”弧度的強(qiáng)迫彈力變形最終轉(zhuǎn)變“C”弧度的角扭曲。這樣，移除了為初始外加變形所施加的力，并且用于保持該力的支撐塊僅僅執(zhí)行支撐功能。由于接下來的兩側(cè)加熱沒有任何的外加變形，“加”弧度的變形因疊加原理而發(fā)生，并且發(fā)生“2a+c”的最終變形。因此，最終變形大于圖1所示的生成“3a”角扭曲的變形。(情況1)接著，若c < b，則加熱并未完全移除彈性應(yīng)力，由此外加變形未完全去除。這樣， 若移除力，則可部分地恢復(fù)彈性變形，并且支撐塊仍然處于向上施加力的狀態(tài)。若在保持小于“b”弧度初始外加變形之外加變形的情況下進(jìn)行加熱，則發(fā)生大于“d”弧度的角扭曲，其大于“a”弧度。(情況2)。此處，若c+d > b，則在進(jìn)行兩次加熱時(shí)外加變形的效果消失，并且包括在第三次加熱之后發(fā)生的“a”弧度角扭曲的最終角是指變?yōu)槿鐖D3的(d)所示的“c+d+a”。(情況3)此處，若c+d<b，則在最終加熱生成“e”弧度角扭曲(其中e>a)的情況下，最終角扭曲變?yōu)椤癱+d+e”若在彈性區(qū)域內(nèi)的“b”初始外加變形足夠大，則發(fā)生c+d+e < b的情況。綜合考慮上述情況，與圖1的“3a”最終角扭曲相比，情況1、2、及3(考慮初始外加變形)的最終角扭曲總是大于“3a”(因?yàn)椤癱”，“d”，或“e”角扭曲大于“a”角扭曲)。因此，可推斷施加初始外加變形所發(fā)生的角扭曲比不考慮初始外加變形所發(fā)生的角扭曲更有效(即，更大)。為了將上述初始外加變形應(yīng)用于當(dāng)前的鋼板熱加工，現(xiàn)在的實(shí)際手工操作利用所謂的“緊固件”(一種“L”形緊固件)和木制(用于大變形)或金屬制(用于小變形)的支撐塊，以加入鋼板在適當(dāng)位置的約束邊界或支撐邊界。此處，支撐塊由楔形的木質(zhì)或金屬材料形成，并且與緊固件協(xié)同工作，以僅對(duì)鋼板進(jìn)行支撐，或者對(duì)初始變形鋼板進(jìn)行強(qiáng)力支撐。此處，對(duì)初始變形鋼板進(jìn)行強(qiáng)力支撐系指，向鋼板施加力以在某個(gè)位置導(dǎo)致彈性變形然后加熱以在所需位置導(dǎo)致塑性變形，從而在操作者利用熱對(duì)鋼板進(jìn)行加工時(shí)有助于變形。此處，支撐塊執(zhí)行對(duì)發(fā)生初始外加變形的部分進(jìn)行保持的功能。換言之，在由緊固件對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行緊固并且通過將某一區(qū)域施加力而使得鋼板發(fā)生初始彈性變形之后，支撐板對(duì)所述某一區(qū)域進(jìn)行保持。上述人工操作方法中，已經(jīng)有通過考慮初始外加變形而對(duì)鋼板進(jìn)行強(qiáng)力支撐的情況，但是這一操作取決于技術(shù)操作者的經(jīng)驗(yàn)，并且，盡管已經(jīng)考慮了鋼板的初始外加變形， 但目前提出的曲率處理方法或協(xié)同并沒有提及任何判定諸如加熱鋼板用的位置和條件之類的處理數(shù)據(jù)的方法。因此，需要開發(fā)一種用于判定諸如加熱鋼板用的位置和條件之類的處理數(shù)量的方法，并且在鋼板中處理曲率時(shí)考慮初始外加變形。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題根據(jù)上述需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)化熱加工操作中的線加熱方法和系統(tǒng)，在鋼板存在初始外加變形時(shí)所述自動(dòng)化熱加工操作考慮邊界條件，從而增加操作的效率。技術(shù)方案本發(fā)明的一個(gè)方面為一種考慮鋼板的初始外加變形的線加熱方法，所述方法可包括測(cè)量當(dāng)前處理的鋼板，并且輸入所述鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前處理鋼板的測(cè)量形狀數(shù)據(jù)；計(jì)算所述鋼板的約束和初始外加變形位置；根據(jù)所述鋼板的約束位置計(jì)算所述鋼板的未經(jīng)角扭曲量；根據(jù)所述計(jì)算得到的外加角扭曲量計(jì)算所述鋼板的加熱線的位置和強(qiáng)度；并且根據(jù)所述計(jì)算得到的加熱線的位置和強(qiáng)度處理表面。通過比較所述鋼板的彈性區(qū)域中的外加角扭曲量與由負(fù)載形成的臨界外加角扭曲量并且選擇其中較小的值來判定所述外加角扭曲量。所述線加熱方法還可包括，在所述計(jì)算所述鋼板的約束和初始外加變形位置之前，判定是否對(duì)所述當(dāng)前處理鋼板施加約束和外加初始變形。
所述線加熱方法還可包括，在所述處理表面之后，檢查所述當(dāng)前處理的形狀是否與所述設(shè)計(jì)形狀相匹配。若所述當(dāng)前處理的形狀與所述設(shè)計(jì)形狀相匹配，則結(jié)束所述處理， 并且若所述當(dāng)前處理的形狀與所述設(shè)計(jì)形狀不匹配，則從所述測(cè)量當(dāng)前處理鋼板并且輸入所述鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前處理鋼板的測(cè)量形狀數(shù)據(jù)的步驟開始重復(fù)所述線加熱方法。所述計(jì)算加熱線的位置和強(qiáng)度還包括根據(jù)所述外加角扭曲量計(jì)算處理所述鋼板之后的所述鋼板的剩余外加角扭曲量。若在所述計(jì)算剩余外加角扭曲量的步驟中存在所述剩余外加角扭曲量，則再進(jìn)行加熱線的位置和強(qiáng)度的附加計(jì)算直至所述剩余外加角扭曲量不存在。所述計(jì)算加熱線的位置和強(qiáng)度還包括，若在所述計(jì)算剩余外加角扭曲量的步驟中不存在所述剩余外加角扭曲量，則在不考慮所述鋼板的初始外加變形的情況下計(jì)算角扭曲量；根據(jù)所述未考慮初始外加變形的角扭曲量判定加熱強(qiáng)度和加熱位置；并且檢查加熱數(shù)據(jù)的生成是否完成。本發(fā)明的另一方面為一種考慮鋼板的初始外加變形的線加熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可包括測(cè)量單元，配置為測(cè)量當(dāng)前處理鋼板的形狀和處理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫，配置為存儲(chǔ)由所述測(cè)量單元測(cè)得的測(cè)量數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)和目標(biāo)鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)；加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元，配置為使用存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫中的所述目標(biāo)鋼板的所述測(cè)量數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算所述鋼板的表面配準(zhǔn)和變形率、計(jì)算所述鋼板的約束和初始外加變形的位置、計(jì)算所述鋼板的外加角扭曲量、及根據(jù)所述外加角扭曲量計(jì)算加熱數(shù)據(jù)；約束和初始外加變形裝置，配置為根據(jù)由所述加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元計(jì)算得到的所述鋼板的約束位置和初始外加變形位置對(duì)所述鋼板施加約束和外加初始變形；及表面處理裝置，配置為根據(jù)由所述加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元計(jì)算得到的加熱數(shù)據(jù)對(duì)所述鋼板的表面進(jìn)行處理。所述線加熱系統(tǒng)還可包括下列單元中的至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，配置為存儲(chǔ)由所述加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元計(jì)算得到的所述加熱數(shù)據(jù)；及輸出單元，配置為輸出所述加熱數(shù)據(jù)。有益效果根據(jù)本發(fā)明，通過在對(duì)鋼板進(jìn)行加熱時(shí)考慮初始外加變形，較之未考慮初始外加變形的情況，可生成較少數(shù)量的加熱線，并且以較短時(shí)間將所述鋼板處理成設(shè)計(jì)形狀。


圖1在(a) (c)中示出了未考慮初始外加變形時(shí)對(duì)鋼板進(jìn)行熱加工的變形；圖2示出了說明以氣體和高頻熱源進(jìn)行線加熱時(shí)變形特征的曲線圖；圖3在(a) (d)中示出了根據(jù)初始外加變形條件的鋼板的變形狀態(tài)；圖4為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮初始外加變形的線加熱系統(tǒng)的方塊圖；圖5為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮初始外加變形的線加熱方法的流程圖；圖6為示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮初始外加變形的線加熱方法中如何計(jì)算初始外加變形量的流程圖；圖7為示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮初始外加變形的線加熱方法中如何計(jì)算加熱線的位置和強(qiáng)度的流程圖；圖8和9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于應(yīng)用梁原理的三維表面的簡(jiǎn)化版本；
圖10示出了梁截面單元的彈性和塑性變形；圖11示出了曲率半徑R與初始外加變形d之間的關(guān)系；圖12示出了 15噸負(fù)載能夠生成的基于表面厚度的最大變形量；圖13和14示出了施加高頻熱源線加熱時(shí)的變形特征；圖15示出了未考慮初始外加變形的加熱線生成狀態(tài)；圖16示出了考慮初始外加變形的加熱線生成狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式下文將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮初始外加變形的線加熱方法及系統(tǒng)。此處，在描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線加熱方法及系統(tǒng)的過程中，現(xiàn)有背景技術(shù)所揭露的或者構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的通常已知的信息將不作詳細(xì)描述，或者將進(jìn)行簡(jiǎn)要描述，并且將更詳細(xì)地描述現(xiàn)有背景技術(shù)中未描述的、本發(fā)明所特有的信息。圖4為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮初始外加變形的線加熱系統(tǒng)的方塊圖。參考圖4，考慮初始外加變形的線加熱系統(tǒng)1包括對(duì)待處理鋼板的形狀進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量單元10 ；對(duì)由測(cè)量單元10測(cè)得的測(cè)量數(shù)據(jù)和目標(biāo)鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫20 ；使用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫20中的測(cè)量數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)根據(jù)初始外加變形計(jì)算加熱數(shù)據(jù)的加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30 ；根據(jù)由加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30計(jì)算得到的鋼板約束和初始外加變形位置對(duì)鋼板施加約束和初始變形的約束和初始外加變形裝置40 ；及根據(jù)由加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30計(jì)算得到的加熱數(shù)據(jù)對(duì)鋼板的表面進(jìn)行處理的表面處理裝置50。更具體地，測(cè)量單元10包括用于對(duì)待處理鋼板中的待處理形狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量裝置。所述測(cè)量裝置形成為用以對(duì)當(dāng)前進(jìn)行處理的鋼板的形狀、尺寸等進(jìn)行測(cè)量。此處，對(duì)于正在處理的鋼板，可在處理鋼板的情況下連續(xù)地或周期地測(cè)量形狀數(shù)據(jù)，并且所述連續(xù)或周期測(cè)量的形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫20中，以供在測(cè)量之后使用鋼板處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫20形成為存儲(chǔ)由測(cè)量裝置測(cè)得的鋼板形狀數(shù)據(jù)和目標(biāo)鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)?？山?jīng)由CAD程序?qū)υO(shè)計(jì)形狀進(jìn)行預(yù)判定而提供所述設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)，根據(jù)所述設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)對(duì)鋼板進(jìn)行最終加工。加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30為這樣的元件，其通過生成多個(gè)實(shí)現(xiàn)考慮鋼板初始外加變形的線加熱方法的裝置(例如，約束和初始外加變形裝置40和對(duì)鋼板進(jìn)行加熱的表面處理裝置50)中所需的數(shù)據(jù)、將生成的處理數(shù)據(jù)發(fā)送至各所述裝置、且允許各所述裝置根據(jù)處理數(shù)據(jù)操作，以幫助根據(jù)鋼板的初始外加變形進(jìn)行線加熱。為此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30形成為使用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的測(cè)量數(shù)據(jù)和目標(biāo)鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)，以計(jì)算鋼板的表面配準(zhǔn)(surface registration)和變形率，以計(jì)算鋼板約束和初始外加變形位置以計(jì)算鋼板的外加角扭曲量、并且根據(jù)外加角扭曲量計(jì)算加熱數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30可包括表面配準(zhǔn)和變形率計(jì)算模塊32、約束和初始外加變形位置計(jì)算模塊34、外加角扭曲量計(jì)算模塊36、及加熱數(shù)據(jù)計(jì)算模塊38。盡管可以形成表面配準(zhǔn)和變形率計(jì)算模塊、約束和初始外加變形位置計(jì)算模塊、外加角扭曲量計(jì)算模塊、及加熱數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，以單獨(dú)執(zhí)行各計(jì)算步驟，也可形成一個(gè)執(zhí)行綜合計(jì)算的計(jì)算單元，以連續(xù)或同時(shí)執(zhí)行用以實(shí)現(xiàn)考慮鋼板初始外加變形的線加熱的計(jì)算。下文將描述通過加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30計(jì)算表面配準(zhǔn)和變形率、約束和初始外加變形位置、外加角扭曲量、及加熱數(shù)據(jù)的方法。由加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30計(jì)算的鋼板加熱數(shù)據(jù)作為新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在與加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30連接的存儲(chǔ)單元60中，或者經(jīng)由輸出單元70作為數(shù)據(jù)輸出以使使用者可進(jìn)行檢查。為此，存儲(chǔ)單元60和輸出單元70中的至少一個(gè)與加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30連接。更具體地，存儲(chǔ)單元60為用于存儲(chǔ)由加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30計(jì)算的鋼板加熱數(shù)據(jù)的元件，并且可這樣提供存儲(chǔ)單元60，即通過利用存儲(chǔ)鋼板形狀數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫 20作為其存儲(chǔ)單元，或者形成單獨(dú)的存儲(chǔ)空間。儲(chǔ)存在前述儲(chǔ)存單元中的鋼板加熱數(shù)據(jù)可通過輸出單元70輸出至用戶。輸出單元70可實(shí)現(xiàn)為打印機(jī)72之類的打印輸出設(shè)備，或者IXD顯示監(jiān)視器74之類的屏幕輸出設(shè)備。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮鋼板初始外加變形的線加熱系統(tǒng)1中，對(duì)鋼板的設(shè)計(jì)形狀和鋼板的當(dāng)前處理的實(shí)際形狀進(jìn)行測(cè)量和比較，并且加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30計(jì)算將鋼板處理為設(shè)計(jì)形狀所需的加熱數(shù)據(jù)，然后表面處理設(shè)備根據(jù)計(jì)算得到的加熱數(shù)據(jù)對(duì)鋼板進(jìn)行處理以形成表面。此處，加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元30計(jì)算約束和初始外加變形位置、計(jì)算在初始外加變形下的外加角變形量、并且生成最終加熱數(shù)據(jù)，例如，對(duì)鋼板進(jìn)行一次熱加工所需加熱線的數(shù)量、上述加熱線中要在初始外加變形狀態(tài)下加熱的加熱線的數(shù)量、及加熱線的加熱順序。因此，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的線加熱系統(tǒng)1中，約束和初始外加變形裝置根據(jù)使用由測(cè)量裝置測(cè)得的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到的加熱數(shù)據(jù)對(duì)鋼板施加約束并且向鋼板外加初始變形，并且通過重復(fù)根據(jù)生成的加熱數(shù)據(jù)對(duì)表面進(jìn)行處理而將當(dāng)前處理的鋼板處理成設(shè)計(jì)形狀。下文將描述通過如上所構(gòu)成的考慮鋼板初始外加變形的線加熱系統(tǒng)圖5為通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮鋼板初始外加變形的熱加熱系統(tǒng)實(shí)施考慮鋼板初始外加變形的線加熱方法的流程圖。參考圖5，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的考慮鋼板初始外加變形的線加熱方法包括測(cè)量當(dāng)前處理的鋼板并且輸入鋼板的設(shè)計(jì)形狀和當(dāng)前處理鋼板的測(cè)量形狀的數(shù)據(jù)(S510)；判定是否對(duì)當(dāng)前處理鋼板施加約束和外加初始變形(S520)；計(jì)算約束和初始外加變形的位置(S530)；計(jì)算外加角扭曲量(SMO)；根據(jù)計(jì)算得到的外加角扭曲量計(jì)算加熱線的位置和強(qiáng)度(S550)；并且根據(jù)計(jì)算得到的加熱線的位置和強(qiáng)度對(duì)表面進(jìn)行處理(S560)。下文將詳細(xì)描述考慮鋼板外加變形的線加熱方法的上述各步驟。(1)將設(shè)計(jì)形狀和當(dāng)前處理形狀的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(S510)在輸入設(shè)計(jì)形狀和當(dāng)前處理形狀的步驟(S510)中，將設(shè)計(jì)形狀和當(dāng)前處理形狀的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫20中。此處，從CAD程序提取待用于處理鋼板的最終處理形狀的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫20中?？墒褂靡?guī)則點(diǎn)數(shù)據(jù)、IGS之類的標(biāo)準(zhǔn)CAD文件格式等構(gòu)成設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)。最好將設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)分為船號(hào)、塊號(hào)、板號(hào)等存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。經(jīng)由包括在測(cè)量單元10中的測(cè)量裝置對(duì)當(dāng)前處理鋼板的形狀信息進(jìn)行測(cè)量，并以與用于待處理鋼板的最終處理形狀的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)相同的形式將所述形狀信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫20中。由于待處理鋼板的最終處理形狀為三維形狀，因此設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和待處理鋼板的形狀數(shù)據(jù)最好作為三維形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫20中。通過調(diào)用系統(tǒng)，將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的三維形狀數(shù)據(jù)自動(dòng)量化為三維表面，并自動(dòng)執(zhí)行表面配準(zhǔn)(surface regsitration)。(2)判定是否約束和外加初始變形(S520)在判定是否約束和外加初始變形的步驟(S520)中，判定是否使用約束和初始外加變形。此處，在不使用約束和初始外加變形的情況下，計(jì)算加熱線的位置和加熱的強(qiáng)度(S550)，然后經(jīng)由熱加工進(jìn)行表面處理操作 (S560)，而不進(jìn)行任何的約束和初始外加變形。舉例來說，若能夠通過在沒有約束和初始外加變形的情況下生成少量的加熱線以執(zhí)行操作，則可在沒有約束和初始外加變形的情況下進(jìn)行操作。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在沒有約束和初始外加變形的情況下，可以根據(jù)公知現(xiàn)有技術(shù)通過考慮，例如，圖2所示的氣體熱源變形特性和高頻熱源變形特征來計(jì)算加熱線的位置和加熱的強(qiáng)度。然而，若鋼板的變形程度需要較大或者設(shè)計(jì)形狀的處理較為復(fù)雜，則最好在有約束和初始外加變形的情況下對(duì)加熱線進(jìn)行加熱。這一步驟中，判定是否需要計(jì)算所述約束和初始外加變形條件。若無需提供約束和初始外加變形，則通過在不考慮約束和初始外加變形條件的情況下生成加熱數(shù)據(jù)而進(jìn)行熱加工。若判定需要提供約束和初始外加變形，則計(jì)算約束和初始外加變形條件，然后在生成加熱數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)λ鰲l件進(jìn)行考慮。此處，在鋼板為鞍型的情況下，即，高斯曲率小于 0，則需要約束和初始外加變形，并且在鋼板為凹型的情況下，即，高斯曲率大于0，則無需約束和初始外加變形。因此，可根據(jù)鋼板是否是鞍型或是否是凹型來判定熱加工的執(zhí)行是否需要考慮初始外加變形。如前所述，通過生成加熱線對(duì)表面進(jìn)行處理的步驟是這樣的通過生成多條加熱線并且沿所生成的加熱線進(jìn)行熱加工。在生成加熱線和熱加工的過程中，測(cè)量當(dāng)前形狀以通過比較設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和當(dāng)前形狀的形狀不同來形成目標(biāo)形狀，然后進(jìn)行熱加工以將當(dāng)前形狀轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)形狀。此處，盡管能夠在單個(gè)熱加工處理中從當(dāng)前形狀轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)形狀，但通常所述測(cè)量和熱加工處理要重復(fù)若干次。此外，不必在每一加熱線處理的情況下都進(jìn)行熱加工時(shí)的約束和初始外加變形， 而是在某些情況下可僅僅處理加熱線而不進(jìn)行任何的約束和初始外加變形。此處，即使在一塊鋼板上形成若干加熱線的情況下，也不是對(duì)鋼板上形成的每條加熱線都施加約束和初始外加變形，可在有選擇地施加約束和初始外加變形的情況下，對(duì)判定為在對(duì)加熱線進(jìn)行加熱時(shí)須考慮約束和初始外加變形的加熱線進(jìn)行熱加工。此處，可通過考慮鋼板的外加角扭曲量(將鋼板處理成設(shè)計(jì)形狀需考慮)，來選擇在施加約束和初始外加變形時(shí)的待處理加熱線。下文將詳細(xì)描述根據(jù)外加角扭曲量選擇要施加約束和初始外加變形的加熱線的方法。(3)計(jì)算約束和初始外加變形的位置(S530)在計(jì)算處理鋼板表面時(shí)的約束和初始外加變形之位置的步驟中，計(jì)算用以放置對(duì)鋼板施加約束的緊固件(dog)和提供初始外加變形的位置。此處，計(jì)算對(duì)鋼板施加約束的位置包括計(jì)算鋼板的彎曲變形率和面內(nèi)變形率，其可通過設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和測(cè)量形狀數(shù)據(jù)之間的差異計(jì)算得到。此處，將加熱線主方向和根據(jù)計(jì)算得到的彎曲變形率和面內(nèi)變形率的彎曲變形率方向確定為用以約束鋼板的方向。并且，通過計(jì)算鋼板的重心位置，可將穿過重心的加熱線的主方向與鋼板的兩條側(cè)邊所構(gòu)成之角部相遇的位置(見圖8中緊固件的位置)確定為對(duì)鋼板施加約束的位置。對(duì)于上述的對(duì)鋼板施加約束的位置，一般可將初始外加變形的位置確定為這樣的一點(diǎn)，即，與位于鋼板的兩條側(cè)邊所構(gòu)成之角部上所形成的兩個(gè)約束位置的中心位置處的加熱線的主方向相垂直的一條線與鋼板的另兩條側(cè)邊所構(gòu)成的角部相遇的點(diǎn)(見圖8中支撐塊的位置)。由本發(fā)明申請(qǐng)人申請(qǐng)的第10-2008-0086986號(hào)韓國專利申請(qǐng)揭露了判定約束位置的方法和系統(tǒng)。通過約束和初始外加變形位置計(jì)算模塊34計(jì)算以如前所述的對(duì)鋼板施加約束的位置和施加用于初始外加變形的力的初始外加變形的位置地，并且將約束和初始外加變形位置數(shù)據(jù)傳輸至約束和初始外加變形設(shè)備40，并且在考慮約束和初始外加變形的情況下生成加熱線的時(shí)候，通過約束和初始外加變形設(shè)備40對(duì)鋼板進(jìn)行約束并且施加初始變形。對(duì)多條加熱線進(jìn)行加熱時(shí)，在生成這些加熱線的時(shí)候所考慮的多個(gè)約束和初始外加變形的位置可為相同位置，或者可根據(jù)各個(gè)加熱線為相互不同的位置。(4)計(jì)算外加角扭曲量(SMO)在計(jì)算約束和初始外加變形步驟中計(jì)算約束和初始外加變形的位置之后，計(jì)算在初始外加變形位置待扭曲的外加角扭曲量(步驟S540)。圖6為詳細(xì)示出計(jì)算外加角扭曲量步驟(SMO)的流程圖。計(jì)算外加角扭曲量步驟(SMO)中的一個(gè)重要因素是適當(dāng)?shù)嘏卸ㄔ谔峁┏跏纪饧幼冃蔚那闆r下根據(jù)熱源的速率和強(qiáng)度發(fā)生的角扭曲的量。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這樣進(jìn)行外加角扭曲量的計(jì)算計(jì)算彈性區(qū)域中的曲率半徑(S620)；計(jì)算該彈性區(qū)域中的外加角扭曲量(S630)；計(jì)算負(fù)載下的臨界外加角扭曲量 (S640)；將彈性區(qū)域的外加角扭曲量與由負(fù)載形成的臨界外加角扭曲量進(jìn)行比較(S650)； 并且從比較中選擇較小的值作為最優(yōu)外加角扭曲量(S660)下文將更詳細(xì)地描述外加角扭曲量的計(jì)算步驟。首先，對(duì)先前計(jì)算得到的約束位置和初始外加變形位置進(jìn)行檢驗(yàn)(S610)。然后，對(duì)要施加初始外加變形鋼板的彈性區(qū)域的曲率半徑進(jìn)行計(jì)算(S620)。此處， 對(duì)要施加初始外加變形的鋼板的彈性區(qū)域的曲率半徑進(jìn)行計(jì)算是對(duì)要施加初始外加變形的鋼板彈性范圍進(jìn)行檢驗(yàn)。更具體地，施加至表面部件的外加角扭曲量需判定為在鋼板本身的彈性區(qū)域內(nèi)。 這是因?yàn)檫^量的初始外加變形會(huì)作為過大的負(fù)載并且造成形成表面的鋼板的不確定區(qū)域的塑性變形，可能導(dǎo)致預(yù)期外的變形。因此，根據(jù)本發(fā)明的考慮約束和初始外加變形的線加熱方法中的初始外加變形允許鋼板在一旦移除初始外加變形(即，負(fù)載)就可回復(fù)至其原始形狀的彈性區(qū)域之內(nèi)變形。
作為一種計(jì)算在彈性區(qū)域內(nèi)的外加角扭曲量的方法，將表面部件分為如圖8所示的若干條，并且對(duì)其中的一條應(yīng)用簡(jiǎn)化假定，這樣就可適用公知的梁理論。圖9所示的形狀為從側(cè)面觀察圖8中虛線表示的部分。圖9中，在兩個(gè)表面之間進(jìn)行表面配準(zhǔn)，其中、表示當(dāng)前表面，&表示設(shè)計(jì)表面， θ表示兩個(gè)表面的曲率差形成的角。此處，可適用如下公式1計(jì)算兩個(gè)表面的端部處的差的量，其中L為部件的長(zhǎng)度。公式權(quán)利要求
1.一種考慮鋼板的初始外加變形的線加熱方法，所述方法包括測(cè)量當(dāng)前處理的鋼板，并且輸入所述鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前處理鋼板的測(cè)量形狀數(shù)據(jù)；計(jì)算所述鋼板的約束位置和初始外加變形位置； 根據(jù)所述鋼板的約束位置計(jì)算所述鋼板的外加角扭曲量； 根據(jù)所述計(jì)算得到的外加角扭曲量計(jì)算所述鋼板的加熱線的位置和強(qiáng)度；并且根據(jù)所述計(jì)算得到的加熱線的位置和強(qiáng)度處理表面。
2.如權(quán)利要求1所述的線加熱方法，其中通過比較所述鋼板的彈性區(qū)域中的外加角扭曲量與由負(fù)載形成的臨界外加角扭曲量并且選擇其中較小的值來確定所述外加角扭曲量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的線加熱方法，還包括，在所述計(jì)算所述鋼板的約束位置和初始外加變形位置之前，判定是否對(duì)所述當(dāng)前處理鋼板施加約束和外加初始變形。
4.如權(quán)利要求1或2所述的線加熱方法，還包括，在所述處理表面之后，檢查所述當(dāng)前處理的形狀是否與所述設(shè)計(jì)形狀相匹配，其中若所述當(dāng)前處理的形狀與所述設(shè)計(jì)形狀相匹配，則完成所述處理，并且其中若所述當(dāng)前處理的形狀與所述設(shè)計(jì)形狀不匹配，則從所述測(cè)量當(dāng)前處理鋼板并且輸入所述鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前處理鋼板的測(cè)量形狀數(shù)據(jù)的步驟開始重復(fù)線加熱方法。
5.如權(quán)利要求1或2所述的線加熱方法，其中所述計(jì)算加熱線的位置和強(qiáng)度還包括根據(jù)所述外加角扭曲量計(jì)算在處理所述鋼板之后所述鋼板的剩余外加角扭曲量，其中若在所述計(jì)算剩余外加角扭曲量的步驟中存在所述剩余外加角扭曲量，則再進(jìn)行加熱線的位置和強(qiáng)度的附加計(jì)算直至所述剩余外加角扭曲量不存在。
6.如權(quán)利要求5所述的線加熱方法，其中所述計(jì)算加熱線的位置和強(qiáng)度還包括，若在所述計(jì)算剩余外加角扭曲量的步驟中不存在所述剩余外加角扭曲量，則在不考慮所述鋼板的初始外加變形的情況下計(jì)算角扭曲量；根據(jù)所述不考慮初始外加變形的角扭曲量確定加熱強(qiáng)度和加熱位置；并且檢查加熱數(shù)據(jù)的生成是否完成。
7.一種考慮鋼板的初始外加變形的線加熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 測(cè)量單元，配置為測(cè)量被處理鋼板的形狀及處理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫，配置為存儲(chǔ)由所述測(cè)量單元測(cè)得的測(cè)量數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)和目標(biāo)鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)；加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元，配置為利用存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫中的所述測(cè)量數(shù)據(jù)和所述目標(biāo)鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)計(jì)算所述鋼板的表面配準(zhǔn)和變形率、計(jì)算所述鋼板的約束和初始外加變形的位置、計(jì)算所述鋼板的外加角扭曲量、及根據(jù)所述外加角扭曲量計(jì)算加熱數(shù)據(jù)；約束和初始外加變形裝置，配置為根據(jù)由所述加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元計(jì)算得到的所述鋼板的約束位置和初始外加變形位置對(duì)所述鋼板施加約束和外加初始變形；及表面處理裝置，配置為根據(jù)由所述加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元計(jì)算得到的加熱數(shù)據(jù)對(duì)所述鋼板的表面進(jìn)行處理。
8.如權(quán)利要求7所述的線加熱系統(tǒng)，還包括下列單元中的至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，配置為存儲(chǔ)由所述加熱數(shù)據(jù)計(jì)算單元計(jì)算得到的所述加熱數(shù)據(jù)；及輸出單元，配置為輸出所述加熱數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種考慮鋼板的初始外加變形的線加熱方法。根據(jù)本發(fā)明的考慮鋼板的初始外加變形的線加熱方法包括測(cè)量當(dāng)前處理的鋼板，并且輸入所述鋼板的設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前處理鋼板的測(cè)量形狀數(shù)據(jù)；計(jì)算所述鋼板的約束和初始外加變形位置；根據(jù)所述鋼板的約束位置計(jì)算所述鋼板的未經(jīng)角扭曲量；根據(jù)所述計(jì)算得到的外加角扭曲量計(jì)算所述鋼板的加熱線的位置和強(qiáng)度；并且根據(jù)所述計(jì)算得到的加熱線的位置和強(qiáng)度處理表面。因此，較之未考慮鋼板的初始外加變形的方法，能夠以較少的加熱線進(jìn)行線加熱，由此使得對(duì)鋼板進(jìn)行的熱加工更加有效。
文檔編號(hào)B21D11/20GK102245324SQ200980150079
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者樸釘緒, 梁永洙, 玄忠旻, 辛鐘桂, 都永七, 金大經(jīng) 申請(qǐng)人:三星重工業(yè)株式會(huì)社