CN105806296A - 新型板材曲率接触式测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型板材曲率接触式测量装置，其上下运动通过两个伺服电机交互控制，使测量装置的三个凸轮与待测板材接触，通过角度编码器测量待测板材两边的测量点相对此板材中间点的角度，其中两边测量点与中间点的距离为定值，通过三角函数计算，即得到板材成型的曲率半径。本发明相对其它板材曲率测量装置，具有结构简单、测量速度快、精度高、可实现板材加工自动化，且不受板材表面条件和加工环境的影响等优点。

Description

新型板材曲率接触式测量装置

技术领域

本发明涉及一种新型板材曲率接触式测量装置，尤其涉及一种三点接触式的板材曲率接触式测量装置，其所属板材弯曲加工自动化领域。

背景技术

板材滚弯是一种较为常见的板材成形加工方式，被普遍应用于如航空、船舶制造、锅炉、化工等各种行业。但由于辊弯机自动化控制过程还存在一些问题，对辊弯机的操作仍限制在人工指导加工，未能形成自动控制的加工模式。相对于己经实现了自动化控制的其他加工方式，手工对样不仅效率低、精度差，且样板的制作还耗费了大量的材料和工时，同时手工检测的方式也制约了板材滚弯加工自动化控制的实现。在大力提倡绿色制造、精度制造的大背景下，对板材曲率实现自动检测的要求更是迫在眉睫。

目前，人们开始对板材曲率数字化测量展开研究，并采用多种检测理论设计了多种检测装置，其测量技术主要包括激光测量技术、图像处理技术等非接触式测量装置。非接触测量法通常是利用光、声波等进行测量的，但它对待测物体的表面的光学特性有一点要求，如不全黑、不反光、表面不能太粗糙等特性，同时对加工环境有一定的需求，不能在光照太强的地方进行加工。因此这些数字测量装置并不能被广泛的应用到板材加工去。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前测量技术落后，提供一种新型板材曲率接触式测量装置，以适合用于实现滚板机、油压机等大型加工设备成型效果检测功能。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的新型板材曲率接触式测量装置，其上下运动通过两个伺服电机交互控制，使该测量装置的三个凸轮与待测板材接触，通过角度编码器测量待测板材两边的测量点相对此板材中间点的角度，其中两边测量点与中间点的距离为定值，通过三角函数计算，即得到板材成型的曲率半径。

所述的测量装置包括转动架、齿条、两台伺服电机和两根连杆；所述两台伺服电机的机轴通过转动架连接在一起，其中第一伺服电机的电机轴上装有与齿条相啮合连接的齿轮，第二伺服电机的电机轴直接与转动架相连；两根连杆长度相同，其一端分别与凸轮、接触式压力传感器相连，其另一端通过角度编码器的轴相连。

所述的转动架，通过焊接方式与第二伺服电机的电机轴相连；该转动架由一块方钢，中间开一宽度稍大于齿轮、齿条的宽度的凹槽组成；该转动架在靠近第一伺服电机的一侧开一孔，以保证该伺服电机的电机轴穿过此孔去连接位于所述凹槽内部的齿轮，该齿轮与齿条相互啮合来带动齿条上下运动。

所述的齿条，装在转动架凹槽内部的齿轮与凹槽底部之间，其正面与齿轮啮合，其背面贴靠转动架凹槽的底部，通过润滑油润滑发生滑动；其上端与齿轮啮合，带动整个测量装置上下运动，通过齿条的带动，测量装置与待测板材接触，同时角度编码器将所测量的角度传输给上位机，由上位机计算出曲率半径；其下端与第一连杆的一端相连处形成关节点A，该齿条与此连杆采用对顶方式，以保持在本测量装置提起时保持水平的初始状态。

所述的接触式压力传感器，其中间的安装孔与连接轴相连，其压力的大小通过数据线与上位机预留接口相连，并将信号传给上位机进行处理。

所述的凸轮，呈圆形，其通过连接轴装在节点A和B处，可以绕着此连接轴旋转。

所述的角度编码器，其主体部分与第二连杆通过螺栓固定，其轴与第一连杆和凸轮相连。

所述的两根连杆，其连接形成三个触点即三个关节点，其长度相等可以形成两个完全相等的三角，通过三角形勾股定理可以计算出曲率半径。

所述的两根连杆，其中：第一连杆的一端与凸轮相连处形成关节点A，第二连杆的一端与接触式压力传感器相连处形成关节点C，此两根连杆的另一端与角度编码器的轴连接处形成一个关节点B，此三节点在初始状态通过两根连杆的对顶连接保持水平。

本发明在所述的关节点A、B、C处分别安装一个凸轮6，使关节点更好的与待测板材相接触且不划伤板材。

本发明相对于现有技术相比，具有以下主要的有益效果：

1.改变了目前落后的测量方式、提高了板材加工速度和精度。

改变了对辊弯机的操作仍限制在人工指导加工，未能形成自动控制的加工模式，克服了手工对样效率低、精度差、样板的制作耗费大量的材料和工时等不足，大大提高了板材加工速度和精度。

2.目前所存在的曲率自动测量装置均为非接触式测量方式，但非接触测量对环境和被测钢板表面要求极为苛刻，且抗干扰性差，难以在大型机械上使用。

本测量装置采用接触式测量方式，克服了激光测量技术和图像处理技术等非接触式测量受光照条件、板材表面粗糙度、加工环境等影响的困难，具有测量精度高、计算速度快、结构简单、可靠性高、抗干扰能力强等诸多优点。

3.应用广泛：特别适合用于实现滚板机、油压机等大型加工设备成型效果检测功能。

附图说明

图1是本发明的总体结构安装示意图。

图2是本发明的电机工作安装示意图。

图3是本发明的测量装置工作的初始状态、运行过程以及最终的测量状态的示意图。

图4是本发明的测量装置的三个节点的示意图。

图5是本发明的测量装置的计算原理图示意图。

图6是图4的D-D剖视图。

图中：1.第一伺服电机；2.第二伺服电机；3.转动架；4.齿条；5.接触式压力传感器；6.凸轮；7.角度编码器；8.第一连杆；9.第二连杆；10.弯板机；11.待测曲率的钢板；12.连接轴。

具体实施方式

本发明通过对板材曲率的测量方法进行研究，并针对辊弯机发明了一种新型板材曲率接触式测量装置，即将测量装置的三个触点与板材接触，通过角度编码器可测量两边的测量点相对中间点的角度，其中两边测量点与中间点的距离为定值，通过三角函数计算，即可得到板材成型的曲率半径。

下面结合实施实例及附图对本发明创新的具体实施方式作进一步说明。

本发明提供的新型板材曲率接触式测量装置(以下简称测量装置)，其结构如图1和图2所示，包括转动架3、齿条4、两台伺服电机和两根长度相同的连杆。所述两台伺服电机的机轴通过转动架3连接在一起，其中第一伺服电机1的电机轴上装有与齿条4相啮合连接的齿轮；第二伺服电机2的电机轴直接与转动架3相连。两根长度相同为L的连杆分别是第一连杆8和第二连杆9，其一端分别与凸轮6、接触式压力传感器5相连，其另一端通过角度编码器7的轴相连。

所述的转动架3，通过焊接方式与伺服电机2的电机轴相连。该转动架3由一块方钢，中间开一宽度稍大于齿轮、齿条的宽度的凹槽组成；该转动架在靠近伺服电机1的一侧开一孔，以保证伺服电机1的电机轴可以穿过此孔去连接位于所述凹槽内部的齿轮，其中齿轮与齿条4相互啮合来带动齿条上下运动。

所述的齿条4，其上端与齿轮啮合，带动整个测量装置上下运动，通过齿条的带动，测量装置与钢板(待测曲率的钢板11)接触，同时角度编码器7将所测量的角度传输给上位机即控制中心，上位机即可计算出曲率半径；其下端与第一连杆8的一端相连处形成关节点A，该齿条与连杆采用对顶方式，以保持在本测量装置提起时保持水平(图3)的初始状态。齿条4装在转动架3凹槽内部的齿轮与凹槽底部之间，正面与齿轮啮合，背面贴靠转动架3凹槽的底部，通过润滑油润滑发生滑动。

所述的接触式压力传感器5，采用连接轴连接传感器中间的安装孔，其压力的大小通过数据线与上位机预留接口相连，并将信号传给上位机进行处理。

所述的凸轮6，通过连接轴12装在节点A和B处。该凸轮呈圆形，其外缘直径稍大于连杆的直径，凸轮可以绕着连接轴旋转。

所述的角度编码器7，采用高精度小角度编码器，该角度编码器7主体部分与连杆9通过螺栓固定，角度编码器7的轴与第一连杆8固定，将凸轮6装在角度编码器的轴上且可以在轴上转动，具体的连接方式如图6所示。所述主体部分是角度编码器的安装孔。

所述的两根连杆连接形成节点A，B，C。此三节点在初始状态通过两根连杆的对顶连接保持水平，不需要其它辅助元件。其对顶状态是一种独特的设计。即在轴连接处相互旋转的地方设计呈圆形，在圆形的下方留有一个凸台，凸台的长度与圆心保持对齐。这样一来，当两个凸台接触就使节点所连接的两根杆保持水平(如图4的B节点处)；当两根连杆旋转一定的角度之后，凸台就会分开(如图4的C节点处)。

在所述第一连杆8的一端与凸轮6相连处形成关节点A。

在所述第二连杆9的一端与接触式压力传感器5相连处形成关节点C。

在所述的第一连杆8和第二连杆9的另一端与角度编码器7的轴连接处形成一个关节点B。

在上述的关节点A、B、C处分别安装一个凸轮6，使关节点更好的与待测板材相接触且不划伤板材。

为了更清楚地说明本发明中体现的技术方案，下面将利用AutoCAD软件绘制图形进行简要的描述。但附图所体现的仅仅是测量装置的结构示意图，结构的具体尺寸以及安装应根据现实中所要安装的辊弯机加工的精度以及加工辊弯机的尺寸而定。

本发明提供的新型板材曲率接触式测量装置，其测量过程如下：

在图1中，从总体上描述了安装在弯板机10上的正面示意图，同时也展示伺服电机在弯板机平台的状态、测量装置在初始位置的示意图，以及下降测量到最后落在钢板上的正面的示意图。

在图2中，表示伺服电机安装示意图，描述了两台伺服电机，转动架之间的距离，以及装配关系。

图3所描述的是两台伺服电机控制测量触头运动过程，以及测量触头进行测量的详细过程。在初始状态，节点A、B、C保持一条水平线，并且三个节点保持放松状态，外力作用下可自由活动；此时节点B处的角度编码器7处于置零状态。触头在测量前是远离所弯曲的钢板的，首先是第一伺服电机1转动，带动齿轮条向下运动；随着测量装置的下降，节点A首先与钢板接触，在触头下降的过程中，第二伺服电机2带动转动架3转动，转动架转动的同时齿条4随转动架3转动，随着齿条4继续下降，节点B、节点C依次与钢板接触，当节点C接触钢板后，触式压力传感器5会检测到压力大于零，压力传感器将压力传给上位机，上位机发出指令，第二伺服电机2停止转动，此时角度编码器记录下测量的角度并将测量的角度β传给上位机，通过角度编码器7可测量两边的测量点相对中间点的角度，其中两边测量点与中间点的距离为定值，通过三角函数计算，即可得到板材成型的曲率半径。本发明所述的装置和测量方法是通过两台伺服电机控制触头上下运动来测量板上各个点的曲率半径。

图4所描述是三个节点的详细设计，当测量装置在初始状态和测量完毕后都要被提起来时，三个节点要保持在一条直线。此时节点B处，角度编码器处于置零状态，在节点处将第一连杆8和第二连杆9处于对顶状态，此两根连杆的凸台接触(如图4的B节点处)，这样在放松状态下，不需要借助任何元件就可以将两根连杆保持在一条直线上，节点C和节点A都保持同样的设计。

图5详细描述了曲率测量原理，假设板材弯曲后的圆心为O点，过O点连接节点A、B、C，形成三角形OAB,三角形OBC,由于OA、OB、OC为半径，连杆AB＝BC＝L,所以两个三角形全等，我们可以根据节点B处角度编码器转动的角度β，得到角度a＝π-β。因为两个三角形全等且为等腰三角形，角α被OB平分，在三角形OAB中，由三角形余弦关系可以得到从而得出R就是要测量的曲率半径。

图6是对节点B的剖面图，其角度编码器7采用高精度小角度编码器，该角度编码器7的主体部分与第二连杆9通过螺栓固定，角度编码器7的轴与第一连杆8固定，将凸轮6装在角度编码器的轴上且可以在轴上转动。

本发明使弯板曲率测量系统实现自动化，改变过去人工测量以及受环境影响等不足。使船厂的钢板加工工作更加灵活，缩短建造周期，降低了生产成本，促进了船舶行业的自动化进程。

以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然，本发明不限于以上的实施例。该测量装置的尺寸因将要安装的弯辊机不同而有所不同。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.新型板材曲率接触式测量装置，其特征是该测量装置的上下运动通过两个伺服电机交互控制，使测量装置的三个凸轮与待测板材接触，通过角度编码器测量待测板材两边的测量点相对此板材中间点的角度，其中两边测量点与中间点的距离为定值，通过三角函数计算，即得到板材成型的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的测量装置包括转动架(3)、齿条(4)、两台伺服电机和两根连杆；所述两台伺服电机的机轴通过转动架(3)连接在一起，其中第一伺服电机的电机轴上装有与齿条(4)相啮合连接的齿轮，第二伺服电机的电机轴直接与转动架(3)相连；两根连杆长度相同，其一端分别与凸轮(6)、接触式压力传感器(5)相连，其另一端通过角度编码器(7)的轴相连。

3.根据权利要求2所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的转动架(3)，通过焊接方式与第二伺服电机的电机轴相连；该转动架由一块方钢，中间开一宽度稍大于齿轮、齿条的宽度的凹槽组成；该转动架在靠近第一伺服电机的一侧开一孔，以保证该伺服电机的电机轴穿过此孔去连接位于所述凹槽内部的齿轮，该齿轮与齿条(4)相互啮合来带动齿条上下运动。

4.根据权利要求3所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的齿条(4)，装在转动架(3)凹槽内部的齿轮与凹槽底部之间，其正面与齿轮啮合，其背面贴靠转动架(3)凹槽的底部，通过润滑油润滑发生滑动；其上端与齿轮啮合，带动整个测量装置上下运动，通过齿条的带动，测量装置与待测板材接触，同时角度编码器(7)将所测量的角度传输给上位机，由上位机计算出曲率半径；其下端与第一连杆(8)的一端相连处形成关节点A，该齿条与此连杆采用对顶方式，以保持在本测量装置提起时保持水平的初始状态。

5.根据权利要求2所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的接触式压力传感器(5)，其中间的安装孔与连接轴相连，其压力的大小通过数据线与上位机预留接口相连，并将信号传给上位机进行处理。

6.根据权利要求2所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的凸轮(6)，呈圆形，其通过连接轴(12)装在节点A和B处，可以绕着此连接轴旋转。

7.根据权利要求2所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的角度编码器(7)，其主体部分与第二连杆(9)通过螺栓固定，其轴与第一连杆(8)和凸轮(6)相连。

8.根据权利要求2所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的两根连杆，其连接形成三个触点即三个关节点，其长度相等可以形成两个完全相等的三角，通过三角形勾股定理可以计算出曲率半径。

9.根据权利要求8所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征在于所述的两根连杆，其中第一连杆(8)的一端与凸轮(6)相连处形成关节点A，第二连杆(9)的一端与接触式压力传感器(5)相连处形成关节点C，此两根连杆的另一端与角度编码器(7)的轴连接处形成一个关节点B，此三节点在初始状态通过两根连杆的对顶连接保持水平。

10.根据权利要求9所述的新型板材曲率接触式测量装置，其特征是在所述的关节点A、B、C处分别安装一个凸轮(6)，使关节点更好的与待测板材相接触且不划伤板材。