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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310359175.7 (22)申请日 2013.08.16 B21C 51/00(2006.01) B21D 7/12(2006.01) (71)申请人宁波钜智自动化装备有限公司 地址 315033 浙江省宁波市江北区洪塘工业 A区洪盛路5号 (72)发明人陆志伟 (74)专利代理机构宁波诚源专利事务所有限公 司 33102 代理人袁忠卫 (54) 发明名称 一种弯管管形检测系统及其检测方法 (57) 摘要 本发明涉及一种弯管管形检测系统及其检测 方法,一种弯管管形检测系统,包括数控弯管机、 管形检测装置和对检测信息进行处理的控制。
2、系 统,用来测量管件回弹距离的所述管形检测装置 安装在所述数控弯管机上,且与所述数控弯管机 上的加工管件处同一平面上;所述管形检测装置 与所述控制系统连接,利用几何原理计算出所述 管件的回弹角度;本发明中利用回弹前后,管形 检测装置与管件之间的距离变化,测得管件的回 弹距离,从而快速求出管件的回弹值。该发明在数 控弯管机上在线直接检测,避免了多次装夹引起 的二次误差,且方便快捷,适合批量进行检测,同 时避免管件多个弯之间误差的叠加,进一步提高 了检测精度。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布。
3、号 CN 104368632 A (43)申请公布日 2015.02.25 CN 104368632 A 1/2页 2 1.一种弯管管形检测系统,包括数控弯管机、管形检测装置和对检测信息进行处理的 控制系统,其中所述数控弯管机包括机架和机头,机架上设置有用来固定、推送管件的送料 小车,机头上设置有与弯管模配合夹紧管件的主夹以及与防皱板配合夹持管件的辅夹,其 特征在于:用来测量管件回弹距离的所述管形检测装置安装在所述数控弯管机上,且与所 述数控弯管机上的加工管件处同一平面上;所述管形检测装置与所述控制系统连接,利用 几何原理计算出所述管件的回弹角度。 2.根据权利要求1所述的弯管管形检测系统,其。
4、特征在于:所述管形检测装置为一测 量距离的传感器,该传感器安装在一支撑装置上,所述支撑装置设置在所述机头后方的机 架上。 3.根据权利要求2所述的弯管管形检测系统,其特征在于:所述支撑装置由第一伺服 电机控制,在弯管和管形检测过程中保持不动。 4.根据权利要求1所述的弯管管形检测系统,其特征在于:所述管形检测装置包括所 述辅夹以及用来控制该辅夹动作的第二伺服电机。 5.一种利用权利要求1所述的弯管管形检测系统的弯管管形检测方法,其特征在于: 包括以下步骤: 1)弯管结束时,所述主夹和辅夹依旧夹紧管件,所述管形检测装置测出其与所述管件 的距离S 1 ; 2)所述送料小车松开用于夹紧管件的束管夹,。
5、并退回至所述管件的末端后方,从而与 所述管件分离,然后再松开所述辅夹,所述管件发生回弹,待回弹结束后管件处于稳定状态 时,使用所述管形检测装置测出其与所述管件的距离S 2 ; 3)由步骤1)和2)求出所述管件的回弹距离a,a=S 1 -S 2 ,且检测过程中,所述弯折处到 所述管形检测装置的距离b保持不变; 4)记管件的回弹角度为,利用几何原理计算出回弹角度。 6.一种利用权利要求2或3所述的弯管管形检测系统的弯管管形检测方法,其特征在 于:包括以下步骤: 1)弯管结束时,所述主夹和辅夹依旧夹紧管件,所述传感器测出其与所述管件的距离 S 1 ; 2)所述送料小车松开用于夹紧管件的束管夹,并退回。
6、至所述管件的末端后方,从而与 所述管件分离,然后再松开所述辅夹,所述管件发生回弹,待回弹结束后管件处于稳定状态 时,使用所述传感器测出其与所述管件的距离S 2 ; 3)由步骤1)和2)求出所述管件的回弹距离a,a=S 1 -S 2 ,且检测过程中,所述弯折点到 所述传感器的距离b保持不变; 4)记管件的回弹角度为,利用所述几何原理计算出回弹角度。 7.一种利用权利要求4所述的弯管管形检测系统的弯管管形检测方法,其特征在于: 包括以下步骤: 1)弯管结束时,所述主夹和辅夹依旧夹紧管件,此时辅夹的位置记为A 1 ; 2)所述辅夹松开,且所述辅夹后退至不与所述管件接触而就停止,此时所述第二伺服 电机。
7、的扭矩接近为0;随后,所述管件在弯折处后方的管段发生回弹,所述第二伺服电机控 制所述辅夹向所述防皱板方向进给,进给到接触所述管件处时,由于受到所述管件的阻力, 权 利 要 求 书CN 104368632 A 2/2页 3 所述第二伺服电机的扭矩发生增大变化,并将变化的信息输送给所述控制系统,所述控制 系统反馈而使所述辅夹停止进给,此时辅夹的位置记为A 2 ; 3)记所述辅夹由所述位置A 1 移动到所述位置A 2 的距离为A 3 ,则所述管件的回弹距离 a,a=A 3 ; 4)记管件的回弹角度为,利用所述几何原理计算出回弹角度。 8.根据权利要求7所述的弯管管形检测方法,其特征在于:所述辅夹的位。
8、置是以其行 程范围内的任一点为原始位置,根据计算所述第二伺服电机的转动圈数、单圈行程以及所 述第二伺服点电机的正反转信号后对比原始位置获得。 9.根据权利要求5或7所述的弯管管形检测方法,其特征在于:所述几何原理为: =arccos(b 2 +b 2 -a 2 )/2b 2 。 10.根据权利要求6所述的弯管管形检测方法,其特征在于:所述几何原理为: =arccos(b 2 +b 2 -a 2 )/2b 2 。 权 利 要 求 书CN 104368632 A 1/5页 4 一种弯管管形检测系统及其检测方法 技术领域 0001 本发明涉及弯管加工领域,尤其涉及一种弯管管形检测系统及其检测方法。 。
9、背景技术 0002 管件在造船、汽车、航空等各个工业领域中广泛应用,其中有许多是有弯曲形状的 管件,这些管件必须使用弯管机或数控弯管机对管材进行弯曲加工后才能获得。由于管材 弯曲加工属于弹塑性弯曲,弯曲卸荷后不可避免地发生回弹现象,具体地,回弹现象是指在 管材弯曲过程中,受到外力作用,产生变形而被弯曲成一角度,当一个弯的加工结束后,外 力被撤销,被弯曲的管件部分恢复成原来的形状,导致管件实际弯曲的角度小于预定的弯 曲角度,而管件直线段的长度会比所需的长度大一些,因此回弹现象的存在严重影响了弯 管生产的精度和效率,当回弹量超过误差所允许的范围时,零件的几何精度和形状精度就 难以满足要求,从而直接。
10、影响到弯管的使用性能以及和其他部件的连接效果等。 0003 影响回弹的因素很多,如:管件的材料、弯曲半径、管径、壁厚、弯角大小以及弯管 机所用的工艺参数等,这些都会影响管件的回弹,其中,弯管机的工艺参数在弯管机调整后 已确定,所以一般采用“试错法”来不断调整弯曲角度,即先按照预定角度弯管,随后将成形 后的管件取下进行测量,根据与预定弯曲角度之间的偏差算出回弹值,接着根据检测结果 进行回弹补偿,再重新进行试弯,以此循环,直至管件的弯曲角度近似等于设计值。而获取 弯管后管件的精确回弹值,一般的做法是将成形后的管件从弯管机上卸载后放置在三坐标 测量仪上进行检测,通过三坐标的测头接触或非接触式地对管件。
11、进行测量,随后根据采集 到的数据还原出整根管件的三维模型,从而检测出包括弯曲角度在内的管件的各个详细数 据。但是,这种检测方式无法直接在弯管装置上进行实时检测,在将管件卸下装夹到三坐标 测量仪上的过程中,容易造成二次误差,同时这种检测方式成本高,耗时长。为解决这一问 题,技术人员研究出管形测量系统,该系统通过扫描的方式实时获得弯管管件的管形数据, 以获得回弹数据进行修正,但该系统所用设备投资大,工作数据不直观,不适合批量检测, 只适合抽检试制产品,因此使用时还是不方便。 发明内容 0004 本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术而提供一种简单实用、方便的 对弯管管形直接在弯管装置上进行实。
12、时检测的弯管管形检测系统。 0005 本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术而提供一种应用上述弯管管 形检测系统进行弯管管形检测的方法。 0006 本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为:一种弯管管形检测系统,包括 数控弯管机、管形检测装置和对检测信息进行处理的控制系统,其中所述数控弯管机包括 机架和机头,机架上设置有用来固定、推送管件的送料小车,机头上设置有与弯管模配合夹 紧管件的主夹以及与防皱板配合夹持管件的辅夹,其特征在于:用来测量管件回弹距离的 所述管形检测装置安装在所述数控弯管机上,且与所述数控弯管机上的加工管件处同一平 说 明 书CN 104368632 A 2/5页 5。
13、 面上;所述管形检测装置与所述控制系统连接,利用几何原理计算出所述管件的回弹角度。 0007 所述管形检测装置可有多种实现方式,一种优选的实现方式为,所述管形检测装 置为一测量距离的传感器,该传感器的设置位置也有多种选择,作为优选,该传感器安装在 一支撑装置上,该支撑装置设置在所述机头后方的机架上。 0008 进一步,所述支撑装置由第一伺服电机控制,在弯管和管形检测过程中保持不动, 从而确保安装在其上的传感器的检测精度。 0009 所述管形检测装置的另一种优选实现方式为:所述管形检测装置包括所述辅夹以 及用来控制该辅夹动作的第二伺服电机,这样通过辅夹夹持管件和松开管件前后,第二伺 服电机扭矩的。
14、变化,即可获得管件的回弹距离。 0010 本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案中弯管管形检测方法包括以下步 骤: 0011 1)弯管结束时,所述主夹和辅夹依旧夹紧管件,所述管形检测装置测出其与所述 管件的距离S 1 ; 0012 2)所述送料小车松开用于夹紧管件的束管夹,并退回至所述管件的末端后方,从 而与所述管件分离,然后再松开所述辅夹,所述管件发生回弹,待回弹结束后管件处于稳定 状态时,使用所述管形检测装置测出其与所述管件的距离S 2 ; 0013 3)由步骤1)和2)求出所述管件的回弹距离a,a=S 1 -S 2 ,且检测过程中,所述弯折 处到所述管形检测装置的距离b保持不变; 00。
15、14 4)记管件的回弹角度为,利用几何原理计算出回弹角度。 0015 其中,管形检测装置采用上述第一种实现方式时,弯管管形检测方法包括以下步 骤: 0016 1)弯管结束时,所述主夹和辅夹依旧夹紧管件,所述传感器测出其与所述管件的 距离S 1 ; 0017 2)所述送料小车松开用于夹紧管件的束管夹,并退回至所述管件的末端后方,从 而与所述管件分离,然后再松开所述辅夹,所述管件发生回弹,待回弹结束后管件处于稳定 状态时,使用所述传感器测出其与所述管件的距离S 2 ; 0018 3)由步骤1)和2)求出所述管件的回弹距离a,a=S 1 -S 2 ,且检测过程中,所述弯折 点到所述传感器的距离b保持。
16、不变; 0019 4)记管件的回弹角度为,利用所述几何原理计算出回弹角度。 0020 采用上述另一种实现方式时,弯管管形检测方法包括以下步骤: 0021 1)弯管结束时,所述主夹和辅夹依旧夹紧管件,此时辅夹的位置记为A 1 ; 0022 2)所述辅夹松开,且所述辅夹后退至不与所述管件接触而停止,此时所述第二伺 服电机的扭矩接近0;随后,所述管件在弯折处后方的管段发生回弹,所述第二伺服电机控 制所述辅夹向所述防皱板方向进给,进给到所述管件处时,由于受到所述管件的阻力,所述 第二伺服电机的扭矩发生增大变化,并将变化的信息输送给所述控制系统,所述控制系统 反馈而使所述辅夹停止进给,此时辅夹的位置记为。
17、A 2 ; 0023 3)记所述辅夹由所述位置A 1 移动到所述位置A 2 的距离为A 3 ,则所述管件的回弹 距离a,a=A 3 ; 0024 4)记管件的回弹角度为,利用所述几何原理计算出回弹角度。 说 明 书CN 104368632 A 3/5页 6 0025 其中,所述辅夹的位置是以其行程范围内的任一点为原始位置,根据计算所述第 二伺服电机的转动圈数、单圈行程以及所述第二伺服点电机的正反转信号后对比原始位置 获得。 0026 上述各弯管管形检测方法中,所述几何原理为:=arccos(b 2 +b 2 -a 2 )/2b 2 。 0027 与现有技术相比,本发明的优点在于: 0028 1。
18、)在数控弯管机上在线检测,避免了多次装夹引起的二次误差,且方便快捷,适合 批量进行检测:本发明利用安装在数控弯管机上的传感器或数控弯管机上的辅夹检测回弹 前后,传感器或辅夹会管件之间的距离变化,即可获得管件的回弹值,无需将管件卸下后装 夹到测量仪上,方便快捷,精度高,适合对管件进行批量检测。 0029 2)避免管件多个弯之间误差的叠加,进一步提高了检测精度:本发明中,在一个弯 的检测结束后,送料小车向前进给一定距离,消除了前面弯管时管件直线段被拉长对检测 产生的干扰,随后进行新一轮的弯管和检测,由于各个弯的检测过程都是独立的,因此消除 了多个弯检测误差之间的叠加,提高了检测的精度。 附图说明 。
19、0030 图1为本发明中数控弯管机的整体结构和弯管工作状态示意图; 0031 图2为本发明中管件在弯管前的状态示意图; 0032 图3为本发明中管件在弯管后的状态以及受回弹力作用示意图; 0033 图4为本发明实施例1中传感器的安装位置示意图; 0034 图5为本发明实施例1中回弹角计算原理示意图。 具体实施方式 0035 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 0036 实施例1: 0037 如图15所示,一种弯管管形检测系统,包括数控弯管机1、管形检测装置和对 检测信息进行处理的控制系统(未示出),本实施例中管形检测装置为一测量距离的传感器 11,如激光测距的传感器,该传感器11安装。
20、在数控弯管机1上,与数控弯管机1上的加工管 件8处同一平面上,该传感器11的输出连接到对检测信息进行处理的控制系统的输入,利 用几何原理计算出管件8的回弹角度。数控弯管机1包括机架12和机头10,机架12上设 置有用来固定、推送管件8的送料小车2,该机头10上设置有与弯管模7配合夹紧管件8的 主夹4以及与防皱板3配合夹持管件8的辅夹6,送料小车2与机头10之间的机架12上设 置有用来支撑管件8的支撑装置9,该支撑装置9使得整根管件8在加工过程中始终处于同 一水平高度,记弯管中管件8的弯折处为O点83,该O点前方为管件的A段81,后方为管件 的B段82。 0038 传感器11在数控弯管机1上的具。
21、体安装位置可有多种选择,如:可安装在A段81 附近,A段81附近为数控弯管机1的机头10,由于机头10运作过程中旋转摆动,安装在机 头10上会影响传感器11的精度,且机头10空间狭小,不便于安装;又如:可安装在主夹4 上,此时传感器11测量的是管件8的A段81,而弯管后管件的A段81会发生异形变化,通 过比较异形管件和回弹前的正常管件与传感器11之间的距离变化,这样测得的结果会产 说 明 书CN 104368632 A 4/5页 7 生很大的误差,影响测量精度;而B段82弯管结束只发生整体角度上的偏离,因此优选的将 传感器11安装在管件B段82方向的支撑装置9上。该支撑装置9由第一伺服电机控制。
22、(未 示出),在弯管和管形检测过程中保持不动,从而确保安装在其上的传感器11的检测精度。 0039 弯管管形检测过程如下: 0040 在管件8结束弯管时,机头10上的主夹4和辅夹6依旧夹紧管件8,此时传感器 11测出与管件8B段82的最短距离S 1 ,随后送料小车2松开用来夹紧管件8束管夹,退回 至与管件8的末端后方,从而与管件8分离,然后松开辅夹6,管件8发生回弹,待回弹结束 后管件8处于稳定状态时,再通过传感器11测出与管件8B段82的距离S 2 。通过比较两 次的距离数据,算出管件8的回弹角度及回弹率,反馈给控制系统,从而在下一弯中对弯管 角度进行回弹补偿。 0041 计算方式如图5所示。
23、,首先测出在回弹前管件8B段82在夹紧状态下与传感器11 之间的最短距离S 1 ,随后在回弹结束后,测出管件8B段82与传感器11之间的距离S 2 ,由 此求出管件8的回弹距离a=S1-S2,管件8在回弹前后,O点83与传感器11测点之间的距 离b是保持不变的,并且距离足够长,远远大于回弹距离,这样就构成了一个底边为a、腰长 为b的等腰三角形,此时图中的为管件8的回弹角度。 0042 然后利用几何原理求出管件8的回弹角度,如:根据余弦定理,在已知三角 形三条边的情况下,可求出cos=(b 2 +b 2 -a 2 )/2b 2 ,因此回弹角度=arccos(b 2 +b 2 -a 2 ) /2b。
24、 2 ;又如:cos=(b 2 +b 2 -a 2 )/2b 2 ,因此回弹角度=arctan(sin/ cos)180/。然后再根据这个回弹角度求出管件8的回弹率回弹角度/理想弯管角 度,使系统在下一个弯加工时根据这一管件8的回弹率进行回弹补偿,修正管形。本发明中 的几何原理并不限于本实施例中给出的优选方式,其他根据本实施例的优选方式进行几何 原理的变形均在本发明的保护范围内。 0043 实施例2: 0044 如图13所示,与实施例1不同的是,实施例2中的管形检测装置包括辅夹6以 及用来控制该辅夹6动作的第二伺服电机5,即直接利用数控弯管机1的辅夹6和第二伺服 电机5作为一种测量距离的传感器。
25、来检测管件8的回弹距离,第二伺服电机5的输出连接 到对检测信息进行处理的控制系统的输入,同时控制系统的输出与第二伺服电机5的输入 相连,对检测信息进行反馈从而通过第二伺服电机5控制辅夹6动作,其原理为:数控弯管 机1的辅夹6是由第二伺服电机5控制其在辅推夹紧臂上移动,一旦辅夹6受力,其对应的 第二伺服电机5的扭矩就会增大。 0045 利用这个原理,实施例2的检测步骤如下:首先主夹4和辅夹6依旧夹紧管件8, 此时辅夹6的位置记为A 1 。然后,松开辅夹6,使其后退至不与管件8发生接触后就停止, 这时候第二伺服电机5的扭矩接近为0,理论上此时第二伺服电机5的扭矩为0,但在实际 运作过程中摩擦力、受。
26、辅夹6和第二伺服电机5本身重力等因素的影响,因此此时第二伺服 电机5的扭矩接近0。与此同时,管件8的B段82发生回弹,待管件8回弹完成后,第二伺 服电机5控制辅夹6向防皱板3方向进给,接触到回弹后的管件8时,由于受到管件8的阻 力,第二伺服电机5的扭矩增大,并迅速将变化的信息传输给控制系统,控制系统发出反馈 信息让给辅夹6立即停止进给,此时辅夹6的位置记为A 2 ,辅夹的位置以A 1 为原始位置,根 据计算第二伺服电机5的转动圈数、单圈行程以及第二伺服电机5的正反转信号后对比位 说 明 书CN 104368632 A 5/5页 8 置A 1 获得。再通过比较辅夹6在夹紧管件8时和第二次接触管件。
27、8急停后两个状态下的 相对距离变化,即辅夹由位置A 1 移动到位置A 2 的距离为A 3 ,就可得出管件8的回弹距离a, a=A 3 。接下来回弹角度的计算、回弹率的计算等原理与实施例1类似,在此不再赘述。 说 明 书CN 104368632 A 1/5页 9 图1 说 明 书 附 图CN 104368632 A 2/5页 10 图2 说 明 书 附 图CN 104368632 A 10 3/5页 11 图3 说 明 书 附 图CN 104368632 A 11 4/5页 12 图4 说 明 书 附 图CN 104368632 A 12 5/5页 13 图5 说 明 书 附 图CN 104368632 A 13 。