一种空间曲线构件的基准线布设方法与流程

本发明涉及空间曲线钢构件加工基准线的布设方法，属钢桥梁制造技术与施工方法领域。

背景技术：

以往曲线钢桥梁结构，根据设计结构将其划分为若干分段，每个分段采用直线进行加工，多段通过接口调整形成曲线线型；基于以直代曲解决方案，可将每个分段的单元基准线布设为直线，各分段间基准线形成闭合折线，进行曲线钢桥梁的加工控制；对于直线的基准线，采用传统的人工施划基准线，其精度就可满足钢桥梁制造精度要求。但是，随着钢桥梁制造业的不断发展，复杂曲线结构桥梁日益增多，采用传统的以直代曲方案进行曲线钢桥梁制造，已无法满足人们对于桥梁线型与外观的要求。对于复杂的空间曲线钢桥梁结构，其加工制造过程中的基准线作用尤为明显，是所有加工、组装、检测的基准，其施划精度直接影响钢桥梁成品的精度。

技术实现要素：

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一套空间曲线构件基准线的布设方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本发明立足钢桥梁加工制造工艺流程，依据国家、行业制造规范精度要求，设计一套空间曲线钢构件的基准线布设方法。以三维数字模型为基础，划分模型节段及单元并在单元上布设基准线，通过三维软件的展开技术，取得加工结构轮廓尺寸及基准线信息，采用数控加工设备、划线设备等完成单元加工、曲线成型、结构组焊等施工过程控制，达到钢结构制造精度控制目标，实现产品质量可控。通过此技术应用，使复杂的空间曲线基准线，可以转化为可数控划线的二维线型，并达到目前测量技术水平能够检测的目的，成功解决了空间曲线钢结构加工制造基准的布设与检测难题。

技术方案：一种空间曲线构件的基准线布设方法，包括三维软件，采用三维软件技术创建复杂空间曲线钢桥梁的数据模型，并对其模型进行加工制造单元划分，同时在其模型上布设施工基准线，并且利用三维软件的展开功能，实现多个划分单元三维结构到二维的转化，将二维结构信息编辑为数控加工信息进行零件制备，同时采用数控划线设备按转化的二维基准线信息进行施划基准线，以此基准线为依据加工制作划分单元，并按基准线进行钢结构节段或块体的组拼，实现钢结构精度控制的目的。

空间曲线构件的基准线布设与应用方案包括以下方面：

⑴采用三维软件进行空间曲线结构数字化建模。

根据钢桥梁建筑设计、结构设计理念和要求，创建详细的三维数字化模型结构。在创建三维数字化模型时，要保证所创建模型的每个组成结构均有可编辑性，能够满足后续对模型加工处理和应用的要求。三维数字化模型创建后，应与设计要求进行校核对比，确保与设计理念和要求的一致性，并通过模型进行设计结构分析，保证结构设计合理。校验合格的三维数字化模型方能应用于施工中。

⑵利用模型进行钢结构加工制造单元划分，并布设基准线。

在校核合格的三维模型基础上，结合钢结构板材的供货能力、运输要求、加工水平、制造规范与设计结构等特点，合理划分钢桥梁结构制造节段和加工板单元。划分的钢结构制造节段与加工板单元，应统一编号，便于后续施工管理。对划分的制造节段与加工板单元进行结构分析，确保连接部位符合施工条件和行业制造规范要求。

制造节段与加工板单元划分后，根据钢结构制造要求，统一布设节段、板单元制造用测量控制基准线。布设基准线包括纵向基准线、横向基准线和水平向基准线。基准线在模型中创建时，采用基准平面与曲线构件相交生产曲面上基准线的方式，这样产生的基准线在其摆放至三线正交状态下，可采用全站仪等仪器进行检测，具有较强的实施性。

⑶将三维单元件及基准线转化为平面二维图形（即进行曲线结构展开）。

利用三维软件的曲面结构展开功能，将空间曲板进行展平为二维图形，其曲面结构上的基准线随带一并展开，从而得到下料轮廓尺寸和其上基准线的二维信息。

⑷利用编译程序进行编程，采用激光自动划线设备进行基准线施划。

将展开的曲面结构轮廓和基准线二维信息，采用相应编译软件生成数控可识别的语言，采用数控切割机进行曲板的数控下料，采用激光自动划线设备进行基准线施划。

⑸基准线在板单元加工成型、构件组装中的应用与控制。

根据钢结构加工工艺流程，其板单元制作工艺为：零件下料→调直→划线→曲板成型→组拼→焊接→修整→检测。曲板上基准线经展平后，其二维线型为曲线线形，采用激光数控划线布设在表面。基准曲线布设后，进行曲板成型制作，曲板达到设计线型要求后，其基准线应恢复至三维数字模型的基准面交线状态，保证作业测量可以用传统的全站仪等设备测量。

以布设在板单元上的基准线为依据，在构件组装中进行对位和控制，保证结构组装中的精度达到设计要求。由于布设基准线为空间线型，仅在摆放至要求位置时，方能呈现出基准线的纵向、铅直与水平状态，为此，构件组装具有一定的唯一支撑状态。

本发明与背景技术相比，一是解决了曲线基准线施划技术难题，因为采用传统人工划线，一般很难划制曲线线型基准线，就算简单的曲线线型，也需要经过大量放样才能完成，而且精度不高，采用激光数控划线技术，能够划制任意曲线线型，划线精度稳定，作业便捷；二是提高了基准线布设精度与准确度，与采用传统人工施划基准线相比，采用激光数控划线设备进行基准线的施划，其划线精度明显提高，可以采用数控编程进行编译与校核，大大降低了人工作业的出错率；三是实现基准线布设的自动化作业，与采用传统人工施划基准线相比，采用激光数控划线设备进行基准线的施划，大大提升了划线效率，降低了专业作业人员的劳动强度；四是推进钢桥梁制造自动化进程，钢桥梁制造属于重工业，其目前自动化生产水平不高，大部分作业仍需人工进行作业，通过采用激光自动划线设备的投入，对于本行业的机械化、自动化制造具有重大的推动作用。

附图说明

图1是利用三维建模软件根据设计结构创建空间曲线构件数字化三维模型示意图。

图2是在三维模型基础上进行制造节段、加工板单元的划分，同时在三维模型相应板单元上布设施工用基准线示意图。

图3是利用三维建模软件的展开功能，将模型中划分的三维曲线加工板单元和其上基准线转化为二维平面结构与其上曲线基准线示意图。

图4是将基准线数据采用专用编译程序处理后，导入激光数控划线设备，进行板单元基准线的施划示意图。

图5是根据板单元上施划的基准线，进行板单元的曲面成型与组焊，并进行节段的组焊施工控制示意图。

需要说明的是：图1-5采用彩色图片仅仅是为了便于审查用，也可以弃之不用。

具体实施方式

⑴经过市场调研，catia软件作为三维曲面设计软件，具有较强的曲线结构处理功能，在依托项目实施中，现以catia软件为基础进行数据模型创建。

⑵通过catia数据模型，根据结构设计及施工要求，在模型中采用软件编辑功能进行节段和板单元的切割划分，创建统一的基准面使其与相应节段及板单元相交生成基准线。

⑶在catia软件自带的曲板展开功能中，将曲板展开生成二维图，得到曲板的二维轮廓尺寸和其上基准线的线型。

⑷根据各类不同型号的加工设备要求，将由三维数据模型转化来的二维图信息转化为相应格式，必要时增设相关施工工艺留量，采用机械化设备进行施工作业。

⑸通过布设的基准线，进行曲板成型控制，使其基准线、特征点达到控制胎型的要求，实现曲线结构状态复原至模型结构；以成型的曲板单元上基准线，结合实际的全站仪等测量技术，进行节段的组拼测控和成品检测。

为了保证此项发明的实施效果，采取以下措施予以控制：

⑴培养一批专业技术人员，能够熟练应用三维建模软件，进行钢桥梁结构数字化模型创建，对数字化模型进行工艺拆解及基准线布设，能够熟练进行二维加工图转换，满足施工的文件准备。

⑵购置一台高精度激光数控划线设备，并定期进行设备养护与精度校验，配备技术过硬的专用作业人员，保证设备的良好状态及规范使用，确保施划基准线的质量和精度。

⑶对于施划的基准线进行保护，保证后期板单元曲面成型与组拼时清晰可见，节段或块体组拼时能够辨识，为复杂曲线构件的组拼提供依据及检测基准。

⑷根据空间曲线构件基准线的布设机理，制定一套完善的检测控制方案，定期对施划的曲线基准线及结构进行放样检测，确保基准线的准确度和该技术系统的持续稳定。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。