CN101898211A - 用于弯管加工中的在线检测与补偿系统 - Google Patents

Abstract

一种用于弯管加工中的在线检测与补偿系统，包括用于管子弯管加工的数控弯管机、用于进行图像采集用的图像采集装置、以及用于实现在线检测和补偿的数控系统，数控弯管机的弯管工位位于所述图像采集装置的视觉范围内，所述的数控系统包括：用于控制数控弯管机工作的动作执行模块，用于采集图像采集装置拍摄的弯曲后管子的回弹状况的图像采集模块，用于根据采集的图像计算回弹后的当前值的在线监测模块，用于根据当前值和设计值之间的回弹误差动态反馈控制下一弯管的补偿参数的实时补偿模块。本发明可靠性良好、有效提高弯曲精度。

Description

用于弯管加工中的在线检测与补偿系统

技术领域

本发明属于弯管加工设备，尤其涉及一种用于弯管加工中的在线检测与补偿系统。

背景技术

在管类零件弯曲成型的过程中，金属材料受力产生变形，而被弯曲成一角度。当外力撤消后，被弯的管子部分恢复原来的状况，实测管子的弯曲角度比所需弯曲的角度小一些，直线段长度会比所需的长度大一些，这就是通常所说的管子的回弹。

影响回弹的因素很多，如管子的材料、直径、壁厚、弯曲半径、弯角大小及弯管机所用的工艺参数等，都会影响管子的回弹。其中弯管机的工艺参数(弯曲速度、夹紧力等)，在弯管机调整好以后，便已确定。

目前对于回弹补偿的基本做法是：当加工一批管子时，取一适当长度的试验管，按弯曲角度20°、120°弯曲管子。分别测得20°、120°的回弹量，作为补偿参数。在补偿参数的基础上，通过线性插补的方法求的其它角度的回弹量。在实际弯制过程中，加大弯曲角度，其增加量即为求得的回弹量，当管子回弹后，其角度值近似等于设计值。

该补偿方法的主要缺陷在于：忽略了管子直径、壁厚、弯曲半径、弯角大小等重要影响因素，笼统的以式样材料测量的回弹量作为补偿依据，没有考虑金属材料的性能差异。同种型号的金属材料，不同批次出来的，同一批次的金属材料，不同炉次出来的，同一炉次出来的，不同位置的金属材料均有很大的性能差异。

发明内容

为了克服现有的弯管补偿方式的可靠性差、弯曲精度较低的不足，本发明提供一种可靠性良好、有效提高弯曲精度的用于弯管加工中的在线检测与补偿系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于弯管加工中的在线检测与补偿系统，包括用于管子弯管加工的数控弯管机、用于进行图像采集用的图像采集装置、以及用于实现在线检测和补偿的数控系统，数控弯管机的弯管工位位于所述图像采集装置的视觉范围内，所述的数控系统包括：

动作执行模块，用于控制数控弯管机工作，在执行弯曲时，其加工弯曲角为θ′＝(1+K)θ+θ₁，其中θ为管型设计值，θ₁为理论回弹值，K为补偿参数；θ₁的计算公式如下：

${\mathrm{\θ}}_1=\left\{\begin{array}{cc}\frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{EI\α}}{\mathrm{\θ}}^2& \left(a\right)\\ \frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{EI\α}}\mathrm{\θ}-\frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{\mathrm{EI}}\mathrm{\α}& \left(b\right)\end{array}\right.$

其中，M_max为管材弯曲过程中的最大弯曲转矩、E为杨氏模量、I为管材的截面惯性矩、ρ为管材回弹前的曲率半径、α为管子处于弹性弯曲状态时最大的弯曲角的一半；

当以弹性变形为主的小角度回弹值时以(a)式进行计算，当以塑性变形为主的大角度回弹值时以(b)式进行计算；

图像采集模块，用于采集图像采集装置拍摄的弯曲后管子的回弹状况；

在线监测模块，用于根据采集的图像计算回弹后的当前值θ″；实时补偿模块，用于根据当前值θ″和管型设计值θ之间的回弹误差Δθ动态调整补偿参数K，其中

其中，K_i表示当前弯曲过程的补偿参数，K_i+1表示下一个弯曲过程的补偿参数。

作为优选的一种方案：所述在线检测与补偿系统还包括废品报警器，所述数控系统还包括：用于当回弹误差超出预设值时判定为废品并发出报警指令的报警模块，所述报警模块连接所述废品报警器。

本发明的技术构思为：数控弯管机根据数控系统的指令，顺序执行弯管动作，在执行管型弯曲时，弯曲的角度值θ′为设计值θ结合补偿参数K及理论回弹值θ₁之和，即θ′＝(1+K)θ+θ₁，其中补偿参数K的初始值为0。当弯制动作结束，夹模松开时，启动图像采集装置，拍得管子的回弹图像，将该图反馈给数控系统进行图像处理，提取回弹后的真实角度值，并进行误差分析。若真实值与设计值偏差超出误差范围，则视为废品，报警处理；反之，根据回弹后的真实值与设计值的差值，动态调整补偿参数K，以此递推，反复提高下一弯的弯曲精度。

本发明通过图像采集装置在线检测弯管加工过程中的回弹状况，将检测结果反馈系统，经系统处理，得到反弹后的值，并进行误差分析，根据分析结果，动态调整系统的补偿参数，若误差过大，则视为废品报警。该系统能有效的解决目前补偿方法的缺陷，实现废品报警，提高弯曲精度。

本发明的有益效果主要表现在：1、可靠性良好、有效提高弯曲精度使整体弯管精度上升一个数量级；2、能及时发现废品并报警，在多弯长管及大批量生产时意义重大。

附图说明

图1是用于弯管加工中的在线检测与补偿系统的结构图；

图2是用于弯管加工中的在线检测与补偿系统的软件控制系统的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1、图2，一种用于弯管加工中的在线检测与补偿系统，包括用于管子弯管加工的数控弯管机、用于进行图像采集用的图像采集装置、以及用于实现在线检测和补偿的数控系统，数控弯管机的弯管工位位于所述图像采集装置的视觉范围内，所述的数控系统1包括：

动作执行模块，用于控制数控弯管机工作，在执行弯曲时，其加工弯曲角为θ′＝(1+K)θ+θ₁，其中θ为管型设计值，θ₁为理论回弹值，K为补偿参数；θ₁的计算公式如下：

${\mathrm{\θ}}_1=\left\{\begin{array}{cc}\frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{EI\α}}{\mathrm{\θ}}^2& \left(a\right)\\ \frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{EI\α}}\mathrm{\θ}-\frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{\mathrm{EI}}\mathrm{\α}& \left(b\right)\end{array}\right.$

其中，M_max为管材弯曲过程中的最大弯曲转矩、E为杨氏模量、I为管材的截面惯性矩、ρ为管材回弹前的曲率半径、α为管子处于弹性弯曲状态时最大的弯曲角的一半；

当以弹性变形为主的小角度回弹值时以(a)式进行计算，当以塑性变形为主的大角度回弹值时以(b)式进行计算；

图像采集模块，用于采集图像采集装置拍摄的弯曲后管子的回弹状况；

在线监测模块，用于根据采集的图像计算回弹后的当前值θ″；实时补偿模块，用于根据当前值θ″和管型设计值θ之间的回弹误差Δθ动态调整补偿参数K，其中其中，K_i表示当前弯曲过程的补偿参数，K_i+1表示下一个弯曲过程的补偿参数。

所述图像采集模块连接所述在线监测模块，所述在线监测模块连接所述实时补偿模块，所述实时补偿模块连接所述动作执行模块。

所述在线检测与补偿系统还包括废品报警器，所述数控系统还包括：用于当回弹误差超出预设值时判定为废品并发出报警指令的报警模块，所述报警模块连接所述废品报警器。

本实施例的用于弯管加工中的在线检测与补偿系统，包括：用于整体控制的数控系统1、用于管子加工的数控弯管机2、用于进行图像采集用的图像采集装置3，所述的数控系统1包括：工控机，软件控制系统，所述的数控弯管机2与数控系统相连，受数控系统控制；所述的图像采集装置3与数控系统相连，用于拍摄弯曲后管子的回弹状况，并将拍得的图像传输给数控系统，所述的工控机包括显示器、键盘鼠标等输入输出设备，所述的软件控制系统进一步包括：用于控制数控弯管机工作的动作执行模块，用于处理管子回弹图像的图像处理模块，用于从图像中提取出回弹后具体参数值的参数提取模块，用于将回弹后的真实值与设计值进行比对的误差分析模块，用于处理回弹误差过大导致废品的报警模块，用于根据回弹值动态调整补偿参数的补偿参数调整模块。

参考图2，数控弯管机受数控系统驱动，执行弯管加工动作，在进行弯曲成形动作时，弯曲的角度为设计值与补偿计算之和，当弯曲结束，夹具松开后，启动图像采集装置，对回弹后的管件进行抓拍，并将抓拍所得的图像反馈给系统，系统对图像进行处理识别，计算得管件回弹后的真实角度值，并与设计值比较分析，若误差超出设定范围，则作废品报警处理，反之，则根据误差分析结果，动态调整系统的补偿参数，提高下一弯及下一工件的加工精度。

以三弯管型为例，三弯角度从前到后均为60度，加工第一弯时，补偿参数K＝0，理论回弹θ₁＝2.3，加工弯曲角θ′＝62.3，弯制结束实测结果θ″＝60.8，误差+0.8度，并求得K＝-0.013；加工第二弯时，补偿参数K＝-0.013，理论回弹θ₁＝2.3，加工弯曲角θ′＝61.5，弯制结束实测结果θ″＝59.8，误差-0.2度，并求得K＝-0.013+0.003＝-0.01；加工第三弯时，补偿参数K＝-0.01，理论回弹θ₁＝2.3，加工弯曲角θ′＝61.8，弯制结束实测结果θ″＝60.1，误差+0.1度。

Claims (2)

1.一种用于弯管加工中的在线检测与补偿系统，其特征在于：所述在线检测与补偿系统包括用于管子弯管加工的数控弯管机、用于进行图像采集用的图像采集装置、以及用于实现在线检测和补偿的数控系统，数控弯管机的弯管工位位于所述图像采集装置的视觉范围内，所述的数控系统包括：

动作执行模块，用于控制数控弯管机工作，在执行弯曲时，其加工弯曲角为θ′＝(1+K)θ+θ₁，其中，θ为管型设计值，θ₁为理论回弹值，K为补偿参数；θ₁的计算公式如下：

${\mathrm{\θ}}_1=\left\{\begin{array}{cc}\frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{EI\α}}{\mathrm{\θ}}^2& \left(a\right)\\ \frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{EI\α}}\mathrm{\θ}-\frac{M_{\max }\mathrm{\ρ}}{\mathrm{EI}}\mathrm{\α}& \left(b\right)\end{array}\right.$

其中，M_max为管材弯曲过程中的最大弯曲转矩、E为杨氏模量、I为管材的截面惯性矩、ρ为管材回弹前的曲率半径、α为管子处于弹性弯曲状态时最大的弯曲角的一半；

当以弹性变形为主的小角度回弹值时以(a)式进行计算，当以塑性变形为主的大角度回弹值时以(b)式进行计算；

图像采集模块，用于采集图像采集装置拍摄的弯曲后管子的回弹状况；

在线监测模块，用于根据采集的图像计算回弹后的当前值θ″，

实时补偿模块，用于根据当前值θ″和管型设计值θ之间的回弹误差Δθ动态调整补偿参数K，其中

其中，K_i表示当前弯曲过程的补偿参数，K_i+1表示下一个弯曲过程的补偿参数。

2.如权利要求1所述的用于弯管加工中的在线检测与补偿系统，其特征在于：所述在线检测与补偿系统还包括废品报警器，所述数控系统还包括：用于当回弹误差超出预设值时判定为废品并发出报警指令的报警模块，所述报警模块连接所述废品报警器。

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