基于3D扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法与流程

本发明涉及喷淋系统管道煨弯，具体是一种基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法。

背景技术：

1、在现代工业管道安装领域，如喷淋系统的管道安装，复杂空间走向管道的精确成型与安装一直是技术难点；

2、传统喷淋系统的管道安装主要依赖：

3、1、二维图纸放样结合人工经验进行煨弯：安装人员根据二维平面设计图纸进行现场放样，凭借经验操作手动煨弯设备弯曲管道；

4、2、单平面数控弯管技术：加工参数生成基于管道单方向投影曲线；

5、导致现有技术无法同步获取并计算管道在三维空间中的连续曲率变化，尤其是水平与垂直方向的曲率耦合关系，导致弯曲成型管道与真实安装环境的空间拓扑结构失配，并且，缺乏现场扫描数据与成型参数的实时比对机制，偏差发现滞后于安装阶段，返工成本高昂；

6、所以，人们急需基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，以解决现有技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，通过非接触式三维扫描技术，获取管道预定安装空间的三维空间数据；

3、基于所述三维空间数据，确定管道的目标路径中心线，并计算所述目标路径中心线的空间三维曲率信息；

4、根据所述空间三维曲率信息，生成管道成型设备所需的加工参数；

5、采用数控管道成型设备，依据所述加工参数对管道进行精确弯曲成型；

6、将成型后的管道置于安装空间或模拟环境，通过三维扫描获取其实际形态数据，将所述实际形态数据与目标形态数据进行对比以检测偏差，并根据对比结果进行相应调整。

7、本发明解决传统管道煨弯中曲率精度不足、现场适配性差的问题，通过3d扫描逆向建模和双向曲率计算，实现管道弯曲的高精度定制化加工与安装。

8、根据上述技术方案，所述空间三维曲率信息通过同时计算所述目标路径中心线在水平方向和垂直方向上的双向曲率数据获得。

9、根据上述技术方案，对于管道目标路径中心线的确定包括以下步骤：

10、步骤a、基于非接触式三维扫描技术，确定安装空间的三维点云数据集；

11、步骤b、对步骤a得到的三维点云数据集p进行预处理；

12、步骤c、利用最小二乘圆柱拟合法进行管道目标路径中心线重建，得到管道中心线参数方程，其中，表示归一化处理后的弧长参数，0≤≤1。

13、本发明通过对三维点云数据进行处理和分析，将三维点云数据转化为数字化模型，并依据数字化模型进行分析，使得对于管道弯曲的精准度更高，减少了人工测量的误差，同时，能够解决复杂环境下的管道煨弯和安装。

14、根据上述技术方案，所述空间三维曲率信息的计算包括以下步骤：

15、步骤a、依据管道中心线参数方程以及弧长参数进行单位切向量的计算；

16、步骤b、依据单位切向量以及弧长参数进行空间曲率的计算；

17、步骤c、基于管道中心线参数方程的中心点坐标分量，，的一阶导、二阶导和三阶导分量构造标量表达式，通过行列运算与向量叉积的符合关系确定中心线的空间挠率；

18、步骤d、依据步骤c和步骤d得到的空间曲率和空间挠率进行双向曲率分解，得到水平曲率和垂直曲率，表示水平方向，表示垂直方向，水平曲率和垂直曲率构成空间三维曲率信息。

19、根据上述技术方案，对于管道成型设备所需的加工参数的生成，依据空间三维曲率信息计算管道弯曲半径；

20、对目标管道弯曲段的合成曲率沿弧长进行积分，得到弯曲角度；

21、提取空间三维曲率信息变化率的最大值，通过预标定扭矩系数表匹配输出扭矩值；

22、管道弯曲半径、弯曲角度以及扭矩值组成管道成型设备所需的加工参数。

23、根据上述技术方案，数控管道成型设备为数控弯管机，对数控弯管机的生产数据进行采集，并将生产数据划分为训练集和测试集，利用训练集和测试集对机器学习模型进行训练，得到弯曲回弹量预测模型，利用弯曲回弹量预测模型对不同材质的管道弯曲回弹量进行预测，结合数控弯管机进行管道弯曲过程中的参数调整。

24、根据上述技术方案，集成弯曲回弹量预测模型、机械臂和数控弯管机自动完成扫描、弯管及安装的全流程操作。

25、根据上述技术方案，所述非接触式三维扫描技术为激光扫描或结构光扫描中的一种。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1、本发明解决了传统单平面弯曲模型无法解析三维曲率耦合的问题，例如：s形管道的水平-垂直复合弯曲、螺旋管的连续扭转，通过双向曲率协同建模，实现空间曲率解耦计算，提高了管道弯曲的精准度。

28、2、本发明建立了三维扫描→空间曲率建模→数控加工→仿真验证的闭环系统，通过现场扫描数据与成型参数的实时迭代优化，将偏差纠正环节前移至加工阶段，避免了管道弯曲返工造成的材料和时间浪费。

29、3、可以实现材料的适应性处理，根据管道材质调整煨弯的加热温度与速率，避免变形或裂纹。

1.基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于：通过非接触式三维扫描技术，获取管道预定安装空间的三维空间数据；

2.根据权利要求1所述的基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于：所述空间三维曲率信息通过同时计算所述目标路径中心线在水平方向和垂直方向上的双向曲率数据获得。

3.根据权利要求1或2所述的基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于，对于管道目标路径中心线的确定包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于：所述空间三维曲率信息的计算包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于：对于管道成型设备所需的加工参数的生成，依据空间三维曲率信息计算管道弯曲半径；

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于：数控管道成型设备为数控弯管机，对数控弯管机的生产数据进行采集，并将生产数据划分为训练集和测试集，利用训练集和测试集对机器学习模型进行训练，得到弯曲回弹量预测模型，利用弯曲回弹量预测模型对不同材质的管道弯曲回弹量进行预测，结合数控弯管机进行管道弯曲过程中的参数调整。

7.根据权利要求6所述的基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于：集成弯曲回弹量预测模型、机械臂和数控弯管机自动完成扫描、弯管及安装的全流程操作。

8.根据权利要求1-5任一项所述的基于3d扫描确定双向曲率并进行管道煨弯的施工方法，其特征在于：所述非接触式三维扫描技术为激光扫描或结构光扫描中的一种。