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本作品是船廠(chǎng)用于船體曲板加工時(shí)檢驗(yàn)曲板成形合格與否的檢測(cè)設(shè)備。它替代當(dāng)前船廠(chǎng)所用的三角樣板和活絡(luò)樣條，實(shí)現(xiàn)樣條高效快速地自動(dòng)成形。其推廣與應(yīng)用，省去了傳統(tǒng)樣板制作的生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及維持該環(huán)節(jié)所消耗的成本和資源，由此降低了造船成本，避免了傳統(tǒng)樣板制作、存放和廢棄對(duì)環(huán)境的污染。將為船廠(chǎng)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化綠色造船，進(jìn)一步縮短造船周期作出不可估量的貢獻(xiàn)，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)查新屬?lài)?guó)內(nèi)外首創(chuàng)。

1、作品目的
在船廠(chǎng)，放樣工人根據(jù)船體外板放樣結(jié)果制作三角樣板或活絡(luò)樣條，彎板工人再依照三角樣板或活絡(luò)樣條進(jìn)行船體外板（機(jī)械或水火）對(duì)樣加工。當(dāng)前的三角樣板制作工藝存在資源浪費(fèi)、工藝繁瑣、制作精度低、存放空間大、使用壽命短等缺點(diǎn)。為克服上述缺點(diǎn)，本創(chuàng)新小組設(shè)計(jì)了數(shù)控樣條。本作品樣條快速高效自動(dòng)成形，提高了樣條成形精度；經(jīng)一次投資，后續(xù)樣條制作所需材料、人工投入（相對(duì)當(dāng)前的三角樣板或活絡(luò)樣條制作工藝的投入）幾乎忽略不計(jì)；省去了當(dāng)前的三角樣板和活絡(luò)樣條制作生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因而節(jié)省了該環(huán)節(jié)所占用的生產(chǎn)與管理所需各種資源與能耗。本作品一旦為船廠(chǎng)所應(yīng)用，將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)造船自動(dòng)化與數(shù)字化，對(duì)降低造船成本與縮短船舶建造周期具有十分重要的作用。
2、作品功能
數(shù)控樣條主要是用來(lái)代替當(dāng)前的三角樣板和活絡(luò)樣條，對(duì)板材彎曲成形合格與否進(jìn)行檢驗(yàn)。
3、組成原理
數(shù)控樣條整個(gè)裝備由樣條本體, 激光校驗(yàn)裝置, 懸臂式彈簧平衡吊，微控系統(tǒng)四部分組成。各部分組成如下:
1）樣條本體包括絲桿驅(qū)動(dòng)塊、彈簧鋼帶、梯形骨架、懸掛連接器。梯形骨架用于固定陣列(2N+1)（2≤N≤8）個(gè)絲桿驅(qū)動(dòng)塊。絲桿驅(qū)動(dòng)塊是一種自行設(shè)計(jì)的光機(jī)電一體新型直線(xiàn)位移驅(qū)動(dòng)裝置，由微控系統(tǒng)控制其塊內(nèi)帶齒輪減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿直線(xiàn)位移單元，由其下端連接的帶樣條夾支撐頭移動(dòng)擔(dān)任樣條角色的彈簧鋼帶，鋼帶移動(dòng)距離由安裝在絲桿驅(qū)動(dòng)塊內(nèi)的光電傳感器檢測(cè)并反饋到微計(jì)算機(jī)，對(duì)鋼帶移動(dòng)距離與速度實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制；固定在骨架上的(N+1列) 整套絲桿驅(qū)動(dòng)塊按照同樣的原理，由微機(jī)實(shí)現(xiàn)PID（根據(jù)偏差的大小執(zhí)行同時(shí)不同速）多點(diǎn)數(shù)字控制彈簧鋼帶無(wú)壞點(diǎn)光順成型于目標(biāo)樣條曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)樣條數(shù)字控制自動(dòng)調(diào)節(jié)成形，用于船體外板成形檢驗(yàn)。
2)激光校驗(yàn)裝置在使用狀態(tài)下，對(duì)數(shù)控樣條的線(xiàn)形對(duì)錯(cuò)與合格與否進(jìn)行校驗(yàn)。它包括激光傳感器及其保護(hù)盒、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元、支撐架。直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元的功能是實(shí)現(xiàn)激光傳感器對(duì)數(shù)控樣板線(xiàn)形掃描，是一種對(duì)樣條曲線(xiàn)進(jìn)行二維（X,Y）檢測(cè)的機(jī)構(gòu)。樣條曲線(xiàn)X值即安裝激光傳感器滑塊的位移量由安裝在直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元右端的光電位移傳感器測(cè)量, 滑塊2f的位移由安裝在直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元左端的電機(jī)拖動(dòng)實(shí)現(xiàn)； 樣條曲線(xiàn)Y值由激光傳感器測(cè)量完成。它自動(dòng)校驗(yàn)數(shù)控樣板線(xiàn)形和成型精度，確保數(shù)控樣條成形的正確性和準(zhǔn)確性，避免了人為粗心誤操作時(shí)出現(xiàn)廢品所帶來(lái)的資源浪費(fèi)。
3）懸臂式彈簧平衡吊懸掛數(shù)控樣條,協(xié)助操作工人進(jìn)行板材成形檢驗(yàn)，減輕了現(xiàn)場(chǎng)板材加工工人的勞動(dòng)強(qiáng)度. 數(shù)控樣條由彈簧平衡吊懸于空中，改變了當(dāng)前樣板堆放在工作場(chǎng)地周?chē)拇娣欧绞?，消除板材加工現(xiàn)場(chǎng)零亂的源頭，凈化操作工人的工作環(huán)境。它包括旋轉(zhuǎn)臂（包括配重吊臂、工作轉(zhuǎn)臂的大臂和小臂）、彈簧平衡器、可伸縮立柱、可移動(dòng)底座?？尚D(zhuǎn)臂繞可伸縮立柱可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控樣條在平面360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作半徑由工作轉(zhuǎn)臂的大臂和小臂夾角確定。吊掛在彈簧平衡器上的數(shù)控樣板由彈簧平衡器吊索伸縮滿(mǎn)足數(shù)控樣板在不同高度工作臺(tái)操作的需要，通過(guò)旋轉(zhuǎn)臂和彈簧平衡器協(xié)同配合，使數(shù)控樣板可靈活自如移動(dòng)到工作范圍內(nèi)指定工作面，并穩(wěn)定地停止指定點(diǎn)上。
4）微控系統(tǒng)通過(guò)CAN總線(xiàn)將上位機(jī)與下位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)連接而成，實(shí)施樣條數(shù)字控制自動(dòng)成型及其成型正確性和精度的檢測(cè)。上位機(jī)執(zhí)行從HD-SHM、TRIBON、CADDS5數(shù)據(jù)庫(kù)提取待加工船體曲板樣條數(shù)據(jù)，并在屏幕上進(jìn)行可視化顯示，在屏幕上選取待加工樣條數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線(xiàn)下傳到下位機(jī)1和2控制系統(tǒng)中，下位機(jī)控制系統(tǒng)1根據(jù)其數(shù)據(jù)自動(dòng)成型于指定樣條，在由下位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)2對(duì)成型樣條曲線(xiàn)復(fù)查其正確性和精度。
4、主要技術(shù)指標(biāo)
（1）成型精度(mm)：±1（船舶建造精度標(biāo)準(zhǔn)：≤±1.5）
（2）調(diào)節(jié)范圍(mm)（以1250規(guī)格為例）
正/反彎曲：-300～300
雙向彎曲：-150～150
（3）調(diào)節(jié)時(shí)間（s）：40～60
（4）樣條重量（kg）：10～25
（5）樣條伸縮桿陣列點(diǎn)數(shù)：(2N+1)（2≤N≤8）
（6）伸縮桿陣列間距(mm)：200、250
（7）輕型彈簧平衡吊規(guī)格（半徑）：
1800mm、2400mm、3000mm、3600mm
（6）數(shù)控樣條本體重量：10～25kg
（7）樣板伸縮桿陣列點(diǎn)數(shù)：(2N+1)伸縮桿陣列間距：
200mm（3 ≤ N ≤8）
250mm（2≤ N ≤6）
300mm（2≤ N ≤5）
（8）使用壽命：5年
（9）額定功率：100W
5、應(yīng)用工藝
數(shù)控樣條針對(duì)不同的使用場(chǎng)合采用不同的支持裝置，但其工作部件的使用方法和原理都是相同的。下面針對(duì)在水火彎板加工中使用本裝置方法的說(shuō)明。
（1）場(chǎng)地布置
數(shù)控樣條本體與懸臂式彈簧平衡吊連為一體，在非工作狀態(tài)下放置于激光校驗(yàn)裝置上，整體就位于水火彎板現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)位置，旋緊螺栓固定支撐腿，準(zhǔn)備就緒。
（2）選定加工樣條
在數(shù)控樣條工業(yè)測(cè)控機(jī)的顯示屏上運(yùn)用鼠標(biāo)點(diǎn)選當(dāng)前加工板材，屏幕上方顯示當(dāng)前板材三維板型，屏幕下方顯示該板材若干條肋位樣條數(shù)據(jù)。點(diǎn)選待檢測(cè)肋位樣條數(shù)據(jù)，此時(shí)屏幕主窗口中板型上當(dāng)前肋位樣條曲線(xiàn)顯示為紅色。
（3）成形過(guò)程
數(shù)控樣條本體根據(jù)選中樣條數(shù)據(jù)，通過(guò)微控系統(tǒng)數(shù)字控制自動(dòng)成形于指定樣條。其過(guò)程為：微控系統(tǒng)控制其盒內(nèi)帶齒輪減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿直線(xiàn)位移單元，經(jīng)其下端連接的帶樣條夾支撐頭移動(dòng)擔(dān)任樣條角色的彈簧鋼帶，多點(diǎn)數(shù)字控制彈簧鋼帶無(wú)壞點(diǎn)光順成型于目標(biāo)樣條曲線(xiàn)。
（4）二次檢驗(yàn)
啟動(dòng)激光校驗(yàn)裝置，激光位移傳感器作水平移動(dòng)，對(duì)當(dāng)前樣條曲線(xiàn)進(jìn)行掃描，反饋掃描二維（X,Y）數(shù)據(jù)。顯示器顯示當(dāng)前形成曲線(xiàn)形狀，與理論曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，校準(zhǔn)樣條曲線(xiàn)。本步驟是否進(jìn)行根據(jù)實(shí)際加工情況判斷。
（5）樣條比對(duì)
將數(shù)控樣條本體沿豎直方向向上托起，使其脫離激光校驗(yàn)裝置。工人把持樣條與需檢驗(yàn)肋位進(jìn)行比照，若二者形狀相符則說(shuō)明本肋位加工符合要求，若不同則繼續(xù)加工直至形狀相符。此肋位加工完成。重復(fù)2～5步，完成當(dāng)前板材加工。
（6）輕型彈簧平衡吊的使用
使用時(shí)，懸臂式彈簧平衡吊通過(guò)彈簧平衡器懸掛樣條本體，保證操作工人無(wú)需費(fèi)力即將樣條本體移至所需加工位置。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎(jiǎng)
獲湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)