一种基于成型偏差补偿的耐压壳划线方法与流程

本发明涉及深潜器特种建造，特别涉及一种基于成型偏差补偿的耐压壳划线方法。

背景技术：

1、大型水面船体、常规潜艇内部空间开阔，舾装定位精度要求相对宽松，普遍采用人工放线、样板打点、全站仪单点定位的传统模式完成舾装基座划线作业。但对于小型深潜器耐压壳体，其结构为薄壁回转承压壳体，内部空间狭小、设备密集、舾装马脚与电气基座排布紧凑，对舾装定位精度要求极高，微小定位偏差即可导致后期设备无法装配、结构干涉，严重影响整体装配质量与承压安全性。

2、耐压壳体经板材卷制成型、组对焊接后，必然产生复合型成型偏差，主要包含三类固有形变：卷筒回弹偏差（局部不圆度偏差、直线度偏差）、周长尺寸公差偏差、焊缝局部焊接变形。上述变形均为非均匀、非线性空间偏差，导致成型实物壳体轮廓与设计三维理论模型存在显著差异。传统人工划线仅依据理论模型定位，无法匹配壳体真实成型状态，是造成狭小舱室舾装干涉、装配贴合度差、一致性低的核心原因。

3、现有数控加工中心主要依据理论模型对带余量的毛坯进行整体精加工，不适用于耐压体此类铆焊件划线，主要原因在于耐压体作为铆焊件成型后与理论模型相比存在较大的形状偏差，利用数控机床划线时对于凸出理论模型部分将产生划伤，对凹陷于理论模型区域部分将划空，无法自适应实体曲面偏差。

4、现有数字化曲面加工技术多采用“三维扫描采集点云→逆向重建完整实物模型→基于实物模型编程加工”的技术路线。该方式存在两大固有缺陷：一是完整实体重建计算量大、点云噪声多、误差累积严重；二是对于耐压壳体这类承压特种构件，无需重构实体，仅需修正舾装定位坐标即可，传统逆向建模方案冗余度高、适配性差。

5、同时，现有数控划线普遍采用刚性划针、刚性冲头结构，划线深度完全依赖机床z轴进给精度，无法自适应壳体成型起伏，极易在耐压壳体承压母材表面产生过深刻痕、挤压应力与局部应力集中，损伤壳体承压性能，无法满足深潜耐压壳体精密建造、无损划线的严苛要求。

6、综上，现有技术缺乏一种针对耐压壳复合型成型偏差、无需逆向建模、仅提取偏差补偿理论坐标、且机械限位可控划线深度的专用划线工艺，行业长期存在精密划线精度不足、母材易损伤、装配干涉频发的技术痛点。

7、公开号：cn114782512a航空发动机叶片划线方法、叶片划线系统及存储介质，包括：驱动扫描测头对固定在工作台上的当前叶片零件进行扫描，获取测量点云；将叶片数模模型网格化，获得数模点云；将测量点云与数模点云进行匹配，得到旋转矩阵和平移向量；提取数模模型中待划线特征的点集；结合旋转矩阵和平移向量，将待划线特征映射为当前叶片零件测量点云空间中的真实划线特征；基于真实划线特征对叶片进行划线操作。其目的是解决不规则叶片上高精度划线难题，替代人工直尺、记号笔画线。但是该技术方案未针对耐压壳三类复合成型偏差进行逐点局部补偿；不能解决深潜器耐压壳狭小空间、密集舾装、承压母材无损划线问题。

8、公开号：cn104070513a薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，包括：铸造时在工件外形预留基准凸台，按基准中心划外形加工型面线；使用激光测量机扫描工件内腔型面及基准凸台，构建内腔型面与基准凸台点云图，与内腔理论型面图对比，判断可加工性；依据内腔点云图建立基于内腔数据的工件坐标系；在坐标系上画出外形加工基准平面线，与外形凸台对比计算偏差数值；按偏差数值调整基准凸台偏置，划出精确的外形加工型面线。其目的是解决薄壁铸造舱体加工过程中壁厚不均匀、易出现薄点的问题。但是该技术方案其划线依赖激光测量机和高度规，未涉及数控划线程序的逆向修正；未处理耐压壳卷筒回弹、周长公差、焊接局部变形三类复合偏差，无法解决深潜器耐压壳狭小空间、密集舾装、承压母材无损划线问题。

9、为此，亟需提出一种基于成型偏差补偿的耐压壳划线方法，解决耐压壳成型后理论模型与实物不匹配，传统划线定位精度低、易产生装配干涉且刚性划针易损伤承压母材的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于成型偏差补偿的耐压壳划线方法，解决耐压壳成型后理论模型与实物不匹配，传统划线定位精度低、易产生装配干涉且刚性划针易损伤承压母材的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明公开了一种基于成型偏差补偿的耐压壳划线方法，包括：

4、对成型后的耐压壳进行三维扫描，获取耐压壳相对于理论三维模型的成型偏差数据；

5、将所述成型偏差数据补偿至理论三维模型中的舾装定位坐标，修正基于理论三维模型生成的原数控划线程序，得到偏差补偿数控划线程序；

6、依据所述偏差补偿数控划线程序对耐压壳进行划线。

7、可选的，所述成型偏差数据包括卷筒回弹偏差、周长公差偏差和焊接局部变形偏差中的至少一种。

8、可选的，所述卷筒回弹偏差包括局部不圆度偏差和/或直线度偏差。

9、可选的，所述对成型后的耐压壳进行三维扫描包括：对耐压壳内表面和外表面进行多站点扫描，对狭小内腔遮挡区域进行多角度补扫。

10、可选的，所述将所述成型偏差数据补偿至理论三维模型中的舾装定位坐标包括：将所述成型偏差数据逐点叠加补偿至理论三维模型中的舾装定位坐标。

11、可选的，在依据所述偏差补偿数控划线程序对耐压壳进行划线之前，根据耐压壳曲面结构、舾装件分布和机床行程，将耐压壳曲面划分为多个划线子区域，对各子区域进行干涉仿真和避障检测，生成各分区无干涉划线轨迹。

12、可选的，采用柔性划线组件执行划线，所述柔性划线组件包括主轴连接座、导向杆、弹性缓冲部件和轴向限位件，所述导向杆在弹性缓冲部件作用下沿轴向浮动，所述轴向限位件限定导向杆的最大轴向位移。

13、可选的，所述柔性划线组件还包括依次连接的避障连杆、万向球铰连杆和外筒壳体，所述避障连杆远离所述万向球铰连杆的一端连接于所述主轴连接座，所述导向杆滑动设置于外筒壳体内，所述外筒壳体上开设限位槽，所述轴向限位件穿过限位槽并连接于导向杆。

14、可选的，所述柔性划线组件还包括可更换的划线执行端头，所述划线执行端头选自划线针、划线笔或打点冲头。

15、可选的，划线完成后，通过三维扫描复测划线点位坐标，比对偏差补偿后的理论坐标，生成检测报告并留存扫描数据、偏差数据、程序修正参数和加工轨迹数据。

16、相对于现有技术，本发明的一种基于成型偏差补偿的耐压壳划线方法具有以下优势：

17、1.本发明通过三维扫描仅提取耐压壳相对于理论三维模型的成型偏差数据，而不重建耐压壳实物实体模型，将成型偏差数据补偿至理论三维模型中的舾装定位坐标以修正原数控划线程序，避免了完整实体重建计算量大、点云噪声多、误差累积严重的缺陷，在保留原始理论设计基准的同时，使数控划线轨迹贴合耐压壳真实成型状态，显著提升了数据处理效率和舾装定位精度。

18、2.本发明通过采用包括弹性缓冲部件和轴向限位件的柔性划线组件，利用弹性缓冲部件使导向杆沿轴向浮动以自适应耐压壳曲面起伏，并利用轴向限位件机械限定导向杆的最大轴向位移，在保证划线连续清晰的同时，硬性控制最大刻线深度，避免了刚性划针因过压产生的过深刻痕、挤压应力和局部应力集中，有效保护了耐压壳体承压母材的无损性能。

19、3.本发明通过根据耐压壳曲面结构、舾装件分布和机床行程将耐压壳曲面划分为多个划线子区域，并对各子区域进行干涉仿真和避障检测以生成各分区无干涉划线轨迹，解决了小型深潜器耐压壳狭小舱室、密集舾装工况下整体一次性划线易产生刀具路径干涉和加工盲区的问题，实现了全覆盖、无干涉的精密划线，降低了装配干涉风险。