用于收缩管壁的系统 本专利文件所透露的一部分包含受版权保护的材料，版权所有者不反对根据任何一种公开专利的方式复制，要象出现在专利商标办公室里的文件和记录一样，否则无论如何要保留版权。
【发明领域】
本发明涉及用于收缩和改变圆柱金属管形状的装置和方法。
发明背景
大多数罐子和容器都是根据特定的规则和标准来制造的，例如，美国机械工程师协会的锅炉和压力容器标准，美国运输部标准，美国铁路协会标准及其它类似的标准，为了满足这些标准，采用某些被接受了的方法来制造一些容器，对于厚壁容器、如金属管子之类的空心圆柱结构，其端部被收缩起来，以形成容器和罐子，如高压容器和灭火器。其中一种收缩空心圆柱结构的端部以形成高压容器的方法是转动圆柱结构、加热其端部且向加热了的端部施加压力，例如，美国专利2,699,596(Aronson)披露了一种加工气体压力容器地加工过程，它将一管子的侧面加热，且旋压金属从侧面到压力容器的底部。与此类似，美国专利2,408,596(Bednar等)披露了一种形成圆筒底部的方法，此方法是通过对一筒状工件进行喷灯加热、转动、和施压来完成的，压力是通过一沿拱形路径移动的工具施加的，美国专利2,406,059(Burch)透露了一种加工方法，此方法用来旋压一适合于闭合管子的端部的空心工件，其管子的端部是用乙炔火焰之类的加热方法来加热的，并通过一平面工具对管子的端部施加压力以使其闭合。Manfred Rngge在1994年的《Verlag现代工业》中的“旋压和流动加工”一文中披露了采用热旋压来闭合厚壁管子以制造高压气瓶的方法，在这样对厚壁管子进行热旋压时，他声称可采用感应线圈来预热管子，当进行旋压时，采用了气体燃烧器来补偿管子的热量损耗。同时也披露了采用型芯的冷旋压方法，这样的方法可用来制造大的薄壁容器的端部。
虽然可以采用型芯旋压来制造薄壁容器的头部(或末端)，但这样的容器端头必须互相焊在一起或焊到一管子上，以形成一闭合的容器，这是因为没有很好的方法从闭合的容器中取出型芯。进一步，在热旋压一大的薄壁结构时，相对比较大的表面积与体积之比会导致快速的热量损失，因此保持住温度很困难，还有，平行作用于薄壁管子表面的挤压应力可能使管子弯曲、折皱和失效，这是因为正的外压力会使表面弯皱，管子抵抗弯皱的反力是与一在管子厚度的2至3次方范围内的数成正比，这主要取决于沿管子的位置及其它因素，这样，折皱和弯皱是在制造薄壁容器中的严重问题，对厚壁容器有用的技术不适用于薄壁容器，没有型芯而通过旋压来制造这样的容器是很困难的。
最近，美国专利5,235,837(Wemer)披露了一种通过金属旋压操作来生产薄壁圆筒压力容器或罐的装置，容器的端帽是由一空心的薄壁工件加工而成的，成形辊子沿许多拱形行程路径移动，加工管件由加热喷灯来加热，通过成形辊子的运动、成形辊子施加到管子上的力和管子的温度的控制程序，来完成过渡区金属厚度的控制分布，此方法可使过渡区的厚度比较厚，从而使该区得到强化，此处所用的术语过渡区指的是容器的非圆柱形部分与圆柱形部分连接的区域。
遗憾的是，火焰加热会导致金属管子的氧化和损蚀，已经发明了用来减少在热旋压加工中这种损蚀的方法，美国专利3,594,894(Mayer Jr.)披露了一种用于生产一料盒的方法，此方法将一均匀的厚管料加热到稍高于材料的再结晶温度，并在模内加工材料，此模已加热到低于材料再结晶的温度。可以采用包含有感应加热线圈的加热装置完全包围管状材料的末端，且允许将温度控制在稍高于再结晶温度，采用一盘通过焊接封住料盒的末端。美国专利3,964,412(Kitsuda)披露了一在圆形生产线上的成形加工装置，此装置通过在一系列的工作站中顺序拉延工件来生产高压气体容器，工件装在一转台上，并采用一高频感应加热器在第一个停止位置后的停止位置上，或接着的仍可以拉延工件的任一停止位置上加热工件。
要获得均匀加热，特别是对于大容器是非常困难的，加热喷灯会将热量集中于火焰直接喷到之处，为了加热大管子，将需要许多喷咀(或喷灯)，这些火焰的重叠会导致过热和相邻喷咀的损坏，另外，由火焰喷咀暴露加热是低效率的，因为只有低百分比(5-10％)的能量被传递到工件上而其余的则消耗在四周了，如果采用更热的但少几个火焰喷咀，更热的温度会导致金属的加速损蚀，在另一方面，没有表明感应加热能够有效地加热用于旋压的大金属管子，特别是对于那些具有较大的直径与管壁厚之比的管子。
发明概要
本发明提供了一装置，此装置用于收缩金属管(或管件)的端部，以形成一具有外表面的拱形部分，此装置包括一使管子绕其轴线转动或旋转)的装置；一加热管子端部的可移动的装置；还有一成形辊压装置，此辊压装置包括一成形辊子，用来沿顺序接触线给管子的端部施压以逐渐收缩管子的端头，成形辊压装置的运动是与加热装置的运动是相协调的，此处使用的与加热装置有关的术语“可移动的”是指方位(即该装置朝向的方向)或该装置的直线移动位置，采用术语“协调的”来描述安排两个或更多的装置互相相对运动以取得理想的效果，装置以可变的协调的关系独立地被移动，即就方位或位置来说，此装置应不是刚性地束在一起的，术语“管子”包括其端部被收缩的管子，上述的管子在收缩之前是一普通的管状结构，在一优选实施例中，每一接触线具有一大致直的线段。
在另一方面，本发明还提供了一装置，此装置用于感应加热一管子的端部，其中其端部逐渐改变形状，此装置包括一用于加热的感应线圈装置，以及一用来移动至少是感应线圈的一部分的装置，使线圈适应管子变化的形状以加热指定的管子部分，感应线圈装置具有一感应线圈，它的方位和位置相对于管子是可以改变的以适应管子端部的形状。
本发明进一步提供了一种方法，用于感应加热一金属管子的端部，其中端部的形状逐渐改变，此方法包括：定位一具有感应线圈的感应线圈装置，使得感应线圈贴近感应加热的管子的端部；采用感应线圈装置产生一磁场；改变感应线圈相对于管子的方位，以便使线圈随着管子改变形状而适应管子端部的形状，因此感应线圈保持贴近管子的端部达到感应加热的目的。
在另一方面，本发明提供了一种方法，用于收缩一金属管子的端部以形成一具有外表面的拱形壁部分，此方法包括：使管子绕其轴线转动；加热管子的端部；以及给管子的端部施压以逐渐收缩管子的端部。压力是沿着顺序接触线施加的，其中每一接触线都有一段大致直的线段。
在本发明的又另一方面，随着管子逐渐改变形状，在管子的不同部分对管子端部的加热和施压是协调进行的，本发明还提供了采用上述方法制造的金属管子结构。
本发明还提供了一计算机系统，用于控制成形工具和加热装置以达到收缩转动管子的目的。该计算机系统包括：一接受输入参数的设备；一用于在输入参数的基础上计算成形工具和加热装置和方位和位置的装置，以达到随着管子改变形状使成形工具和加热装置协调运动及收缩管子的目的；一显示成形工具和加热装置的方位和位置信息的设备；还有一装置，采用电子方式将计算出的方位和位置传递到移动加热装置和成形工具的装置中。
本发明的装置和方法可以很方便地应用到制造如罐子和容器之类的圆筒结构，它们可以是厚壁的(有时称之为“厚壳”，即具有直径与壁厚之比D/t约为15∶1至50∶1，也可以是薄壁的(有时称之为“薄壳”，例如具有直径与壁厚之比D/t于50∶1，如大于100∶1)。
在以前的制造大(如直径大于12英寸(30厘米))容器的技术中，其头(即容器的末端)非常典型地通过冲压、在型芯上冷旋压或锻造的方法来分别制造，然后焊接到管子上，这样的方法是劳动密集型的，且由于在冲压加工后的碎料成了废料，因此比较浪费，进一步，若管子不是精确的圆形，它就不能与圆头相吻合，本发明排除了对冲压和焊接端头以及端头与管子的匹配方面的需要，因此减少了浪费和劳动，不象以前的加工技术需要将端头匹配到管子上，本发明的装置可以从长方形的金属板开始制造在某一范围内的任何尺寸的容器，可以采用本发明的装置和方法来制造各种形状(如圆的、椭圆的、锥形的、锥环形的及其它有关的对称形状)的容器，所以不需要不同形状和尺寸的管子和端部的存货。
在另一方面，与以前的旋压加工技术相比，以前的加工技术用来制造相对比较小的直径(如小于10英寸(25厘米))的厚壁容器，如高压气缸和灭火器之类的，其中其闭合的端部的壁厚要比筒部厚，本发明除了能够象以前的旋压技术那样制造圆筒结构外，还提供了制造大(如最好是直径大于16英寸(40厘米)，典型的应用在16英寸至120英寸之间的直径)薄壁容器。
如前所述，在制造大的圆筒结构时，保持旋压时的均匀高温是困难的，若用火焰喷咀(或喷灯)来加热，它们应该被安排和控制得使热量均布和减少火灾的危险及过热或热量不足，另一方面，我们发现感应加热尽管减少了火灾的危险，但不能简单地通过加大感应加热装置的尺寸来应用在大圆筒结构上。
因为薄壁容器会很快冷却，我们发现加热和成形必须同时进行，围在容器外围上的螺管线圈不能满足要求，因为这样限制了成形辊子接近容器的外表，我们发现可以采用更小的盘状的线圈且用在离成形辊子较远的表面区域，例如，成形辊子和感应加热盘状线圈可以置于旋压形状的反面，平面感应线圈(盘状线圈)必须大致平行和靠近被加热的表面，我们发现，为了提高加热效率，线圈的表面最好是离容器表面约0.5英寸之内，所以我们发现当加工容器且其形状改变时，移动感应加热线圈(如盘状线圈)保持靠近容器的表面对于加热容器及保持理想的温度是非常有效的。
另外，我们发现，突然变化曲率的表面用感应线圈是非常难以均匀加热的，特别是热量集中在这些曲率突然变化处会增加材料失效的可能，为了克服这些困难，我们研究出了旋压轨迹，使起始和终了形状中间的形状不显示出表面曲率的突然变化，这是这样来实现的，通过沿顺序接触线将成形辊子压在管子上，其中每一接触线上都有一比前一端点更远的近侧端点，术语“旋压轨迹”指的是成形辊子的路径，它引起管子的端部改变形状。
更进一步，我们研究出了一系列直线轨迹，它们整体成形一复合的曲面，例如一半球，这些轨迹被称之为“切向旋压轨迹”，因为每一直线成形路径是与理想的最终形状相切的。
这样，对任何直线路径，近侧(不远)起点的表面部分将被加工成与前次成形工具走辊的理想终了形状相匹配，如这里所采用的，术语“近侧”指的是向着管子中点的位置，而术语“远侧”指的是向管子末端的位置。更进一步，通过逐渐移动加热线圈，从而留下已被形成或“切向旋压”成的拱形部分，也就是采用顺序逐渐改变的旋压轨迹，其中每一轨迹都有一直线部分与拱形部分相切，因为局部加热而使过渡区失效的危险会进一步降低。
在切向旋压中，与直线路径的起点处较远的表面区是锥形的，就象以前的直线路径形成的一样，此锥形区有很多优点，它使曲率不发生突然变化，所以可能均匀加热以便能够进一步加工。
随着管子端部逐渐改变形状，加热线圈(即加热元件)和成形辊子的协调运动将允许端部的温度、形状和厚度受到控制。以事先确定的一套参数为基础，反馈控制利用连续监控的温度、力和转动速度数据以及成形辊子和加热线圈的位置和方位的数据，使本装置能够自动控制，以生产出具有拱壁端部的圆筒结构。
附图简述
参照附图，其中在几个视图中相同的数字代表相应的相同部件，其中图形没有按比例画以表示其细节。
图1是一本发明的装置的优选实施例的顶视图，有一管子装在该装置上；
图2是一本发明中带动管子转动的机构的正视图，给出了装在此机构中的金属罐子；
图3是图2所示的转动机构的侧视图；
图4是图2所示的转动机构的正视图，给出此机构详细的一部分；
图5是图3中的转动机构的一部分的侧视图，其中省略了一部分以表达细节，其中的支承柱以虚线表示；
图6是图4的装置中沿线6-6剖切的一部分的剖视图；
图7是图5的装置中沿线7-7剖切的一部分的剖视图；
图8是图1的实施例中的加热机构的侧视图；
图9是图1的实施例中的加热机构的俯视图；
图10是一表示本发明的感应加热装置的实施例的感应加热线圈结构视图；
图11是图10中的感应加热线圈装置的侧视图；
图12是本发明的感应加热线圈装置的另一个实施例；
图13是本发明的感应加热线圈结构的另一个实施例的示意图；
图14是本发明的感应加热线圈的又一个实施例的立体图；
图15是图1装置的优选实施例的成形辊子置放机构的俯视图；
图16是图15中的机构的侧视图；
图17是表示管子端部和在其上要加工的拱形的示意图；
图18是表示图1装置优选实施例中的成形辊子和管子端部的顺序接触线；
图19表示一通过辊压长方形金属板而成的筒状结构；
图20表示一适合用本发明装置加工的管子，其中有一焊缝；
图21A表示一采用本发明的装置收缩管子的端部而加工成的罐子；
图21B表示另一由本发明的装置加工而成的具有拱形壁端的罐子；
图22表示另一由本发明的装置加工而成的具有锥形端部的罐子；
图23A是一纵向剖视图，表示成形辊子相对于管子端部的方位和行走路径，其中成形辊子的转动轴线平行于管子的转动轴线；
图23B是一垂直于图23A的实施例的转动轴线的剖视图；
图23C是图23A中实施例的一侧视图；
图24A是一纵向剖视图，表示成形辊子相对于管子端部的方位和行走路径的另一实施例，其中成形辊子的转动轴线与管子的转动轴线相交；
图24B是一垂直于图24A中实施例的转动轴线的剖视图；
图24C是图24A中实施例的侧视图；
图25A是垂直于管子的转动轴线的的剖视图，示出另一实施例的成形辊子相对于管子端部的方位和行走路径，其中成形辊子的转动轴线虽然与管子的转动轴线不平行，但也不相交，而是在与转动轴线平行的一平面内；
图25B是图25A中的实施例的侧视图；
图26A是垂直于管子的转动轴线的剖视图，示出又一实施例的成形辊子相对于管子端部的方位和行走路径，其中成形辊子的转动轴线与管子的转动轴线不相交，而是在与转动轴线不平行的平面内；
图26B是图26A中的实施例的侧视图；
图27是示意纵向剖视图，表示了成形辊子相对于管子端部的方位和行走路径的又一实施例；
图28是一示意纵向剖视图，代表图1的实施例中的加热线圈和成形辊子与管子的位置关系，并给出了成形辊子顺序走辊的路径；
图29A和29B是部分纵向示意图表示了成形辊子的方位和成形辊子路径的端部位置；
图30A是一纵向示意剖视图，表示图1实施例中的成形辊子的代表路径；
图30B是一示意图(没按比例)，表示了成形辊子在许多顺序走辊中行过的路径；
图31是一示意纵向剖视图，表示了成形辊子的位置和管子的端部在各种代表性路径上的关系；
图32A和32B表示图1中的装置的控制系统的示意图；
图33A和33B图1中的装置的操作流程代表示意图。
优选实施例描述
根据本发明，如图1所示的优选实施例是说明本发明的装置的，在这个优选实施例中，随管绕其轴线转动，要被收缩的管子(或壳)的一端通过电感方法加热，采用一成形辊子沿着顺序的接触线给管的端部施压，每一接触线有一直线段，因此管的端部就逐渐收缩。
下列是一术语表及它们在这里的用法的简短描述。1.自由端或自由边——这是壳(或管)的边，它是加热区的一端，加热区的另一端是过 渡区。2.薄壳——一般是一圆柱壳，其直径与壁厚之比大于50比1，最好是大于100比1。3.厚壳一般是一圆柱壳，其直径与壁厚之比小于50比1。4.端头——端头是事先加工出的形状，传统的罐是将端头焊在罐的端部来闭合的。5.电感加热——用交变磁场来加热金属，这将感应出涡流电流，该电流以热的形式 消耗其能量。6.E-停止——紧急停止，这是某处出了故障，机器控制装置自动停止所有的机器操 作，另外，机床操作者可以手工启动E-停止，从人身安全的观点来看，E-停止是特 别重要的，例如在一程序的运行试验期间，一人可能把手放在机床的一个扭点上， 很明显，一旦发现这种情况，操作者要启动E-停止，另见E-返回。7.E-返回——紧急返回，这与E-停止类似，但是由于罐也许很热，经常需要将成形工 具和感应器从罐上撒离，这样，如果在旋压时某处出错，且这又不是人身安全的问 题，通常机器或机床的操作者需要启动E-返回而不是E-停止，另见E-停止。8.火焰加热——采用燃气/氧混合物通过喷灯加热的方法。 9.压力容器——封闭的容器(通常是金属的)，它能够在压力下容纳介质。10.型芯——一成型的芯子，顶着它旋压材料，型芯不用在自由空间旋压中。11.运动控制——采用可编程序计算机和元件操纵机械元件。12.直径与厚度比(D/t)——一壳的公称外直径与壳的公称壁厚之比。13.轨迹/过渡容器形状——由成形工具走出的程序化了的路径，及在旋压期间修正了 的壳的形状。14.拱形路径——曲线性质的轨迹和过渡形状。15.切线路径——其起点与被加工的端部最终期望的形状大致相切的轨迹和过渡形 状。16.椭圆头——一容器的头部，其轴向的轴线比径向的轴线短。17.半圆头——一容器的头部，形状为半圆。18.锥环头——一容器的头部，形状为圆锥形。19.不圆度——测得的最小直径与测得的最大直径之差。 20.无缝壳——一圆筒壳，它是由无缝管制成的。21.单端——通过旋压加工一次闭合壳的一端。22.双端——通过旋压加工同时闭合壳的两端。23.氧化火焰——具有较高的氧气与燃气比氧气过多)的火焰，它提高了火焰的温度。24.氧化——形成氧化铁的化学反应，在有过多的氧气的情况下氧化加速。25.节距——这是在旋压时成形工具在壳的每一转中的轴向运动，表过为英寸/转。26.弧长——一从起始成形点到壳的自由端的壳长，沿壳表面度量。27.热传导系数——加热部件所吸收的热能数量，作为一加热装置输出总热量的百分 比。28.应力消除——通过将材料加热到某一点使材料中的残余应力消失的工艺过程。29.螺线管——一个感应加热的螺旋形状的线圈，它绕在被加热的部件上。30.非螺线管——一感应加热线圈，它不完全包住被加热的部件，它有时被称作是 盘状线圈。31.PID控制——(此例积分微分控制)，一种常用的反馈过程控制器。32.PLC——一种可编程逻辑控制器，一般用来控制基于定时器和外部输入的一系列 机器事件。
参见图1，用于收缩管的一端的优选装置1有一使管子绕其轴线转动(旋转)的装置2，一对用来加热管的两端的装置4A和4B，一对用来使管7的两端部变圆的装置6和8，此装置向管7的两端施加压力以使管的端部收缩(如图1所示，装置6位于使管变圆的位置，而装置8位于使管收缩的位置)，这些装置固定在一公共结构上，如一平台或基础(没有表示出)，使得这些装置能够合作起作用，就象管弦乐的方式，以加热和收缩管的端头(就是端部)。
参见图2和3，用于转动管子7的装置2有一导圈10，管子穿过其中并与其固定在一起，所以当圈10转动时，引起管子7绕其轴线转动，此轴线最好是与导圈的转动轴线一致，导圈10由许多导辊支承，这些导辊固定在框架14上，导圈10的外表面上有压花面16，此压花面与驱动轮18接触，驱动轮18的轮缘(或外缘)与导圈10上的压花面16磨擦引起导圈随驱动轮的转动而转动，采用一驱动齿轮箱22的马达20并借助皮带24来带动驱动轮转动。
参见图4和5，导圈10的外表面上有槽26，用于接受导轮12，所以当带动导圈10转动时，导圈相对于框架14和驱动轮12保持轴向静止，导圈10有第一内部支承柱28和第二内部支承柱30，它们在导圈内表面上沿其轴线方向伸出，参见图6和7，一对第一支承柱28A和28B由许多螺钉32A、32B、32C、32D安装在导圈10上，第二支承柱30通过径向可调螺杆34A和34B安装在导圈上，此螺杆类似于螺栓的螺杆，径向可调螺杆34A和34B通过螺纹连接装在导圈上，因此当此螺杆相对于导圈转动时，它会根据转动方向沿径向向内或向外移动。
当一管子7装在导圈10内时，径向可调螺杆首先沿径向朝外移动，以允许管子穿过此圈，当管子位于导圈中的合适的轴向位置后，径向可调螺杆34A和34B相对于导圈快速沿径向向内移动，因此第二支承柱压住管子的外表面，这样管子7就固定地装在导圈10中了，导圈10、支承柱28和30及径向可调螺杆34的尺寸应这样来选定，当管子装在导圈10中时，使具有确定直径的管子7的转动轴线与导圈的转动轴线一致。每一支承柱都有一径向朝里的面层36，它与管子的外表面摩擦接触，表层36具有较高的摩擦系数，所以管子可以牢固地装在导圈内。
参见图8和9，给管子7的端部37加热的装置(例如4A)具有一机构，此机构用于至少在二维方向上移动加热元件，例如此机构能够在一三自由度的两维平面上移动加热线圈(通过下面的描述就清楚了)，加热元件38最好具有感应线圈装置，此装置包括有一个或更多由绝缘体40保护的感应线圈(图8和9中没有表示出)，如图8和9所示，加热元件38铰接在一可伸臂42上，因此加热元件38可在水平面内转动，此水平面平行于(基础和管子7的轴线)，带箭头的线A表示出了加热元件绕铰接中心的转动。
可伸臂42具有第一部分44和第二部分46，它们一起形成动连接，这样可伸臂的整体长度可以通过使第二部分相对于第一部分移动来伸长或缩短，所以加热元件至管子的距离可以变化，采用一马达54来实现第二部分46相对于第一部分44的运动，可伸臂的第一部分44和第二部分46最好是通过导轨50形成滑动连接，且马达54驱动一机构从而带动第二部分46沿着第一部分44移动，带箭头的线B表示了可伸臂的伸长和收缩。
一第二马达48通过一可拉伸轴52与一直角齿轮箱机构61形成动连接，以带动位于可伸臂的第二部分末端的加热元件38绕其铰接中心转动，第一马达54、第二马达48和可伸臂42的第一部分44安装在安装柱56上，此柱安装在基础58上，最好是在安装柱初装时，将安装柱56调整得垂直(也就是与加热元件绕铰接中心转动的平面相垂直的方向)，因此加热装置位于正确的高度上(加热元件的中心线与壳的中心线在同一水平面上)，以给管子7加热，另外，可以采用一在装置运转期间可以垂直调整的安装柱56，安装柱56通过铰接装在基础58上，采用一第三马达60来驱动安装柱56的运动，因此可伸臂42可以在一平面内摆动，此平面与垂直轴线相垂直，(也就是与加热元件绕铰接中心转动的平面平行)，带箭头的线C表示了可伸臂绕铰接中心的转动，通过控制安装柱绕铰接中心的转动、可伸臂的伸长、加热元件绕铰接中心的转动，加热元件就可以精确地置于贴近管子端部表面的理想位置上以感应加热，即使是在端部逐渐变形的情况下仍能这样，如下所述，这些马达是由计算机控制的，以给成形工具提供协调(或协作的)运动。
参见图10和11，加热元件的加热线圈及绝缘体40是由一铰接支承臂62支承的，如上所述，此臂又铰接在可伸臂42的第二部分46的端头上，加热元件是弧形的，一感应加热线圈64装于绝缘体40的带凹槽(是顺着加热线圈64内凹的)的面内并朝向管子，这样，包括感应加热圈64的加热元件38有一内凹的表面66，以便贴紧管子的外表面，如实施例所示，感应线圈64具有螺旋结构且其外观为一盘子，应该明白，带凹槽的表面可以是盆形的，或碗形的及其它类似的形状。
参见图12，另外，感应加热线圈64的螺旋线可以绕成外观为一正方形盘的形状，而且此正方形的螺旋加热线圈要做成具有一内凹的表面以贴紧管子的外表面。
图13给出了另一种加热元件的实施例，它有许多感应线圈，且其中每一个线圈可以相互独立地沿大致垂直于线圈平面的方向移动或转动，例如，再参见图8和9，每一个线圈都可以由可伸臂的第二部分46铰接支承，有许多第二部分46，每一个支承一线圈，且它们都与可伸臂的公共第一部分44形成滑动连接，这样，这些线圈可以移动成一形状，此形状对应于在旋压过程中管子变化的形状。
图14给出了加热元件38的另一个实施例，在此实施例中，感应线圈装置是铰接的(也就是，两个线圈这样来安装，它们可以通过一个或多个铰销70互相相对运动)，图14中的实施例中，在绝缘体40A和40B上装有两个感应线圈64A和64B，此两绝缘体相连接在一起，但线圈不连接，另外，感应线圈64A和64B可以连接在一起使互相相对铰接中心转动，一般地，如图10至14所示的加热元件具有的线圈不是螺线管状的，这种非螺线管状的线圈是相对平的且为弓形结构并提供了一凹面，所以这种线圈更适用于贴近管子的外表面，应该明白，由于是靠磁流来感应加热的，所以在感应加热线圈之间可以置入绝缘体，且感应加热还照样可行，绝缘体可以用隔热隔电的材料来制造，如陶瓷或耐火纤维或其它类似的材料。
再参见图1，一对成形辊压装置6和8用于向管子7的外表面施压，成形辊压装置6和8中的每一个都有一成形辊子，它装在轴上且可以转动，此轴牢固地装在辊子支承臂上，参见图15和16，并考虑以成形辊压装置6为例，辊子支承臂72是铰接在第一支架74上，在第一支架74上有一驱动连杆76(可沿箭头G的方向移动)以带动在第一支架上的成形辊子支承臂72绕其铰接中心转动(如箭头D所示)，所以成形辊子支承臂可以在一平面内摆动，此平面与垂直轴线相垂直(也就是与管子的轴线平行)。
第一支架74装在第二支架80上且可以移动，所以第一支架可以由马达82驱动而相对于第二支架运动，此运动沿着与管子的转动轴线平行的方向(如带箭头的线E所示)，第二支架又装在基础上且可以移动，因此当它由第二马达84驱动时，它便沿与管子的转动轴线垂直的方向顺着基础移动(如带箭头的线F所示)，第一个支架74、第二个支架80和成形辊子支承臂72相互之间的相对运动，使成形辊子78能够精确地置于管子的外表面上，即便是管子的端部37从一圆筒形变成一收缩了的具有一拱面的形状时也是如此，这样，成形辊压装置可以得到精确的控制，例如由计算机来控制，以使该装置给管子的端部施加压力从而形成一理想的拱形壁部分，应该明白，支架和连杆还可以采用其它的方式安排(例如采取非垂直的关系)，以为成形辊子提供具有三自由度的二维运动。
两成形辊装置6和8中的每一个最好是都能执行两个功能——变圆和收缩，成形辊子可以置于管子的端部37的外表面上，且当管子被感应加热和旋压时，可以从管子轴线起的一固定径向距离沿径向移动，这样，管子的任何非圆度(就是非圆柱度)误差，随着管子的旋转及由成形辊子向其施加压力而被消除，当以这样的方法使轴的端部37变圆后，然后使管子收缩，这是这样来实现的，通过进一步驱动成形辊子装置6(或8)以移动成形辊子78在近侧和远端间的顺序路径上以相对于管子朝端点沿径向向里及朝端点沿径向向外的方式移动。
在另外的实施例中，采用第一辊压装置使管子变圆，此后采用另一成形辊压装置形成拱壁部分。装置的使用
在使用中，如图1所示的说明本发明装置的优选实施例中，当端部加热时(最好是感应加热)，沿着顺序接触线向管的端部施加压力，每一接触线最好是都有一直线部分，靠移动成形辊压装置通过这样顺序的接触线而给管子的端部施加压力，可以使端部逐渐收缩而成为一拱壁部分，这样，管子的端部就可以缩成一比未缩管端口窄的开口，或在管子上形成一完全封闭的端头。
参见图17和18，本发明特别适合于用来收缩具有较大的直径与厚度比(D/t比)(如如D/t比大于50∶1的薄壁管子的端部，例如管子的端部可以缩成一拱形的闭合端(由曲线86所示)。
参照图18，管子的端部被加热且被施压以形成拱形的部分，压力最好是沿顺序接触线88A、88B和88C等等施加，每一接触线都有一直线段与最终的拱形部分86(就是设计的形状)相切，进一步，这些直线段中的每一根都在该线与拱形薄壁部分相切的点的远侧，所以，随着拱形薄壁部分86的逐渐形成，感应加热和施压的位置逐渐沿径向朝里且沿拱壁部分的拱形朝远侧的方向移动，随着拱形薄壁部分86的逐渐形成，端部没有形成拱形的部分成为了一锥形结构，拱形的特别是管块形的加热元件方便了将加热元件置于靠近端部的锥形部分。
现在参照图19，管子(就是用来形成收缩端的管子)可以通过辊压一金属板使其成为一普通的圆筒形状，得到的圆筒有一接头(或未连接的缝)90，在此处金属板的两条边92A和92B相遇，一焊缝94可以通过沿接头90焊接而封住(如图20所示)，通过使用本发明的方法和装置，可以收缩管子的一端或两端，例如使其封闭而形成一椭圆形的拱壁部分86A和86B(如图21A所示)，拱壁部分的曲率可以通过修正顺序接触线的位置和角度来改变，一个罐子就是一个例子，它具有相对圆的(半圆)端头96A和96B，它们可以根据本发明来加工，如图21B所示，一具有锥形端头的罐子(97A，97B)(如图22所示)也能用本发明的方法和装置来加工。
在操作中，一要收缩其端头的管子7穿过且固定在导圈10中，通过将径向可调螺杆34A等拧入导圈，使第二支承柱30(见图7)顶住管子的表面，这样管子就被牢固地约束在导环中，所以管子和导圈一起转动，当导圈由与其压花面相接触的驱动轮18带动而转动时，管子也随导圈(在相同的转动轴上)转动。
参见图1，要加工出拱壁部分的管子7的端部37被加热，最好是由感应加热机构加热，随着管的端部被加热，管子也被带动转动，如前所述，成形辊子78以预定的径向距离沿与转动管子轴线平行的方向径向移动，以使管的端部变圆。
接着，当在离管头一预定距离的管的端部37的一处加热时，随着管子的转动给管子的端部施加压力，成形辊子78沿着第一根接触线移动，第一根接触线与初始的管壁是不平行的，且有一直线段，它与初始的管壁相交而与管的圆筒壁形成一很小曲率(就是一角度)，沿接触线的成形加工导致一面向管子自由边的锥形部分，直线段最好是大致与上述的交点的曲率处相切，应该明白，当把成品的拱形部分作为一个整体来考虑的话，这相切现象是宏观的现象，微观地说，若每一次走辊都单独进行，则直线部分就可能与拱形部分不绝对相切。
参见图23A-C，其中给出了一成形辊，其转动轴线与管子的转动轴线平行，接触线88A、88B和88C等不在圆柱管及成形辊的表面上，而是与管7的转轴98成一空间的关系，在图23A-C的实施例中，成形辊78的转动轴线是与管子的转动轴线平行的，成形辊从一预定的起始端点到一预定的结束端点，沿接触线(例如88B)沿径向朝里并朝管的远侧端头的方向移动。
当成形辊走到了第一根接触线(如88B)的末端时，它就沿径向向里移动，然后沿第二根接触线(如88C)返回到一位置，此位置相对于第一接触线的近侧起始点稍偏向远侧且稍沿径向向里，选择第二根接触线，使其离端部自由边较远的端点在最终拱形上，且相对于第一根接触线沿径向向中心且偏向远侧，类似于第一根接触线，第二根接触线也有一直线段，它与要形成的拱形(即最终形状)大致相切。
进一步，随着加工拱形，加热机构的加热元件也移动，以与成形辊子的运动协调，所以感应加热线圈保持靠近管子端部的表面，最好是对于每一顺序接触线，加热机构的加热元件也移动，致使感应加热线圈逐渐沿径向内移且偏向远侧，因此被加热的部分逐渐离开拱形开始形成的部分，被加热的部分受当前切点和管子的自由边约束，以这种方式，通过逐渐给管子的端部加热和加压而形成了拱壁部分，因此感应加热和施压的部分逐渐离开，并留下了在加工过程中已被加工成的理想拱形。
若需要的话，可以制造一带有锥形端头的管子(如图22所示)，为了实现这一目标，要选择起始管子和输入参数，以便当旋压管子时，受到成形工具沿接触线的直线部分挤压的管端部自由边合到一起形成一熔合头。
当管子受到旋压时，因为一大直径结构(即管子)中的金属材料被迫成为一小直径结构(即圆锥形状)，金属被迫延伸其弧长，这样当管子的端部被收缩时，金属连续地向管子的自由边移动，基于管子的厚度和半径，通过仔细选择优化参数，其中包括那些涉及到成形辊沿接触线行走路径的参数，金属就可以被移到管子的端部，因此加工出的拱形部分相对具有均匀的壁厚，与管子的壁厚相似。一般地，拱壁部分的厚度增加量与传统的热旋压加工(如Runge所描述的)相比要小得多，这能够通过对一些参数的连续监控来实现，监控的参数有如温度、力、管子转动速度，以用来反馈控制加热元件和置放成形辊子的运动协调，这样，管子的端部就可以被收缩(例如闭合)如图23A-C所示，参照如图24A-C所示的成形辊结构的另一个实施例，成形辊78的转动轴线100与管子的转动轴线98在成形辊子的远侧的一点相交。
另外，成形辊的轴线还可以与管子的轴线不在同一平面上，最好是成形辊子的转动平面与接触线的直线段成一非垂直角度，所以由成形辊子施加在管子端部的压力有一分量使金属向管子的自由边移动，这样，在这些另外的实施例中，成形辊子相对于管子是“相错”的，采用一相错结构，管子端部和成形辊子之间在转动期间的摩擦作用进一步加强了推动金属沿径向朝中心并偏向远侧朝管子的自由边移动。
例如，在如图25A-B的实施例中，成形辊的转动轴100不平行于管子的转动轴线98，但是它在一与管子转动轴线98平行的平面上，所以不与轴线98相交，图26A-B给出了另一个相错的实施例，在这种情况下，成形辊的转动轴线100不与管子的转动轴线98相交，且也没有与管子的转动轴线98平行的平面以使辊子的转动轴线在其平面上。
参见图27，另一个实施例采用一圆柱形辊杆102以沿接触线施加压力，在这个应用中，辊杆102的转动轴线104与接触线的直线段平行，一般地，辊杆102不沿接触线的直线段相对于管子的端部移动，但是，在图23至26的实施例中，通过逐渐连续地向近侧和沿径向向中心并以拱形的样子移动辊杆，从而调节顺序接触线之间的间隔，这样一直线段与上一接触线相比更加沿径向向中心并更偏向近侧，这是通过圆柱辊杆102的连续运动来实现的，与此相比，成形工具78是离散的轨迹。协调运动
如前所述，随着转动圆筒结构(管子)，加热元件和成形辊子协调地移动，以沿径向朝中心且偏向远侧旋压圆筒结构端部的金属，参照图28，感应加热线圈64(或感应器)位于靠近管子7上受压的部分，最好是使线圈64转动或定位在离上述管子部分表面约半英寸处，为了便于热量均匀分布在金属受到旋压的端部，感应线圈最好是放在与朝向管子自由边108的直线段106稍偏离平行位置一点形成一约为4°的角度，如114所示)，感应线圈64的外端109最好是通过管子的自由端以形成外悬110，令人惊奇的是，感应线圈的外悬和过度的转动所形成的不平行结构，与平行的结构相比导致了温度更加均匀分布。
成形辊子的路径与理想的拱形成一切点，例如在图28中，路径n与拱形在切点115处相切，且路径n+1与拱形在切点117处相切，参见图29A和29B，当成形辊子经过一路径与管子接触时，成形辊78的位置相对于靠近成形辊与管子接触的轮缘(或外缘)的参考点而确定，一般对于一具有圆弧截面接触面的成形辊子78，参考点是在圆弧的中心(图29A中的116，图29B中的118)，这样，从中心到圆弧的距离称作为“鼻子半径”，但是参考点的位置可以任意选定，只要此位置可以精确地用数学方式描述，从而可以确定成形辊子的位置。
一般地，为了与操作者交互工作，象在产生机器控制程序的主程序(MAIN程序)中，成形辊子的位置相对于管子来描述，例如，坐标系(容器坐标系)的原点是转动轴线与一通过凸出部分的起点124且垂直于转轴98的直线的交点，为了实现控制，将这些坐标从容器坐标系转化成根据机器原点(机器坐标系)定义的一组坐标，此原点不是在管子上而是在机器硬件上。
沿着端部表面从拱形起点124到自由边108的弧长 随着每一次走辊而增加，这就导致了管子端部有一伸长量(图28中的130)，这里所用的术语“伸长量”指的是在第一次走辊之前的起始弧长与任何给定的走辊次数后的弧长之差。
参见图30A-B和图31，其中给出了一路径相对更加详细的部分，一轮状的成形辊子在加工一四分之一椭圆截面的拱形端部时行走在此路径上，一成形辊子78上的固定点(例如圆周的半圆弧截面的中心116)所走出的路径伸过预定的自由边的位置(如108N)一叫做“附边”的量，(还表示在图28中的132)，此量包括了任何计算和实际弧长之间的误差，当管子收缩到接近闭合点时，为了防止接触不采用伸过管子自由边的方法，否则就会与成形辊子的运动相干涉，而是当成形辊子在附边的位置时，将感应线圈置于靠近自由边且与成形辊之间有一间隙，如图28所示，附边在整个旋压过程中对于各接触线相对保持常量，一般地，对于一直径是16英寸而壁厚为0.125英寸的容器，我们使用约0.15英寸的增量和约0.25英寸的附边。
参见图28，当转动管子且成形辊子78(例如一轮状的辊子)在沿各接触线顺序走辊而给管子的端部施压时，感应加热线圈随着成形辊子的顺序走辊而协调运动，换言之，感应线圈的运动滞后于成形辊子的运动，例如，成形辊子78沿路径n行走到管子的自由边，然后沿径向向中心到达第n+1次走辊时的一位置，然后沿着路径n+1沿径向向外行(要详细了解，见图28和30B)，当成形辊子78完成走辊路径n时，加热线圈被置于n位置且有一过度转动量(用114代表)，当成形辊子78完成走辊路径n+1时，加热线圈被移到一新位置n+1且有一过度转动量。
参见图28，增量112为路径n和路径n+1之间的距离，此距离是在管子的自由边，沿垂直于路径n的直线段的方向测量的，用于下次走辊(如n+1次走辊)的临时点111(是一计算的中间点用以估算弧长)位于离第n次走辊为一增量距离处，然后计算第n+1走辊的直线部分的一点117，所以由这一点和临时点所确定的是一与理想的拱形结构相切的线，第二点113是通过从点117延长这一大致直的直线段一计算量以包括弧长，及包括预计的外伸量和附边，一般地，增量的值越少，最终产品的拱形就越光滑，此增量值的选择受操作约束影响，如时间、管厚、温度和成本。
参见图28和30B，在操作中，感应线圈64在第n次走辊完成后被移到一靠近壳的形状的位置(图28中的64)，这是发生在成形辊子78刚离开路径n(图中88N所示)后，如前所述，感应线圈64最好伸过管子的端部的自由端以形成一外悬110，所以成形辊子所走过的管子的整个长度都可以被感应加热，这便于通过成形辊子沿靠近管子自由端的接触线旋压金属。
在另一情况下采用一圆柱辊子(一种辊柱类型的辊子)，圆柱辊子在一拱形上沿径向向内且象一连续体似的摆过，在这种情况下，管子端部的自由边连续地移动，而增量可用长度/时间的单位来表示，在这种情况下加热线圈也能协调地连续移动。装置的控制
如前所述，本发明的装置可被自动控制，参见图32A和32B，装置优选实施例的控制系统包括一主控制系统，它协调装置的整体运作，其中包括材料输送、冷却、感应加热和管子的转动，在此示意的优选实施例中，信息在主控CPU(中央处理单元)140和加热装置之间传输，两套感应加热线圈142A和142B(对应于管子的两端，一左边加热线圈142A和一右边热线圈142B)中的每一套分别由感应加热电源144A和144B供电，在每一套中，信息在感应线圈电源144A、144B和一PID(比例积分微分)温度控制器之间传递，此温度控制器用来控制供给加热线圈的供电量，由非接触式温度传感器148A、148B所测得的数据被传送到PID温度控制器146A和146B，信息也在PID温度控制器146A、146B和主控CPU140之间传递，以整体控制加热线圈142A和142B的能量输出。
采用可编程逻辑控制器148(PLC)来控制材料输送部分150、冷却系统152和各种输入输出元件154，信息在这各系统、部件、可编程逻辑控制器148和主控CPU140之间传递。
用于旋压管子的转动操作是由一运动控制处理器160所控制，此处理器控制一可变速交流电机控制器162，交流电机控制器162与一驱动容器的主电机164(用来驱动导圈的电机)通讯，运动控制处理器160也与主控CPU140通讯，在图32B中，点A(圈上的A)代表一CPU140和一运动控制处理器之间的连接点，有许多电机166A-L驱动加热线圈和成形辊子的运动，电机166A-L中的每一个都与一伺服电机驱动放大器168A等通讯，此放大器又与对应的运动控制处理器160通讯，运动控制处理器160又与主控CPU140通讯，以提供给装置各种特征的运动，以这种方式控制的电机包括左成形工具(成形辊子)直移轴线1的电机166A、左成形工具直移轴线2的电机166B、左成形工具转动轴线电机166C、右成形工具直移轴线1的电机166D、右成形工具直移轴线2的电机166E、右成形工具转动轴线电机166F、左加热线圈转动轴线1的电机166G、左加热线圈直移轴线电机166H、左加热线圈转动轴线2的电机166I、右加热线圈转动轴线1的电机166J、右加热线圈直移轴线电机166K、右加热线圈转动轴线2的电机166L。
参见图33A和33B，当本装置被用来收缩一管子的端部时，使用者(即操作者)将信息输入到控制系统(即主控CPU)中，方框200表示输入步骤，此信息包括要加工的薄壳件的技术参数(如管子的直径及壁厚，加工完后罐子的拱形部分的形状和尺寸，拱形部分的厚度，要加工的端部的原始长度和位置等)，及加工技术参数(包括管子要加热到的温度，由成形辊施加在管子上的力的极限，管子转动的速度等)，进一步，还要确定要使用的成形工具的类型，基于所输入的信息，中央控制CPU计算为了加工出要求的罐子装置各部分的运动(计算部分由方框202表示)，若要采用一轮状的成形工具，基于给定的增量值，计算出一套中间罐子形状，类似地，若采用一辊柱类型的圆柱成形工具，尽管圆柱成形工具是连续移动的，但是可以基于给定的增量计算出在离散时间间隔上的中间拱形形状，采用一套数学方程式来计算成形工具的位置和运动以及感应加热线圈的位置和运动，从计算的成形工具和感应线圈的位置和运动，可以通过计算预测出成形工具和感应线圈的干涉位置，从而通过修正线圈的位置来防止。
进一步的信息如全部循环时间和为形成最终形状所需要的走辊次数也要计算出来，然后关于预测的加工特性的信息和用户输入的数据一起显示在显示单元上(如打印机、绘图机及显示在阴极射线管屏幕上)，如方框204所示，用户基于所显示出来的信息，决定是否有必要进一步修改输入数据，若需要则加以修改，运行的软件将计算的运动数值转换成机器要求的运动控制语言，以通过各个机器运动控制器来控制装置的各部分(方框206和208)，若用户满意预示的结果，则用户将程序载入主中央处理器，来自机床运动控制器的信息又转到一相应的机床图形显示器以便用户观察(方框210)，若用户对至此的结果不满意，用户可以进一步修正输入信息以改变加工过程。
此时，实现了用户操纵容器旋压过程(包括加热、管子转动、以及加热装置和成形工具的协调运动)(方框212)，因生产过程是被监控的，如果检查机器故障，生产过程就被中断，以给用户机会修理故障，然后生产过程可以继续进行直到得到最终产品，即其端部有一拱形部分的容器(方框214)，基于最终产品，若需要输入参数可以被进一步修正，以在下一次运行时得到更好的产品(或一不同几何形状的产品)。
应该明白，重复的参数输入、显示和转换成控制语言的顺序是灵活的，例如，输入参数、计算和计算信息的显示可以重复进行，直到操作者满意后再将信息转换成为运动控制语言。另外，也可以在每次参数变化和计算后都转换成运动控制语言。
输入参数、加热装置和成形工具的运动计算、转化成运动控制语言、执行收缩管子的旋压过程这一整个过程可以由一台计算机来完成，在这种情况下，用于传递计算信息到控制加热装置和成形工具的装置之装备可以简单地为输入输出接口、电缆和相关的设备。另外，数据输入、计算运动和转换成运动控制语言可以在一台计算机上完成，然后传递到第二台计算机以执行旋压过程，例如，这可以这样来完成，先从第一个计算机上将运动控制语言信息装到一磁盘上，然后在从磁盘上取出此信息并传递到第二台执行的计算机上，以操纵成形工具和加热装置，另一种方法是将两台计算机连网，所以计算的和转换的信息可以从第一台计算机传送到第二台计算机。软件
本发明的装置中所使用的软件采用输入的参数并计算加热装置和成形辊压工具的位置和运动，采用传统的设备将输入参数送入计算机，如键盘、指针装置(鼠标)、接触屏以及类似的设备，输入参数和计算的参数最好是在阴极射线管屏幕上显示出来，以供操作者检查和修正，计算机也使用传统的电子设备来传递信息到驱动加热装置和成形工具的装置。软件——输入参数
如前所述，软件采用输入数据来计算和操纵旋压工作，典型的可以输入的参数(数据)包括如下：
a)要制造的容器数；
b)壳件的外径；
c)壳件材料的厚度；
d)理想的容器整体长度；
(1)这是从一个顶端到另一顶端的最终长度尺寸，是沿容器的轴线测量的，值得
注意的是，随着旋压的进行，一般弧长增加而整体长度减少。
e)理想的端部几何形状；
(1)开口的直径，如果有的话；
(2)两端的理想形状(可有也可无孔、拼接等)，端部可以是不同的。
a)半球形；
(b)半椭圆形；
(c)圆锥形；
(d)环锥形；
(e)准球形；
(f)复合形；
(g)特殊性能：圆整壳(壳的修正)，偏置等；
(h)非同心形状；
(i)用户定义的任意形状。f)线圈尺寸；
(1)线圈的宽度及其它可能影响线圈和其周边的装置相互作用或相互干涉的尺
寸。g)成形工具形状； (1)在确定轨迹数据中采用定义成形工具的尺寸。h)线圈连接距离； (1)线圈与被加热面之间的间隔距离，以取得最优的能量传递而保持足够的分离
距离以允许存在任何壳的不平度或不圆度(避免相撞或发生弧光)，见图28。i)线圈过度转动； (1)我们发现如果使线圈与被加工表面的部分平行，就可能使温度不均匀分布，线
圈相对于此表面稍转动一下一般会使温度均匀合理地分布，这稍微转动的偏差就
称之为过度转动，见图28。1)线圈外悬；
(1)这尺寸表述了超过壳件自由端的线圈的外伸量，是与被加热的表面平行测量的，
我们发现为了保持在壳件的自由端的温度均匀分布，需要一定量的外伸量，见图
28
k)线圈-成形工具的分离距离；
(1)这是最小的允许的距离，以防止物理接触和电干涉，并在定位装置内允许存
在任何误差量，这种情况可能会在加工即将要完成之前。
1)附边；
(1)这是加在计算轨迹路径上的一距离增量，以允许存在微小的壳的实际中间长
度与计算长度相比所出现的误差，此误差可能是因为微小的温度差或厚度变化等
所造成的。
m)增量；
(1)这是在顺序经过的路径之间间隔的度量，它是沿垂直于当前路径的方向且在
预计的壳的自由端位置处测量的，把这一增量作为一向量加在该位置上，新的位
置就在下次经过的路径上，通过该新位置的切线就定义出了下次经过的路径的方
向。
n)进给速率；
(1)这是成形工具沿着它的路径的理想速度。
o)壳件每分钟转数；
(1)这是壳件的转动速度，为每分钟转数。
p)温度范围；
(1)我们定出了一范围，因为我们发现如果温度太低则容器容易起皱，若温度太
高则可能其结构失效。软件——导出的加工变量
基于输入的数据，软件计算所要求的运动和相关的导出加工参数：a)基于弧长伸长量，计算所需的壳件收缩量/长度：
壳件的整体长度在加工过程中变短，但是壳件的弧长增加，此弧长是沿壳的表面量得的长度，弧长的增加量被称为壳件的“伸长量”(见图28，图28中的起始长度在由累积的伸长量增加后正好等于理想端部形状所要求的弧长)，我们发现可采用一简单的幂定律来近似估算所测得的弧长伸长量，我们发现合理的近似计算是：对于一全封闭的椭圆头，壳的弧长外延约为半径的0.2倍。对于中间形状的弧长伸长量可估算为与下式成比例：常数×半径×(((以弧度表示的角度)×(2/π))P)，其中半径是起始管子的半径，角度是转动轴线和切线之间的夹角，对于一开口壳其角度为0，而对于闭合的壳角度是(π/2)，而P在0.5至1.0的范围内，常数的值近似为0.2，但随温度、端部形状和材料的厚度的不同而稍有变化。所要求的初始壳件长正好是过渡区之间的理想长度外加端部形状的弧长并减去两端壳件弧长伸长量。b)计算成形工具轨迹。
(1)计算成形工具轨迹：基于三角学，计算成形工具的轨迹，(接触轨迹也就是希望是主旋压运动的任何运动，即以足以使壳体变形的方式接触壳件。)我们给计算轨迹加上了一额外的叫附边的长度(典型的是0.25英寸)，以允许在这近似计算中存在任何误差。
(2)计算过渡运动：计算将成形工具从接触轨迹的末端移到下一轨迹的始端的过渡运动(圈30B中的89)。
(3)确定每分钟转数和进给量。c)计算线圈轨迹(在其上加热和旋压协调进行)。
(1)计算要加热的区域；
(2)随从成形工具，
(a)在一成形辊子的情况下，一旦成形工具完成了前一次走辊时，线圈就移到下一
位置以加热壳体，这就是我们说线圈随从成形工具的意思。
(b))在成形柱的情况下(图27)，随着壳体改变形状，线圈将连续移动。
(c)如果移到计算位置时，线圈将与成形工具产生实质性的干涉，那么计算的位置
就要修正以避免干涉。
(d)加热线圈和成形工具的运动必须是同步的，这可以采用各种控制语言以不同的
方式来实现，经常是，计算机可以产生同步点以迫使所有单独控制的运动轴线在一
个特定的运动完成后同步，另外，运动也可以由一实时钟来协调。d)计算导出信息，如全部循环时间，走辊的次数(在成形辊的情况下)，多少次走辊后就要与线圈干涉等。软件——图形显示a)通过选择这一条，操作者可以有选择地显示接触轨迹、成形工具的中心跳跃，在路径端部的成形工具、理想的最终形状、实际的最终形状、容器的中间形状等等，进一步，还可以选择显示用于表示轨迹和路径的中心线、坐标轴刻度及网格，在显示菜单下，还可以选择如屏幕重画和清屏之类的子菜单，以重画显示和清除显示。软件——后处理器
后处理器将操纵设备的指令转化为设备指定的运动控制语言：a)将动态信息转化为设备指定的运动控制语言；
(1)例子：产生RS274标准的CNC(即计算机数值控制)编码，以用于典型的CNC控制
器。b)将过程控制参数转化为设备指定的过程控制语言；c)产生用于运动控制和PLC的机器控制软件。
(1)软件产生软件(即程序产生器软件产生机器控制软件—是为特定目的而编写的
编译器以用于单个或多个处理器互相作用以控制所有的加工要求)。
(2)基于传感器的反馈，对上述的任一个进行实时修正。
(3)支持E-返回—不光是E停止见(见前面给出的术语)。
(4)允许用一单个成形工具旋压几乎任何形状。软件——示意流程表示
在输入所有必要的参数并由计算机进行计算初始化后，当操作者对显示的信息满意后，操作者就可以执行旋压加工，如图33A和33B所示，图33B更详细地给出了在输入参数的基础上执行旋压加工计算的流程，参见图33B，方框200代表输入参数(见图33A中的方框200)，在输入参数的基础上，计算理想的最终拱形的弧长(AL)(方框220)，在理想最终形状的基础上，计算伸长量(Ext)的预先量(方框222)，在计算完最终弧长和伸长量后，用下列公式来计算收缩量(SB)：
SB＝AL-Ext收缩量表示自管子自由端的距离，需要在该处开始最终的拱形以得到理想的最终形状，见方框224，然后计算一组切线(方框226)，为了确定这些切线，就要计算起点和终点以及成形工具的行走速度，以给定的增量、附边的值及一计算局部伸长量的公式为基础，每一条路径的切线都可以计算出来，例如，第一条切线由在管子的收缩位置处一端点确定，另一端点在离管子的转轴一个半径距离且超出自由边一个附边距离的那一点处，在选定了切线的方向和成形辊的运动速度后，切线被转化成机床坐标，以选定的增量数值(即输入量)为基础，计算靠近管子的下一个自由边的一监时端点，以理想的最终形状和监时端点为基础，计算理想的最终形状的切线位置，然后考虑到估计的局部伸长量，计算此切线的最终(即从临时端点调整后的)端点。加上附边的长度以估算成形辊的直线路径，这在前面切线段的基础上计算切线的过程重复进行直到(1)金属部分已被加工完，(2)已没有切线可计算，即已加工成最终的理想形状，或(3)估计的成形辊子的路径已过量地走过了转动轴线(因为增量和附边)。对应于预估的成形辊子从一条切线走到下一条切线(即在两成形加工路径之间)时成形辊子上的参考点的运动被称之为成形辊子中心跳跃(图30B中的89)。
以进给速率和选定的切线方向为基础，可以估计成形辊子运动的时间(方框228)，然后将切线的位置转换成机床坐标(方框230)，计算一定点(如成形辊子鼻子半径中心，图29A中的116，图29B中的118)相对于切线的位置，然后加上偏置并采用比例系数以得到在机床坐标系中它们的坐标。
然后，计算与成形辊子的运动协调的感应加热线圈(或感应器)的位置，感应器的截面线位于离切线一定距离处，感应器的位置按数学计算伸过一管子的自由端以确定一外悬值，然后转动加热线圈的位置以得到一理想的过度转动值(见图28)。
计算感应器最靠近成形工具的距离(当成形辊子在切线路径的末端时，成形辊子路径的每一头采用一切线，这是因为线圈滞后成形辊子一次走辊)，若这一距离太小(如小于0.5英寸)，感应器按数学计算应沿它所在的线后退，所以它与成形辊有一最小的确定的分离距离。
然后显示出输入参数和成形工具及感应线圈的位置和运动的计算值作为输出，以与操作者交流(方框图204)，也如图33A中的方框204所示。
再参见图33A，后处理器将输入参数和计算的位置和运动数值翻译成机器控制语言，此后处理器还为成形辊子加入每次走辊之间的中间运动(图30B中的89)(如图28、30B和31所示)，加热线圈的位置也转换成机床(即机器控制)语言，为感应加热线圈确定一进给速率以使它从一个位置移到下一个位置，此进给速率应这样来选择，以使线圈与成形辊子转换切向走辊路径所需的时间相比是快速的。
成形工具和加热感应线圈的协调运动是这样来实现的，通过计算在成形辊子完成经过一走辊路径后移动线圈的时间，例如，当线圈在位置n加热时，成形工具在执行第n+1次走辊，比较成形辊子完成第n+1次走辊所需的时间与加热线圈在位置n时的时间，若需要的话就加以调整，在每次走辊之间设置一同步点，以确保成形辊子和加热线圈协调运动，此同步点补偿了任何累积误差，如计算舍入误差，由于加速度和减速度的变化而引起的过渡时间估计误差等。软件——用户界面
本装置和软件使操作者能够输入用于旋压加工的参数，得到估计(模型)的加工过程的显示，执行和监控加工过程。显示最好是通过一CRT，软件给出了一下拉菜单，所以操作者可以确定一显示屏，以显示特定的信息，下列的是表示可以从菜单上选择的项目表：显示
接触轨迹
成形辊中心轨迹
成形辊中心跳跃
在路径末端的成形辊
理想的最终形状
实际的最终形状
中间容器形状
所有的线圈位置
不干涉的线圈位置
壳件
中心线和刻度
网格
重画屏幕
清屏给定
头部几何
其它几何
计算轨迹后处理
产生RS-274编码文件
打印RS-274编码
可从菜单中选择的项目之一是显示，选定该项后，操作者可以有选择地显示接触轨迹、成形辊中心轨迹、成形辊中心跳跃、在路径末端的成形辊、理想的最终形状、实际的最终形状、中间容器形状等等，进一步还可以显示用于表示轨迹和路径的中心线和刻度、网格，在“显示”菜单中还可以选择子菜单重画屏幕和清屏以重新显示画面和清除显示。
可以选定菜单“给定”以输入参数和计算轨迹，在此菜单中，可选子菜单“头部几何”来给定与端头即最终拱部相关的参数(如管子的半径，椭圆端部的半短轴)，可以选择子菜单“其它几何”来给定其它与管子相关的参数(如收缩率、附边、增量、管长及其它类似的参数)，可选择子菜单“计算轨迹”来数学计算以输入的参数为基础的预计轨迹。
可以选择菜单“后处理”产生机器控制语言编码以控制加热和成形装置的运动。
可以选择菜单“文件”来保存程序和参数或打印出RS-274编码。软件——特定软件实施例描述
下面大致描述说明用于旋压容器时产生运动的软件实施例，在此实施例中，大体采用了两种用于容器旋压的软件，第一个软件包是一BASIC语言程序，它自动产生第二个软件包，第二个软件包是用RS274语言(由第一个程序)编写的，RS274是一种广泛采用的运动控制语言，第一个程序被称为“程序产生器”，尽管愿意，但是不是必须采用程序产生器，可以采用图板或计算机辅助设计程序来决定主要的几何位置且若需要的话用手工方法编写RS274程序。
本软件是用叫做未来BASIC版本的BASIC编写的，该版本具有C语言的某些特征，此软件运行在出自苹果计算机公司的目前一代牌号为MACINTOSH(或叫“Mac”)的计算机上，用户界面是典型的Mac类的GUI(图形用户界面)，就像大多数GUI，此软件是由用户中断通过交互概念如菜单和鼠标操作来驱动的，应该明白，使用其它类型的计算机也是本发明的目标之内的。
软件的结构采用了结构化编程，软件是由MAIN程序操纵的，它调用其它的子程序，子程序又叫做“函数”，并出现在紧跟函数语句下面的程序单中，通常函数的名字是有其意义的，它描述了函数的作用，程序的控制是通过函数调用及函数调用函数来进行的，当一个函数完成后，控制返回到调用刚完成的函数的高一级的函数中，许多函数要被调用不止一次，而是许多次，在源程序表中的函数顺序是为了编程和方便，而不意味着按此顺序执行，大部分源程序列表中是函数定义，在源程序的开头包括全局变量声明和介绍性的注释，变量有一定的范围，即他们有可能用于某一函数中，也可能不用在某一函数中，总的来说，仅有那些全局变量和在某函数定义内的变量可以由该函数使用。
程序产生基于输入数据的结果，数据可以用两种方式输入，第一方法是在源程序中采用硬码值，这意思是要输入一个新的数据，就要编辑源程序，重新编译，然后运行重编的程序，第二种方法是通过GUI输入数据，由于这种方法快速且是交互式的，所以这是一种首选的方法，可以定义几类用户，且有几套不同的输入数据分别供给不同类型的用户。第一种方法更加灵活，因为程序和任一部分都可以这样来修正。
下列的是在MAIN程序中使用的主要函数表及其这些函数的简要描述，本程序可以用来产生并输出用于控制机器运动的RS274程序，下列程序表中先给出函数名然后给出它们的简要概述。MAIN：该程序调用初始化子程序，设立中断向量(即指示程序将控制信息传递到特定的函数，这取决于启动什么中断设备)，并建立起主要事件环路来定时询问这些中断。Initialize：此函数由主程序调用，它设置大多数输入参数，但通过GUI输入的那些除外，它还建立起菜单，并进行预计算以给用户建议正确的收缩量。CalcInterference：试验成形辊子和加热线圈之间的干涉，如果有干涉现象，它便给线圈产生一正确的位置。ArcLenghthQuart：计算一椭圆头的四分之一的弧长。ExtensionFunction：估算在旋压完成时，壳件将有多少弧长伸长量。Decouple：以在旋压加工尾部过渡区的最大解耦量为基础，计算解耦的理想量(它将用在计算各处的过度转动)，我们当前使用一个基于局部线圈角的四分之一的量。CalCoilPivot：在旋压机器中有许多坐标系和坐标变换的工作要做，本函数将在容器坐标系中的线圈表面位置的信息转换为控制线圈位置的参数，它们是装线圈之铰点的X、Y和q值，(在所有的地方，这些值被转换成机器坐标)。CalcSpinTimes：此函数以运动的时间和运动的速度，计算每一次移动所持续的时间，且估算出全部旋压所需的时间，这是很重要的，因为全部循环时间决定制造产品的速度。CalcTrajectories：此函数计算与成形工具和加热线圈的轨迹有关的几何参数，计算与轨迹有关的方向和速度并贮存在各处的数据结构中(见Post)，此函数以包括端部形状、附边和增量等的输入数据为基础，计算所有的切线，这里指的切线是上面提到的旋压路径的直线段。GetGeometry、GetHeadShape、GetSpecialPlotInfo：当用户选定某一表示用户要求输入数据的菜单时，这些函数作出响应并从用户处取得正确的数据。ShowCenterLineTicks、ShowCoilTajectories、ShowEllipse、ShowFormRoll、ShowGrid、ShowIntermediateShape、ShowSequence、ShowShell、ShowTrajectories：通过菜单选择调用这些函数来显示容器旋压数据的特定的方面。StandarCode：在机器控制程序的开头和结尾处由机器要求，此函数载入具有硬码的RS274语句的输出数据结构，程序产生软件集中在产生所有调用此硬码信息的语句，之所以有本程序是为了方便起见，所以这些硬码不需要后来才加入。GetMachineCoords：这个函数将几何数据从容器坐标转换到机器坐标，并且计算每一次走辊的距离，此函数被后处理函数用来设立速度。Post：此函数(与GetMachineCoords函数联合)产生由机器控制器所要求的RS274语句，它输出程序到一文本文件中，此文件很容易被传递(采用电子方法或用磁盘)到机器控制计算机，应该明白，程序产生器运行的计算机和控制机器的计算机可以是同样的计算机，或不同类型的计算机。(这里采用名字Post是从短语Post Processor(后处理器)中来的，这是将数据转换成机床所特定的格式的软件中的一个常用的术语。)doMenus、doMouse、doDialoge：这些函数捕集用户的交互输入选择并调用适当的函数。TrapData：此函数从一个称之为对话盒的Mac特定的窗口中捕集用户所输入的数据，这是用户输入数据的另一种典型的方法。还有其它几个函数没有特别在这里讨论，对于采用本发明的系统控制装置的技术工人来说，这几个函数是显而易的，例如，在具有两个显示器的计算机系统中，其中的一些函数管理图形应该显示在哪一个显示器上，还有其它一些用于颜色的选择等，这些函数的使用在本领域内是熟知的，所以在这里就不详细描述了。
例子
用与图1所示的选优实施例功能上相当的装置制造一贮气罐，切割一块厚为0.125英寸宽为52英寸的长方形的碳钢板，并做成一外径为16英寸的碳钢管，通过将52英寸的边卷成一圆形，从而将碳钢板卷成一圆筒形，这样，另外两相对边互相拼接并通过焊接形成一焊缝，所得到的碳钢管装到装置上，将一具有管块形状且半径为8.5英寸的感应加热线圈置于管子的端部，且在加热线圈和管子之间留有约0.5英寸的间隙，转动管子并在开始旋压之前在2分钟之内将管子的端部加热到华氏2100oF(摄氏1150oC)，采用一轮状成形工具先消除管子端部的不圆度，然后将成形辊子沿径向朝中心移动以产生拱形部分，拱形部分将是2∶1的椭圆形状，如图30A所示，为加工出最终形状，采用了39次走辊(顺序接触线)，每一次走辊的伸长量采用下列公式来计算：
伸长量＝常数×半径×(((用弧度表示的角度)×2/π))P)其中角度对于开口端的管子为零，而对于闭口端的为p/2，P的取值范围为0.5至1之间，常数值约为0.2，但随温度、端部形状及材料厚度的变化而稍有变化，常量和P的精确值需通过几次运行并校正预计值的偏差来确定。
本装置的部件可以从商业渠道购买，如下表所列：
部件选择表 制造厂家 地点 型号 主计算机 IBM/Clone Macintosh PC Quadra 840 运动控制卡 Delta Tau Data Systems Galil Motion Control Inc. Northridge， CA Sunnyvale. CA PMAC-DSP-PC DMC-1000 伺服电机放大器 Reliance Electric Yaskawa Electric Mfg. Inc. Eden Prairie.MN Tokyo Japan BRU 500 SGD-08A 伺服电机 Reliance Electric Yaskawa ElectricMfg. Inc. Eden Prairie.MN Tokyo Japan F-4030 SGM-08 主驱动放大器 Safetronics. Inc. Eaton，Corp Fort Meyers， FL Kenosha WI Varispeed- 616G3 AF 1500 主马达 Leeson Electric Mortors Powertec Industrial Corp. Grafton，WI Rock Hill SC 15061 30 Hp TEFC 非接触式温度监 Raytex，Inc Santa Thermalert 控器 Cruz，CA MP-4 PID控制器 Omron Electronics， Inc. Red Lion Controls Scnaumourg， IL York，PA ESl00 PCU01004 感应加热电源 IHS Inauctoneat Ft.Worh TX UPF6-250-3 PLC IDEC Eagle Signal Controls Sunnyvale， CA Austin，TX Micro-1 Micro 190
如前所述，本发明的装置和方法可以用来收缩一管子的端部，但是本发明也可以通过对绕其轴线转动的管子加热并旋压而扩张一管子的端部(如产生一扩口端)，在这种情况下，成形工具应向管子的内表面旋压而不是外表面，装置的协调运动、加热、软件编程、用软件来操纵加工过程及其它类似的工作都可以采用与上述的实施例类似的方法来进行。
本发明已在上述的详细说明中描述了，所给出的实施例仅为示意的目的，而不能解释为对本发明目标的过分限制，应该明白，在不偏离本发明的精神和目标的基础上，修正或改变本发明，特别是改变其尺寸，对于一位熟练技工来说是十分简单的，例如，接触线的直线段可以改为稍有一点曲率。