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本作品是船廠用于船體曲板加工時檢驗曲板成形合格與否的檢測設備。它替代當前船廠所用的三角樣板和活絡樣條，實現(xiàn)樣條高效快速地自動成形。其推廣與應用，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、存放和廢棄對環(huán)境的污染。將為船廠全面實現(xiàn)數(shù)字化綠色造船，進一步縮短造船周期作出不可估量的貢獻，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。經(jīng)查新屬國內(nèi)外首創(chuàng)。

1、作品目的
在船廠，放樣工人根據(jù)船體外板放樣結果制作三角樣板或活絡樣條，彎板工人再依照三角樣板或活絡樣條進行船體外板（機械或水火）對樣加工。當前的三角樣板制作工藝存在資源浪費、工藝繁瑣、制作精度低、存放空間大、使用壽命短等缺點。為克服上述缺點，本創(chuàng)新小組設計了數(shù)控樣條。本作品樣條快速高效自動成形，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（相對當前的三角樣板或活絡樣條制作工藝的投入）幾乎忽略不計；省去了當前的三角樣板和活絡樣條制作生產(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。本作品一旦為船廠所應用，將進一步實現(xiàn)造船自動化與數(shù)字化，對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)控樣條主要是用來代替當前的三角樣板和活絡樣條，對板材彎曲成形合格與否進行檢驗。
3、組成原理
數(shù)控樣條整個裝備由樣條本體, 激光校驗裝置, 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）個絲桿驅(qū)動塊。絲桿驅(qū)動塊是一種自行設計的光機電一體新型直線位移驅(qū)動裝置，由微控系統(tǒng)控制其塊內(nèi)帶齒輪減速傳動機構電機驅(qū)動絲桿直線位移單元，由其下端連接的帶樣條夾支撐頭移動擔任樣條角色的彈簧鋼帶，鋼帶移動距離由安裝在絲桿驅(qū)動塊內(nèi)的光電傳感器檢測并反饋到微計算機，對鋼帶移動距離與速度實現(xiàn)半閉環(huán)控制；固定在骨架上的(N+1列) 整套絲桿驅(qū)動塊按照同樣的原理，由微機實現(xiàn)PID（根據(jù)偏差的大小執(zhí)行同時不同速）多點數(shù)字控制彈簧鋼帶無壞點光順成型于目標樣條曲線，實現(xiàn)樣條數(shù)字控制自動調(diào)節(jié)成形，用于船體外板成形檢驗。
2)激光校驗裝置在使用狀態(tài)下，對數(shù)控樣條的線形對錯與合格與否進行校驗。它包括激光傳感器及其保護盒、直線運動單元、支撐架。直線運動單元的功能是實現(xiàn)激光傳感器對數(shù)控樣板線形掃描，是一種對樣條曲線進行二維（X,Y）檢測的機構。樣條曲線X值即安裝激光傳感器滑塊的位移量由安裝在直線運動單元右端的光電位移傳感器測量, 滑塊2f的位移由安裝在直線運動單元左端的電機拖動實現(xiàn)； 樣條曲線Y值由激光傳感器測量完成。它自動校驗數(shù)控樣板線形和成型精度，確保數(shù)控樣條成形的正確性和準確性，避免了人為粗心誤操作時出現(xiàn)廢品所帶來的資源浪費。
3）懸臂式彈簧平衡吊懸掛數(shù)控樣條,協(xié)助操作工人進行板材成形檢驗，減輕了現(xiàn)場板材加工工人的勞動強度. 數(shù)控樣條由彈簧平衡吊懸于空中，改變了當前樣板堆放在工作場地周圍的存放方式，消除板材加工現(xiàn)場零亂的源頭，凈化操作工人的工作環(huán)境。它包括旋轉臂（包括配重吊臂、工作轉臂的大臂和小臂）、彈簧平衡器、可伸縮立柱、可移動底座?？尚D臂繞可伸縮立柱可以實現(xiàn)數(shù)控樣條在平面360°范圍內(nèi)轉動，工作半徑由工作轉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足數(shù)控樣板在不同高度工作臺操作的需要，通過旋轉臂和彈簧平衡器協(xié)同配合，使數(shù)控樣板可靈活自如移動到工作范圍內(nèi)指定工作面，并穩(wěn)定地停止指定點上。
4）微控系統(tǒng)通過CAN總線將上位機與下位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)連接而成，實施樣條數(shù)字控制自動成型及其成型正確性和精度的檢測。上位機執(zhí)行從HD-SHM、TRIBON、CADDS5數(shù)據(jù)庫提取待加工船體曲板樣條數(shù)據(jù)，并在屏幕上進行可視化顯示，在屏幕上選取待加工樣條數(shù)據(jù)通過CAN總線下傳到下位機1和2控制系統(tǒng)中，下位機控制系統(tǒng)1根據(jù)其數(shù)據(jù)自動成型于指定樣條，在由下位機測控系統(tǒng)2對成型樣條曲線復查其正確性和精度。
4、主要技術指標
（1）成型精度(mm)：±1（船舶建造精度標準：≤±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)時間（s）：40～60
（4）樣條重量（kg）：10～25
（5）樣條伸縮桿陣列點數(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、應用工藝
數(shù)控樣條針對不同的使用場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。下面針對在水火彎板加工中使用本裝置方法的說明。
（1）場地布置
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)下放置于激光校驗裝置上，整體就位于水火彎板現(xiàn)場適當位置，旋緊螺栓固定支撐腿，準備就緒。
（2）選定加工樣條
在數(shù)控樣條工業(yè)測控機的顯示屏上運用鼠標點選當前加工板材，屏幕上方顯示當前板材三維板型，屏幕下方顯示該板材若干條肋位樣條數(shù)據(jù)。點選待檢測肋位樣條數(shù)據(jù)，此時屏幕主窗口中板型上當前肋位樣條曲線顯示為紅色。
（3）成形過程
數(shù)控樣條本體根據(jù)選中樣條數(shù)據(jù)，通過微控系統(tǒng)數(shù)字控制自動成形于指定樣條。其過程為：微控系統(tǒng)控制其盒內(nèi)帶齒輪減速傳動機構電機驅(qū)動絲桿直線位移單元，經(jīng)其下端連接的帶樣條夾支撐頭移動擔任樣條角色的彈簧鋼帶，多點數(shù)字控制彈簧鋼帶無壞點光順成型于目標樣條曲線。
（4）二次檢驗
啟動激光校驗裝置，激光位移傳感器作水平移動，對當前樣條曲線進行掃描，反饋掃描二維（X,Y）數(shù)據(jù)。顯示器顯示當前形成曲線形狀，與理論曲線進行對比，校準樣條曲線。本步驟是否進行根據(jù)實際加工情況判斷。
（5）樣條比對
將數(shù)控樣條本體沿豎直方向向上托起，使其脫離激光校驗裝置。工人把持樣條與需檢驗肋位進行比照，若二者形狀相符則說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2～5步，完成當前板材加工。
（6）輕型彈簧平衡吊的使用
使用時，懸臂式彈簧平衡吊通過彈簧平衡器懸掛樣條本體，保證操作工人無需費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
獲湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽一等獎