CN102306008B

CN102306008B - 无模成形控制参数自动标定方法

Info

Publication number: CN102306008B
Application number: CN 201110099696
Authority: CN
Inventors: 邵兵; 胡芳芳; 万其
Original assignee: CETC 14 Research Institute
Current assignee: CETC 14 Research Institute
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: CN102306008A

Abstract

本发明公开了一种无模成形控制参数自动标定方法，将激光测距传感器和工业控制计算机测量出无模成形时管材成形角；输入待标定管材的代号ID，以及相关特征参数；工业控制计算机依据弹、塑性变性原理产生相应上压模3下压量范围尺寸Δd及下压起始点尺寸D；将上压模下压量范围尺寸Δd分为n份，将压头转台运动到加工原点，在待加工管材中抽取一件样件，并将其安装固定在固定架上；工业控制计算机控制压头转台沿X方向水平运动到X1；上压模下压，下压量为D+Δd1；通过激光测距传感器和工业控制计算机，测得成形角θ_{1_1}，系统自动测试出上压模具下压量为D+n×Δd1时成形角θn，令x_n＝D+n×Δd1，y_n＝θn，对数据组(x_i，y_i)，i＝1，2，3，4，...，n采用最小二乘法二项式进行拟合，求出拟合二项式为：y＝a+bx+cx²，完成无模成形控制参数自动标定。

Description

无模成形控制参数自动标定方法

技术领域

本发明应用于大型发电机线圈管材、电力母线等机床无模渐进成形控制技术领域，特别是一种无模成形控制参数自动标定方法。

背景技术

管材无模渐进成形加工设备需要加工多种不同曲率和不同横截面的管线，这些不同的管线在渐进成形过程中会呈现不同的加工特性，因此管线无模渐进成形加工设备控制系统在控制过程中需要与管线相关的控制参数，这些控制参数可通过人工反复试验来获取，这种方法存在如下不足：(1)操作过程复杂，对操作人员素质要求高，耗时长；(2)获取控制参数精确度较差且与操作人员关联度高；(3)自动化程度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无模成形控制参数自动标定方法，利用无模成形设备自身硬件资源，完成管线控制参数自动标定，实现折弯角度的稳定、高精度测量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种无模成形控制参数自动标定方法，步骤如下：

1.激光测距传感器、下压模、上压模导向块固定安装在压头转台上，上压模设置在上压模导向块上，该上压模相对于压头转台沿上压模导向块具有D向运动，固定待加工管材的固定架固定在数控机床的床身上，压头转台相对于数控机床床身具有X、Y、R三自由度运动功能；工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动、D轴驱动实现对各轴运动控制；工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动分别控制压头转台的左右、上下和旋转运动，通过D轴驱动上压模上下运动；

2.激光测距传感器和工业控制计算机测量出无模成形时管材成形角；

3.输入待标定管材的代号ID，以及相关特征参数；

4.工业控制计算机依据弹、塑性变性原理产生相应上压模3下压量范围尺寸Δd及下压起始点尺寸D；

5.将上压模下压量范围尺寸Δd分为n(n≥5)份，即：

Δd/n＝Δd1＝Δd2＝Δd3＝Δd4＝.....＝Δdn

6.将压头转台运动到加工原点，在待加工管材中抽取一件样件，并将其安装固定在固定架上；

7.工业控制计算机控制压头转台沿X方向水平运动到X1；

8.上压模下压，下压量为D+Δd1；

9.上压模下压到位后保持0.5～2秒后，抬起上压模；

10.通过激光测距传感器和工业控制计算机，测得成形角θ_{1_1}；

11.控制转台沿X方向运行到X2，重复8～10，测得成形角θ_{1_2}；

12.控制转台沿X方向运行到X3，重复8～10，测得成形角θ_{1_3}；

13.求出下压量为D+Δd1时平均成形角θ1＝(θ_{1_1}+θ_{1_2}+θ_{1_3})/3；

14.依据7～13的方法，系统自动测试出如下数据：

上压模具下压量为D+2×Δd1时成形角θ2

上压模具下压量为D+3×Δd1时成形角θ3

上压模具下压量为D+4×Δd1时成形角θ4

上压模具下压量为D+nxΔd1时成形角θn

15.令x₁＝D+Δd1 y₁＝θ1

x₂＝D+2×Δd1 y₂＝θ1

x₃＝D+3×Δd1 y₃＝θ3

x₄＝D+4×Δd1 y₄＝θ4

x_n＝D+n×Δd1 y_n＝θn

16.对数据组(x_i，y_i)，i＝1，2，3，4，...，n采用最小二乘法二项式进行拟合，求出拟合二项式为：

y＝a+bx+cx² 式(1)

其中y表征成形角，x表征上压模3的下压量，至此，完成无模成形控制参数自动标定。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)完成管材拟合渐进成形控制中控制参数的自动标定；(2)自动化程度高，控制参数标定精度高。(3)控制方法、操作简单等优点。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是无模成形控制参数自动标定方法组成示意图。

图2是无模成形控制参数自动标定运行示意图。

图3是一种无模成形控制参数自动标定上压模运行示意图。

具体实施方式

结合图2和图3，拟合渐进成形控制系统，包括触摸屏、激光测距传感器、工业控制计算机、多功能卡、X丝杆位置编码器、Y丝杆位置编码器、R丝杆位置编码器、D丝杆位置编码器、X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动、D轴驱动，所述的触摸屏、工业控制计算机、X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动、D轴驱动安装在控制机柜中，多功能卡包含CAN1、CAN2总线接口，安装在工业控制计算机的插槽内，X丝杆位置编码器、Y丝杆位置编码器、R丝杆位置编码器、D丝杆位置编码器分别安装在X丝杆、Y丝杆、R丝杆、D丝杆的尾部，激光距离传感器2、触摸屏通过电缆分别和工业控制计算机相连。

激光测距传感器2、下压模4、上压模导向块7固定安装在压头转台1上，上压模3设置在上压模导向块7上，该上压模3相对于压头转台1沿上压模导向块7具有D向运动，固定待加工管材5的固定架6固定在数控机床的床身上，压头转台1相对于数控机床床身具有X、Y、R三自由度运动功能。其中管材的成形角与上压模下压量之间的函数关系，即上压模的下压行程和管材加工成形角的函数关系y＝f(x)，y为下压量，x为目标成形角，这个函数是依据试验进行标定拟合，不同的管材变形特性不同，函数关系也不相同，采用一次曲线拟合或二次曲线拟合，函数关系由系统自动标定，如何标定即申报的本发明无模成形控制参数自动标定方法的内容。

X丝杆位置编码器、Y丝杆位置编码器、R丝杆位置编码器、D丝杆位置编码器分别检测数控机床的X、Y、R、D轴的位置，通过CAN1总线接口与工业控制计算机实现信号连接，实时为工业控制计算机提供数控机床的X、Y、R、D轴的位置信息；X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动、D轴驱动通过CAN2总线接口与工业控制计算机实现信号连接，工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动、D轴驱动实现对各轴运动控制；工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动分别控制压头转台1的左右、上下和旋转运动，通过D轴驱动控制上压模3上下运动。其中，X轴为压头转台1左右运动，Y轴为压头转台1上下运动，R轴为压头转台1旋转运动，D轴为上压模3的上下运动。

结合图1、图2和图3，本发明无模成形控制参数自动标定方法，步骤如下：

1.激光测距传感器2、下压模4、上压模导向块7固定安装在压头转台1上，上压模3设置在上压模导向块7上，该上压模3相对于压头转台1沿上压模导向块7具有D向运动，固定待加工管材5的固定架6固定在数控机床的床身上，压头转台1相对于数控机床床身具有X、Y、R三自由度运动功能；工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动、D轴驱动实现对各轴运动控制；工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动分别控制压头转台1的左右、上下和旋转运动，通过D轴驱动上压模3上下运动(其中X轴为压头转台1左右运动，Y轴为压头转台1上下运动，R轴为压头转台1旋转运动，D轴为上压模3的上下运动)；

2.激光测距传感器2和工业控制计算机测量出无模成形时管材成形角；

3.输入待标定管材5的代号ID，以及相关特征参数，如截面长、宽等；

4.工业控制计算机依据弹、塑性变性原理产生相应上压模3下压量范围尺寸Δd(通常，依据经验值，Δd＝0.1～0.8mm)及下压起始点尺寸D(D为上压模3下压前下表面到管材5的距离)；

5.将上压模3下压量范围尺寸Δd分为n(n≥5)份，即：

Δd/n＝Δd1＝Δd2＝Δd3＝Δd4＝.....＝Δdn

6.将压头转台1运动到加工原点，在待加工管材5中抽取一件样件，并将其安装固定在固定架6上；

7.工业控制计算机控制压头转台1沿X方向水平运动到X1；

8.上压模3下压，下压量为D+Δd1；

9.上压模3下压到位后保持0.5～2秒后，抬起上压模3；

10.通过激光测距传感器2和工业控制计算机，测得成形角θ_{1_1}；

14.依据7～13的方法，系统自动测试出如下数据：

上压模具下压量为D+2×Δd1时成形角θ2

上压模具下压量为D+3×Δd1时成形角θ3

上压模具下压量为D+4×Δd1时成形角θ4

上压模具下压量为D+nxΔd1时成形角θn

15.令x₁＝D+Δd1 y₁＝θ1

x₂＝D+2×Δd1 y₂＝θ1

x₃＝D+3×Δd1 y₃＝θ3

x₄＝D+4×Δd1 y₄＝θ4

x_n＝D+n×Δd1 y_n＝θn

y＝a+bx+cx² 式(1)

实施例

本法明无模成形控制参数自动标定方法的过程如下：

1.无模成形控制参数自动标定方法是利用无模成形设备的现有硬件完成控制参数的自动标定，附图1为无模成形控制参数自动标定方法组成示意图，主要由成形角测量系统、机床控制系统、机床执行部件以及待加工的工件管线等；

2.成形角测量系统完成无模成形时管线成形角的测量；

3.图2及图3是无模成形设备的部分组成及相对安装位置示意图，包括用于成形角测量的激光测距传感器、固定管材的固定架、用于成形的上压模下压模、压头转台以及待加工的管线等；

4.输入待标定管线的代号ID，以及相关特征参数，如截面长、宽等；

5.图3是系统控制计算机依据弹、塑性变性原理产生相应上压模具下压量范围尺寸Δd及下压起始点尺寸D；

6.将上压模具下压量范围尺寸Δd分为5份，即：

Δd/5＝Δd1＝Δd2＝Δd3＝Δd4＝Δd5

7.将转台运动到加工原点，在待加工管线中抽取一件样件，并将其安装固定在固定架上；

8.图3中，机床控制系统控制转台沿X方向水平运动到X1；

9.上压磨下压，下压量为D+Δd1；

10.上压模具下压到位后保持1秒左右，抬起上压模具；

11.通过机床成形角检测系统，测得成形角θ1-1；

12.控制转台沿X方向运行到X2，重复6～8，测得成形角θ1-2；

13.控制转台沿X方向运行到X3，重复6～8，测得成形角θ1-3；

14.求出下压量为D+Δd1时平均成形角θ1＝(θ1-1+θ1-2+θ1-3)/3；

15.依据6～11的方法，系统自动测试出如下数据：

上压模具下压量为D+2×Δd1时成形角θ2

上压模具下压量为D+3×Δd1时成形角θ3

上压模具下压量为D+4×Δd1时成形角θ4

上压模具下压量为D+5×Δd1时成形角θ5

16.令x₁＝D+Δd1 y₁＝θ1

x₂＝D+2×Δd1 y₂＝θ1

x₃＝D+3×Δd1 y₃＝θ3

x₄＝D+4×Δd1 y₄＝θ4

x₅＝D+5×Δd1 y₅＝θ5

17.对数据组(x_i，y_i)，i＝1，2，3，4，5采用最小二乘法二项式进行拟合，可求出拟合二项式为：

y＝a+bx+cx² 式(1)

其中y表征成形角，x表征上压模的下压量；

18.无模成形控制系统在成形控制过程中，在已知需要成形角时，通过式(1)求出上压模下压量，实现对成形的控制。

Claims

1.一种无模成形控制参数自动标定方法，其特征在于步骤如下：

a.激光测距传感器[2]、下压模[4]、上压模导向块[7]固定安装在压头转台[1]上，上压模[3]设置在上压模导向块[7]上，该上压模[3]相对于压头转台[1]沿上压模导向块[7]具有D向运动，固定待加工管材[5]的固定架[6]固定在数控机床的床身上，压头转台[1]相对于数控机床床身具有X、Y、R三自由度运动功能；工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动、D轴驱动实现对各轴运动控制；工业控制计算机通过X轴驱动、Y轴驱动、R轴驱动分别控制压头转台1的左右、上下和旋转运动，通过D轴驱动上压模[3]上下运动；

b.激光测距传感器[2]和工业控制计算机测量出无模成形时管材成形角；

c.输入待标定管材[5]的代号ID，以及相关特征参数；

d.工业控制计算机依据弹、塑性变性原理产生相应上压模[3]下压量范围尺寸Δd及下压起始点尺寸D；

e.将上压模[3]下压量范围尺寸Δd分为n份，n≥5，即：

Δd/n＝Δd1＝Δd2＝Δd3＝Δd4＝.....＝Δdn

f.将压头转台[1]运动到加工原点，在待加工管材[5]中抽取一件样件，并将其安装固定在固定架[6]上；

g.工业控制计算机控制压头转台[1]沿X方向水平运动到X1；

h.上压模[3]下压，下压量为D+Δd1；

i.上压模[3]下压到位后保持0.5～2秒后，抬起上压模[3]；

j.通过激光测距传感器[2]和工业控制计算机，测得成形角θ_{1_1}；

k.控制转台沿X方向运行到X2，重复h～j，测得成形角θ_{1_2}；

l.控制转台沿X方向运行到X3，重复h～j，测得成形角θ_{1_3}；

m.求出下压量为D+Δd1时平均成形角θ1＝(θ_{1_1}+θ_{1_2}+θ_{1_3})/3；

n.依据g～m的方法，系统自动测试出如下数据：

上压模具下压量为D+2×Δd1时成形角θ2

上压模具下压量为D+3×Δd1时成形角θ3

上压模具下压量为D+4×Δd1时成形角θ4

..........

上压模具下压量为D+nxΔd1时成形角θn

o.令x₁＝D+Δd1 y₁＝θ1

x₂＝D+2×Δd1 y₂＝θ1

x₃＝D+3×Δd1 y₃＝θ3

x₄＝D+4×Δd1 y₄＝θ4

........

x_n＝D+n×Δd1 y_n＝θn

p.对数据组(x_i，y_i)，i＝1，2，3，4，...，n采用最小二乘法二项式进行拟合，求出拟合二项式为：

y＝a+bx+cx² 式(1)

其中y表征成形角，x表征上压模[3]的下压量，至此，完成无模成形控制参数自动标定。