專利名稱：非接觸式無模加工成形角測量方法
技術領域：
本發(fā)明應用于大型發(fā)電機線圈管材機床無模漸進成形控制技術領域，特別是一種非接觸式無模加工成形角測量方法。
背景技術：
數(shù)控折彎是金屬工件應用十分普遍成形方式，通過數(shù)控系統(tǒng)對通用模具的位置進行自動控制，以實現(xiàn)加工金屬工件不同的成形角度。在金屬工件的成形橫截面上不但存在塑性變形區(qū)，還存在彈性變形，因此，卸載后金屬工件不可避免的存在回彈現(xiàn)象。這種數(shù)控成形加工設備中，一種是通過事先大量試驗，確定加工成形的回彈尺寸， 調(diào)整設備，而不在加工成形設備中增加回彈量進行測量，以簡化加工設備，如專利金屬板材無模成形設備CN201313128Y中，未涉及回彈角度的測量；另外一種是進行回彈角度的測量，在文章《數(shù)控折彎中回彈控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀》(鍛壓裝備與制造技術2009. 4)中，描述了兩種主要測量方法，即接觸式和非接觸式1、接觸式測量一般通過接觸在折彎零件兩邊的測頭或者接觸在上模和下模的測頭將傳感器的位移值轉(zhuǎn)換成折彎角度值反饋給數(shù)控系統(tǒng)，上述方法設計復雜，檢測精度低。2、非接觸式一般采用激光測量的方法，在折彎工件的一邊或兩邊安裝激光接收， 通過入射和反射光線的角度計算實際的折彎角度反饋給數(shù)控系統(tǒng)，上述方法精度高，但組成復雜，占用空間大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非接觸式無模加工成形角測量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)折彎角度測量。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種非接觸式無模加工成形角測量方法，步驟如下(1)激光測距傳感器、下壓模、上壓模導向塊固定安裝在壓頭轉(zhuǎn)臺上，上壓模設置在上壓模導向塊上，該上壓模相對于壓頭轉(zhuǎn)臺沿上壓模導向塊具有D向運動，固定待加工管材的固定架固定在數(shù)控機床的床身上，壓頭轉(zhuǎn)臺相對于數(shù)控機床床身具有X、Y、R三自由度運動功能；工業(yè)控制計算機通過X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動、D軸驅(qū)動實現(xiàn)對各軸運動控制；工業(yè)控制計算機通過X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動分別控制壓頭轉(zhuǎn)臺的左右、上下和旋轉(zhuǎn)運動，通過D軸驅(qū)動上壓模上下運動；( 11是管材曲線擬合成形前的管材段，12是管材曲線擬合成形后的管材段，上壓模的左下端是成形直線段的旋轉(zhuǎn)中心0，激光測距傳感器的測量激光點與管材成形前交于B點，激光測距傳感器的測量激光點與管材成形后交于A點，在加工過程中，壓頭轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的總角度是管材已成形的總角度，激光測距傳感器固定在壓頭轉(zhuǎn)臺上，因此OAB為直角三角形，激光測量點A到0點距離為旋轉(zhuǎn)半徑R，θ為本次曲線擬合加工的成形角，即管材折彎的成形角度；
(3)上壓模在下壓前，工業(yè)控制計算機讀取激光傳感器的測量值Ltl，并記錄該測量值，上壓模下壓成形后，抬起上壓模，工業(yè)控制計算機讀取激光傳感器的測量值L1,并記錄該值；(3)激光測量傳感器隨著壓頭轉(zhuǎn)臺一起旋轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)半徑R在整個成形過程中是固定值；(4)測量成形前后的距離差AL = L1-L0 ；(5)在直角三角形OAB中，直角邊OA為旋轉(zhuǎn)中心0到激光測距傳感器的測量激光點與管材相交點的距離R，另一條直角邊AB為管材成形前后激光傳感器測量的距離差AL = L1-Ltl，得到成形角θ =arctanAL/R，實現(xiàn)了將角度測量轉(zhuǎn)化為距離測量，得到管材本次折彎的成形角度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點(1)與前述的接觸式和非接觸式兩種方法相比，本發(fā)明成形角測量組成簡單，主要是由一個非接觸式激光傳感器組成，因而設計簡單；( 與發(fā)射式激光測量方法相比，本發(fā)明所需的空間小，不容易對設備加工過程產(chǎn)生干涉等優(yōu)點。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1是非接觸式角度測量組成示意圖。圖2是非接觸式角度測量安裝示意圖。圖3是非接觸式角度測量計算示意圖。 圖4是非接觸式角度測量方法示意圖。
具體實施例方式結(jié)合圖2和圖4，擬合漸進成形控制系統(tǒng)，包括觸摸屏、激光測距傳感器、工業(yè)控制計算機、多功能卡、X絲桿位置編碼器、Y絲桿位置編碼器、R絲桿位置編碼器、D絲桿位置編碼器、X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動、D軸驅(qū)動，所述的觸摸屏、工業(yè)控制計算機、X軸驅(qū)動、Y 軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動、D軸驅(qū)動安裝在控制機柜中，多功能卡包含CANl、CAN2總線接口，安裝在工業(yè)控制計算機的插槽內(nèi)，X絲桿位置編碼器、Y絲桿位置編碼器、R絲桿位置編碼器、D絲桿位置編碼器分別安裝在X絲桿、Y絲桿、R絲桿、D絲桿的尾部，激光距離傳感器2、觸摸屏通過電纜分別和工業(yè)控制計算機相連。激光測距傳感器2、下壓模4、上壓模導向塊7固定安裝在壓頭轉(zhuǎn)臺1上，上壓模3 設置在上壓模導向塊7上，該上壓模3相對于壓頭轉(zhuǎn)臺1沿上壓模導向塊7具有D向運動， 固定待加工管材5的固定架6固定在數(shù)控機床的床身上，壓頭轉(zhuǎn)臺1相對于數(shù)控機床床身具有X、Y、R三自由度運動功能。其中激光測距傳感器2用于成形角測量，如何進行測量，就是本發(fā)明非接觸式無模加工成形角測量方法的內(nèi)容。X絲桿位置編碼器、Y絲桿位置編碼器、R絲桿位置編碼器、D絲桿位置編碼器分別檢測數(shù)控機床的X、Y、R、D軸的位置，通過CANl總線接口與工業(yè)控制計算機實現(xiàn)信號連接， 實時為工業(yè)控制計算機提供數(shù)控機床的X、Y、R、D軸的位置信息；X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動、D軸驅(qū)動通過CAN2總線接口與工業(yè)控制計算機實現(xiàn)信號連接，工業(yè)控制計算機通過 X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動、D軸驅(qū)動實現(xiàn)對各軸運動控制；工業(yè)控制計算機通過X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動分別控制壓頭轉(zhuǎn)臺1的左右、上下和旋轉(zhuǎn)運動，通過D軸驅(qū)動控制上壓模3上下運動。其中，X軸為壓頭轉(zhuǎn)臺1左右運動，Y軸為壓頭轉(zhuǎn)臺1上下運動，R軸為壓頭轉(zhuǎn)臺1旋轉(zhuǎn)運動，D軸為上壓模3的上下運動。結(jié)合圖1、圖3和圖4，本發(fā)明非接觸式無模加工成形角測量方法，步驟如下(1)激光測距傳感器2、下壓模4、上壓模導向塊7固定安裝在壓頭轉(zhuǎn)臺1上，上壓模3設置在上壓模導向塊7上，該上壓模3相對于壓頭轉(zhuǎn)臺1沿上壓模導向塊7具有D向運動，固定待加工管材5的固定架6固定在數(shù)控機床的床身上，壓頭轉(zhuǎn)臺1相對于數(shù)控機床床身具有X、Y、R三自由度運動功能；工業(yè)控制計算機通過X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動、D 軸驅(qū)動實現(xiàn)對各軸運動控制；工業(yè)控制計算機通過X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動分別控制壓頭轉(zhuǎn)臺1的左右、上下和旋轉(zhuǎn)運動，通過D軸驅(qū)動上壓模3上下運動(其中X軸為壓頭轉(zhuǎn)臺1左右運動，Y軸為壓頭轉(zhuǎn)臺1上下運動，R軸為壓頭轉(zhuǎn)臺1旋轉(zhuǎn)運動，D軸為上壓模3 的上下運動)；( 11是管材曲線擬合成形前的管材段，12是管材曲線擬合成形后的管材段，上壓模3的左下端是成形直線段的旋轉(zhuǎn)中心0，激光測距傳感器2的測量激光點與管材5成形前交于B點，激光測距傳感器2的測量激光點與管材成形后交于A點，在加工過程中，壓頭轉(zhuǎn)臺1旋轉(zhuǎn)的總角度是管材已成形的總角度，激光測距傳感器2固定在壓頭轉(zhuǎn)臺1上，因此 OAB為直角三角形，激光測量點A到0點距離為旋轉(zhuǎn)半徑R，θ為本次曲線擬合加工的成形角，即管材5折彎的成形角度；(3)上壓模3在下壓前，工業(yè)控制計算機讀取激光傳感器2的測量值Ltl，并記錄該測量值，上壓模3下壓成形后，抬起上壓模3，工業(yè)控制計算機讀取激光傳感器的測量值L1, 并記錄該值；(3)激光測量傳感器2隨著壓頭轉(zhuǎn)臺1 一起旋轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)半徑R在整個成形過程中是固定值；(4)測量成形前后的距離差AL = L1-L0 ；(5)在直角三角形OAB中，直角邊OA為旋轉(zhuǎn)中心0到激光測距傳感器2的測量激光點與管材5相交點的距離R，另一條直角邊AB為管材5成形前后激光傳感器2測量的距離差AL = L1-Ltl，得到成形角θ =arCtanAL/R，實現(xiàn)了將角度測量轉(zhuǎn)化為距離測量，得到管材5本次折彎的成形角度。實施例本發(fā)明非接觸式無模加工成形角測量方法的測量原理如下1.圖1為非接觸式角度測量組成示意圖，主要由激光測距傳感器、工業(yè)控制計算機系統(tǒng)、機床執(zhí)行部件及管材等；2.圖2是本專利應用的相關結(jié)構(gòu)部分安裝示意圖，包括壓頭轉(zhuǎn)臺1、用于成形角測量的激光測距傳感器2、、上壓模3、下壓模4、待加工的管線5、固定管材的固定架6以及上壓模導向塊7等；3.圖2中，成形角測量的激光測距傳感器2、下壓模4、上壓模導向塊7是固定在壓頭轉(zhuǎn)臺1上；4.圖2中，固定管材的固定架6是固定在機床的床身上；5.固定架6用于裝夾待加工管材；
6.壓頭轉(zhuǎn)臺1相對于機床床身具有X、Y、R三自由度運動功能；7.上壓模3相對于壓頭轉(zhuǎn)臺1沿上壓模導向塊7具有D向(即上下運動)運動功能；8.壓頭轉(zhuǎn)臺1上安裝了激光測距傳感器2、下壓模4、上壓模導向7等隨壓頭轉(zhuǎn)臺 1一起運動；9.激光測距傳感器2作為一種距離測量傳感器，用于測量管材無模成形前后的距離變化量；數(shù)控計算機系統(tǒng)用于實時讀取激光測距傳感器的數(shù)據(jù)并計算管材成形角；10.圖3是非接觸式角度測量方法的計算示意圖，激光測距傳感器處于管材的上方，管材無模成形加工過程中圍繞旋轉(zhuǎn)中心0旋轉(zhuǎn)，激光測距傳感器的測量激光點于管材成形前交于B點，與管材成形后交于A點，L0, L1分別為管材成形前后的激光距離傳感器測量值，θ為成形角；11.圖3中，在直角三角形OAB中，直角邊OA為旋轉(zhuǎn)中心0到激光測距傳感器的測量激光點與管材相交點的距離R，另一條直角邊AB為管材成形前后激光傳感器的距離差 AL = L1-Ltl,由此可以求出成形角θ =arCtanAL/R，實現(xiàn)了將角度測量轉(zhuǎn)化為距離測量；12.結(jié)合圖2和圖4，本發(fā)明的激光距離傳感器安裝轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)中心隨著已成形的工件作旋轉(zhuǎn)和移動，激光距離傳感器隨著轉(zhuǎn)臺作同樣的運動，這種安裝方法具有兩個優(yōu)點a.激光距離傳感器測量值(L0，Li)變化較小，激光距離傳感器精度和成本與其測量范圍相關，測量范圍越小，相對精度高、成本低；b.成形角度計算不需進行復雜的機床坐標變換，因而實現(xiàn)簡單。本發(fā)明非接觸式無模加工成形角測量方法的過程如下1.圖2是一種管材無模成形數(shù)控加工設備部分結(jié)構(gòu)圖，待加工的管材安裝在固定架上，激光測距傳感器安裝在轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺上同時安裝了壓頭模具。壓頭模具分上壓模和下壓模，下壓模和轉(zhuǎn)臺固定在一起，上壓模在成形時相對轉(zhuǎn)臺作下壓動作；2.圖2中安裝管材的固定架是固定不動的，轉(zhuǎn)臺具備多自由度運行功能，激光測距傳感器、壓頭模具等安裝在轉(zhuǎn)臺上，隨轉(zhuǎn)臺一起動作；3.圖4中，直線段1是管材曲線擬合成形前的管材段，直線段2是管材曲線擬合成形后的管材段，上壓頭的左下端是成形直線段的旋轉(zhuǎn)中心0，激光測距傳感器的測量激光點與管材成形前交于B點，激光測距傳感器的測量激光點與管材成形后交于A點，激光測量點 A到0點距離為旋轉(zhuǎn)半徑R，θ為本次曲線擬合加工的成形角；4.上壓模在下壓前，機床數(shù)控系統(tǒng)讀取激光傳感器的測量值Ltl，并記錄該測量值， 接著，上壓頭下壓成形后，抬起上壓頭，數(shù)控計算機系統(tǒng)讀取激光傳感器的測量值L1,并記錄該值；5.激光測量傳感器是隨著轉(zhuǎn)臺一起旋轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)半徑R在整個成形過程中是固定值；6. θ為測量成形角，只需測量成形前后的距離差AL = L1-Ltl，從而將角度測量轉(zhuǎn)化為距離測量；7.依據(jù)圖1中測量計算示意圖可以得出在直角三角形OAB中，直角邊OA為旋轉(zhuǎn)中心0到激光測距傳感器的測量激光點與管材相交點的距離R，另一條直角邊AB為管材成形前后激光傳感器的距離差AL = L1-Ltl,由此可以求出成形角θ = arctanAL/R，實現(xiàn)了將角度測量轉(zhuǎn)化為距離測量； 8.實施例中的R= 200mm(R值的選取與測量精度及激光傳感器的測量范圍相關)，激光測距傳感器的精度為0. 1mm，考慮零點、安裝誤差等，成形角綜合測量精度可達 0. 1 度。
權(quán)利要求
1. 一種非接觸式無模加工成形角測量方法，其特征在于步驟如下 第一步，激光測距傳感器O)、下壓模G)、上壓模導向塊(7)固定安裝在壓頭轉(zhuǎn)臺(1) 上，上壓模C3)設置在上壓模導向塊(7)上，該上壓模C3)相對于壓頭轉(zhuǎn)臺(1)沿上壓模導向塊(7)具有D向運動，固定待加工管材( 的固定架(6)固定在數(shù)控機床的床身上，壓頭轉(zhuǎn)臺(1)相對于數(shù)控機床床身具有X、Y、R三自由度運動功能；工業(yè)控制計算機通過X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動、D軸驅(qū)動實現(xiàn)對各軸運動控制；工業(yè)控制計算機通過X軸驅(qū)動、Y軸驅(qū)動、R軸驅(qū)動分別控制壓頭轉(zhuǎn)臺(1)的左右、上下和旋轉(zhuǎn)運動，通過D軸驅(qū)動上壓模(3)上下運動；第二步，11是管材曲線擬合成形前的管材段，12是管材曲線擬合成形后的管材段，上壓模(3)的左下端是成形直線段的旋轉(zhuǎn)中心0，激光測距傳感器O)的測量激光點與管材 (5)成形前交于B點，激光測距傳感器O)的測量激光點與管材成形后交于A點，在加工過程中，壓頭轉(zhuǎn)臺(1)旋轉(zhuǎn)的總角度是管材已成形的總角度，激光測距傳感器( 固定在壓頭轉(zhuǎn)臺(1)上，因此OAB為直角三角形，激光測量點A到0點距離為旋轉(zhuǎn)半徑R，θ為本次曲線擬合加工的成形角，即管材(5)折彎的成形角度；第三步，上壓模C3)在下壓前，工業(yè)控制計算機讀取激光傳感器O)的測量值Ltl，并記錄該測量值，上壓模C3)下壓成形后，抬起上壓模(3)，工業(yè)控制計算機讀取激光傳感器的測量值L1,并記錄該值；第四步，激光測量傳感器( 隨著壓頭轉(zhuǎn)臺(1) 一起旋轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)半徑R在整個成形過程中是固定值；第五步，測量成形前后的距離差AL = L1-L0 ；第六步，在直角三角形OAB中，直角邊OA為旋轉(zhuǎn)中心0到激光測距傳感器O)的測量激光點與管材(5)相交點的距離R，另一條直角邊AB為管材(5)成形前后激光傳感器(2) 測量的距離差AL = L1-Ltl，得到成形角θ =arCtanAL/R，實現(xiàn)了將角度測量轉(zhuǎn)化為距離測量，得到管材( 本次折彎的成形角度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸式無模加工成形角測量方法，將激光測距傳感器、下壓模、上壓模導向塊固定安裝在壓頭轉(zhuǎn)臺上，上壓模設置在上壓模導向塊上，上壓模的左下端是成形直線段的旋轉(zhuǎn)中心O，激光測距傳感器的測量激光點與管材成形前交于B點，激光測距傳感器的測量激光點與管材成形后交于A點，壓頭轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的總角度是管材已成形的總角度，激光測距傳感器固定在壓頭轉(zhuǎn)臺上，激光測量點A到O點距離為旋轉(zhuǎn)半徑R，θ為本次曲線擬合加工的成形角，即管材折彎的成形角度；工業(yè)控制計算機讀取激光傳感器的測量值L0和激光傳感器的測量值L1；測量成形前后的距離差ΔL＝L1-L0；得到成形角θ＝arctanΔL/R，實現(xiàn)了將角度測量轉(zhuǎn)化為距離測量，得到管材本次折彎的成形角度。
文檔編號B21C51/00GK102240703SQ20111009970
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者萬其, 王成, 胡芳芳, 邵兵, 顧世奕, 高嵩 申請人:中國電子科技集團公司第十四研究所