專利名稱：一種曲率半徑測量方法及專用裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種曲率半徑測量技術(shù)，特別是涉及一種曲率半徑測量方法及專用裝置。
背景技術(shù)：
新型潛艇肋骨彎淬機(由中科院沈陽自動化研究所研制)是目前國內(nèi)最先進的機、電、液一體化數(shù)控加工機床。由于它采用光柵尺作為曲率檢測元件，并采用動態(tài)單點測量算法進行曲率計算，可以實時檢測曲率半徑的變化，并能構(gòu)成曲率閉環(huán)進行控制，因此具有很高的加工精度。但是由于潛艇肋骨型號多達十幾種，每種型號的鋼料必須采用與之相配的感應加熱線圈。動態(tài)單點測量算法參數(shù)值與感應線圈的型號有關(guān)，另外在鋼料加熱、彎曲、淬火過程中都會出現(xiàn)一定的反彈現(xiàn)象，所謂反彈是指實際加工出的鋼料曲率半徑大于計算機設定的曲率半徑。反彈系數(shù)大小與鋼料材質(zhì)、加熱溫度、淬火水壓有關(guān)，是一個無法測量的量，從而影響了曲率加工精度。由于受熱變形區(qū)域的一段圓弧被成形輪壓緊無法反彈，動態(tài)單點測量法無法完全消除反彈特性的影響。因此必須用精確的曲率測量儀器進行修正，是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測量高精度的曲率半徑測量方法及專用裝置，用于潛艇肋骨彎淬機曲率測量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的測量方法用與球柵尺導桿頂端檢測輪同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器檢測沿鋼料運動的曲線位移量(被測點，X軸)，用變送器通過球柵尺上的導桿檢測鋼料運動的直線位移量(弦高，Y軸)，所述旋轉(zhuǎn)編碼器、變送器分別將檢測的信號(轉(zhuǎn)換成TTL方波脈沖)送至計算機內(nèi)(具有加減功能的)計數(shù)卡，再經(jīng)過計算程序通過函數(shù)關(guān)系計算出實際的曲率半徑；所述的計數(shù)卡插在計算機內(nèi)的擴展槽上，通過DB25接口與計算機連接；所述計算程序流程為首先初始化參數(shù)二分之一弦長L、檢測輪半徑r1、球柵尺分辨率u、旋轉(zhuǎn)編碼器每圈脈沖數(shù)m，然后設定曲率半徑給定值R給定，讀球柵尺上變送器計數(shù)值CH1-CNT(計數(shù)卡上第一通道的計數(shù)值)，計算弦高H；再計算曲率半徑R測，讀旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)值CH2-CNT(計數(shù)卡上第二通道的計數(shù)值)；將旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)值CH2-CNT轉(zhuǎn)換成測量點位移量S；以測量點位移量S為X軸，R測為Y軸畫曲率半徑測量曲線；計算曲率誤差RW＝R測-R給定，最后顯示輸出誤差(用于肋骨彎淬機曲率校正)，此時如繼續(xù)測量則返回設定曲率半徑給定值R給定，否則結(jié)束程序。
所述曲率半徑給定值R給定在1000～6000mm范圍內(nèi)；所述弦高H為CH1-CNT*u；所述曲率半徑R測為(L2+H2)/(2H)，其中L＝(弦長|AB|)/2，H為弦高，即為球柵尺檢測值(Y軸直線位移量)；所述測量點位移量S為CH2-CNT*2π*r1/m；所述曲率誤差RW為R測-R給定；其專用裝置為在三角形檢測支架上加裝球柵尺結(jié)構(gòu)，其中所述球柵尺由導桿和裝有變送器的滑塊構(gòu)成，導桿安裝在三角形檢測支架上，與其底邊垂直；滑塊安裝在三角形檢測支架、與底邊相對的頂點上，與導桿滑動連接；在導桿上套裝一壓縮彈簧，于三角形檢測支架底邊和底邊相對的頂點之間，使導桿可頂緊鋼料，在導桿前端、與鋼料接觸處安裝一個檢測輪，和檢測輪同軸位置設一旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器、滑塊上的變送器分別接至計算機中計數(shù)卡。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，測量使用方便，測量精度高(測量誤差dR＝±1mm)，能夠精確修正單點曲率測量的誤差，彌補了原肋骨加工機床曲率檢測設備的不足，適合各種艦船彎制肋骨或圓弧形鋼料時使用。
2.本發(fā)明能在電腦上顯示曲率半徑值及曲線形狀，曲線上各點的誤差、自動計算修正值，配合肋骨彎淬機完成高精度肋骨曲率加工。


圖1為本發(fā)明方法的專用裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明方法的原理圖。
圖3為本發(fā)明方法的計算程序流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合以下實施例及附圖詳細說明本發(fā)明。
其方法用與球柵尺導桿頂端檢測輪同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器檢測沿鋼料運動的曲線位移量(被測點，X軸)，用變送器通過球柵尺上的導桿檢測鋼料運動的直線位移量(弦高，Y軸)，所述旋轉(zhuǎn)編碼器、變送器分別將檢測的信號轉(zhuǎn)換成TTL方波脈沖送至計算機內(nèi)具有加減功能的計數(shù)卡，再經(jīng)過計算程序通過函數(shù)關(guān)系計算出實際的曲率半徑；所述計數(shù)卡插在計算機內(nèi)的擴展槽上，通過DB25接口與計算機連接；所述曲率半徑計算公式為R＝(L2+H2)/(2H)，其中L＝(弦長|AB|)/2，H為弦高，即為球柵尺檢測值(Y軸直線位移量)。
如圖3所示，所述計算程序流程為首先初始化參數(shù)二分之一弦長L＝500(mm)，檢測輪半徑r1＝20(mm)，球柵尺分辨率u＝0.005(mm)，旋轉(zhuǎn)編碼器每圈脈沖數(shù)m＝1000；然后設定曲率半徑給定值R給定＝(1000～6000)mm，本實施例為3000mm；讀球柵尺計數(shù)值CH1-CNT(計數(shù)卡上第一通道的計數(shù)值)，計算弦高H＝CH1-CNT*u；再計算曲率半徑R測＝(L2+H2)/(2H)，其中L＝(弦長|AB|)/2，H為弦高，即為球柵尺檢測值(Y軸直線位移量)，讀旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)值CH2-CNT(計數(shù)卡上第二通道的計數(shù)值)；將旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)值CH2-CNT轉(zhuǎn)換成測量點位移量S＝CH2-CNT*2π*r1/m；以測量點位移量S為X軸，R測為Y軸畫曲率半徑測量曲線；計算曲率誤差RW＝R測-R給定；顯示輸出誤差(此誤差可用于肋骨彎淬機曲率校正，在肋骨彎淬機控制程序中的曲率修正輸入框內(nèi)輸入此誤差值即可。誤差修正公式為R’測＝R’測+Rw其中R’測為肋骨彎淬機控制程序中的曲率測量值，Rw為曲率誤差值。此時，如繼續(xù)測量則返回設定曲率半徑給定值R給定，否則結(jié)束程序。
本發(fā)明方法的專用裝置，如圖1所示，為在三角形檢測支架1上加裝球柵尺結(jié)構(gòu)，其中所述球柵尺由導桿3和裝有變送器的滑塊2構(gòu)成，導桿3安裝在三角形檢測支架1上，與其底邊垂直；滑塊2安裝在三角形檢測支架1、與底邊相對的頂點上，與導桿3滑動連接；在導桿3上套裝一壓縮彈簧4，于三角形檢測支架1底邊和底邊相對的頂點之間，使導桿3可頂緊鋼料6，在導桿3前端、與鋼料6接觸處安裝一個檢測輪5，和檢測輪5同軸位置設一旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器、滑塊上的變送器分別接至計算機中計數(shù)卡；三角形檢測支架1應有一定的強度，防止受力變形影響測量精度。旋轉(zhuǎn)編碼器用于檢測鋼料6沿圓弧方向的位移，送出的脈沖信號同樣由計算機的計數(shù)卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，作為畫鋼料6形狀曲線的X軸參數(shù)。
其中推導曲率半徑計算公式如圖2所示，設鋼料的曲率半徑為R，弦長|AB|＝2L，弦高為H(H即為球柵尺檢測值)，在直角三角形ABO中，由勾股定理，則有R2＝L2+(R-H)2，解出R，R＝(L2+H2)/2H(1)公式(1)即為曲率半徑計算公式。
根據(jù)誤差允許值確定L長度鋼料的最大半徑為RMAX＝4200mm，球柵尺的分辯率為dH＝0.005mm，測量誤差dR＝-1mm。
公式(1)對H求導，dR/dH＝(H2-L2)/2H2(2)由公式(1)、(2)聯(lián)立解得L＝420mm由此得出結(jié)論，只要L＞420mm，測量誤差就能夠滿足要求。
由本發(fā)明結(jié)構(gòu)看其測量過程將本發(fā)明檢測輪5靠緊被測鋼料6時，檢測輪5連導桿3一起回縮，回縮量的大小取決于鋼料6的曲率半徑，即曲率半徑越大，回縮量越大。彈簧4的作用使檢測輪5頂緊鋼料6?；乜s量的大小由變送器轉(zhuǎn)換成脈沖信號送至計算機，換算成H值，根據(jù)曲率半徑計算公式計算出曲率半徑R值。將檢測輪5沿鋼料6移動，與檢測輪5聯(lián)動的旋轉(zhuǎn)編碼器將檢測出的位移轉(zhuǎn)變成脈沖信號送至計算機，作為畫鋼料6形狀曲線的X軸坐標值，以計算出的曲率半徑R值作為Y軸坐標，便可方便直觀地看出鋼料6上各點的曲率半徑大小及誤差。
本發(fā)明在計算機擴展槽加裝計數(shù)卡來檢測脈沖數(shù)，所述計數(shù)卡采用PCL-833(臺灣研華公司)，它是3通道脈沖輸入卡，并可進行加/減計數(shù)，接口形式為DB25。旋轉(zhuǎn)編碼器、球柵尺變速器分別與PCL-833卡的DB25口相連，其中球柵尺變速器接第1通道，旋轉(zhuǎn)編碼器接第2通道。
旋轉(zhuǎn)編碼器LEC-200-BM-G05D，長春第一光學儀器廠。球柵尺測量長度600mm(TTL輸出)，英國NEWALL公司。
權(quán)利要求
1.一種曲率半徑檢測方法，其特征在于用與球柵尺導桿頂端檢測輪同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器檢測沿鋼料運動的曲線位移量，用變送器通過球柵尺上的導桿檢測鋼料運動的直線位移量，所述旋轉(zhuǎn)編碼器、變送器分別將檢測的信號送至計算機內(nèi)計數(shù)卡，再經(jīng)過計算程序通過函數(shù)關(guān)系計算出實際的曲率半徑。
2.按照權(quán)利要求1所述曲率半徑檢測方法，其特征在于所述的計數(shù)卡插在計算機內(nèi)的擴展槽上，通過DB25接口與計算機連接。
3.按照權(quán)利要求1所述曲率半徑檢測方法，其特征在于所述計算程序流程為首先初始化參數(shù)二分之一弦長L、檢測輪半徑r1、球柵尺分辨率u、旋轉(zhuǎn)編碼器每圈脈沖數(shù)m，然后設定曲率半徑給定值R給定，讀球柵尺上變送器計數(shù)值CH1-CNT，計算弦高H；再計算曲率半徑R測，讀旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)值CH2-CNT；將旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)值CH2-CNT轉(zhuǎn)換成測量點位移量S；以測量點位移量S為X軸，R測為Y軸畫曲率半徑測量曲線；計算曲率誤差RW＝R測-R給定，最后顯示輸出誤差，如繼續(xù)測量則返回設定曲率半徑給定值R給定，否則結(jié)束程序。
4.按照權(quán)利要求3所述曲率半徑檢測方法，其特征在于所述曲率半徑給定值R給定在1000～6000mm范圍內(nèi)。
5.按照權(quán)利要求3所述曲率半徑檢測方法，其特征在于所述弦高H為CH1-CNT*u。
6.按照權(quán)利要求3所述曲率半徑檢測方法，其特征在于所述曲率半徑R測為(L2+H2)/(2H)，其中L＝(弦長|AB|)/2，H為弦高，即為球柵尺檢測值。
7.按照權(quán)利要求3所述曲率半徑檢測方法，其特征在于所述測量點位移量S為CH2-CNT*2π*r1/m。
8.按照權(quán)利要求3所述曲率半徑檢測方法，其特征在于所述曲率誤差RW為R測-R給定。
9.一種曲率半徑檢測方法的專用裝置，其特征在于為在三角形檢測支架(1)上加裝球柵尺結(jié)構(gòu)，其中所述球柵尺由導桿(3)和裝有變送器的滑塊(2)構(gòu)成，導桿(3)安裝在三角形檢測支架(1)上，與其底邊垂直；滑塊(2)安裝在三角形檢測支架(1)、與底邊相對的頂點上，與導桿(3)滑動連接；在導桿(3)上套裝一壓縮彈簧(4)，于三角形檢測支架(1)底邊和底邊相對的頂點之間，使導桿(3)可頂緊鋼料(6)，在導桿(3)前端、與鋼料(6)接觸處安裝一個檢測輪(5)，和檢測輪(5)同軸位置設一旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器、滑塊上的變送器分別接至計算機中計數(shù)卡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種曲率半徑測量技術(shù)，特別是涉及一種曲率半徑測量方法及專用裝置。方法為用與球柵尺導桿頂端檢測輪同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器檢測沿鋼料運動的曲線位移量，用變送器通過球柵尺上的導桿檢測鋼料運動的直線位移量，所述旋轉(zhuǎn)編碼器、變送器分別將檢測的信號送至計算機內(nèi)計數(shù)卡，再經(jīng)過計算程序通過函數(shù)關(guān)系計算出實際的曲率半徑；裝置為在三角形檢測支架上加裝球柵尺結(jié)構(gòu)，其中所述球柵尺由導桿和裝有變送器的滑塊構(gòu)成，在導桿上套裝一壓縮彈簧，在導桿前端安裝一檢測輪，檢測輪同軸位置設一旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器、滑塊上的變送器分別接至計算機中計數(shù)卡。本發(fā)明測量精度高，用于潛艇肋骨彎淬機曲率測量。
文檔編號G01B5/213GK1464282SQ02132468
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者吳景輝, 朱軍, 李令奇 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所