CN111468572B - 一种滚弯工艺控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种滚弯工艺控制方法及系统。所述控制方法：获取型材的目标参数数据；根据目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据；根据回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值；在滚弯成形过程中，实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径反馈值；根据弯曲半径反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值；将弯曲辊位移量反馈值与弯曲辊位移量输出值进行比较，计算弯曲辊的位移误差，根据位移误差调整弯曲辊位移量输出值。本发明在滚弯加工前对滚弯件进行回弹补偿，滚弯过程中通过实时检测误差数据对型材弯曲半径进行矫正，可以减少回弹误差，提高型材滚弯成形精度。

Description

一种滚弯工艺控制方法及系统

技术领域

本发明涉及滚弯加工技术领域，特别是涉及一种滚弯工艺控制方法及系统。

背景技术

滚弯工艺，主要应用于航空、航天及其它工程所需的型材滚弯控制领域，而型材滚弯成形过程，由于材料为弹塑形变形，因此非常容易产生回弹问题，导致成形精度控制非常困难，对于等曲率滚弯可以多道次滚弯进行修正才能保证精度，对于变曲率滚弯，目前并没有好的解决方案。如何提高变曲率滚弯成形质量成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种滚弯工艺控制方法及系统，以提高变曲率滚弯成形质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种滚弯工艺控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

获取型材的目标参数数据；所述目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数、样条曲线参数或函数曲线参数；

根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据；所述回弹前参数数据包括回弹前各弧段半径；

利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值；

根据驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值控制所述滚弯加工设备对型材进行滚弯成形；

在滚弯成形过程中，采用传感器实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径的反馈值；

根据所述弯曲半径的反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值；

将所述弯曲辊位移量反馈值与所述弯曲辊位移量输出值进行比较，计算弯曲辊的位移误差，并根据所述位移误差调整所述弯曲辊位移量输出值。

可选的，所述根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据，具体包括：

根据所述目标参数数据利用三点成圆的方式计算成形后型材的各个弧段的半径；

根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

可选的，所述根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据，具体包括：

根据所述目标参数数据利用曲率公式计算成形后型材的各个弧段的半径；

根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

可选的，所述利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值，具体包括：

以滚弯加工设备的驱动辊的圆心为坐标原点，以驱动辊的圆心和加载辊的圆心所在的直线为y轴，建立坐标系；

在所述坐标系中，建立弯曲辊的直线运动方程：

其中，(x₀,y₀)为弯曲辊的初始位置的坐标，

为弯曲辊的直线运动轨迹上的坐标；A₀为弯曲辊的初始位置的圆心，O为过弯曲辊的初始位置的圆心A₀作直线与驱动辊和加载辊圆心的连线O₁O₂成30°角的交点；R₁为驱动辊的半径，R₂为加载辊的半径，d为O与驱动辊的圆心O₁之间的距离；

在所述坐标系中，对所述回弹前参数数据进行重构，获得回弹前型材的形状曲线；所述形状曲线为回弹前型材的几何中性层的轨迹；

将所述形状曲线的各个弧段沿直线A₀O向远离O点的方向偏移h/2+r的距离，得到偏移后的形状曲线；其中，h表示型材的厚度，r表示弯曲辊的半径；

对所述偏移后的形状曲线进行函数拟合，获得偏移后的形状曲线的拟合函数；

确定所述拟合函数和所述直线运动方程的交点，作为所述弯曲辊的目标位置；

计算弯曲辊的目标位置和弯曲辊的初始位置的距离，作为弯曲辊位移量输出值；

利用公式θ＝l/R₁，计算驱动辊转角θ；其中，l为滚弯弧长，

l_i表示回弹前型材的第i个弧段的弧长，k表示型材的弧段的数量。

可选的，所述弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式为：

其中，Δx为弯曲辊的位移量，R₀为弯曲半径；r为弯曲辊半径，a₀表示弯曲辊的初始位置的圆心与加载辊的圆心的距离；θ表示弯曲辊的运动直线与坐标系的y轴的夹角。

可选的，所述传感器为工业相机、激光位移传感器、三点测量接触式传感器或三点测量非接触式传感器。

一种滚弯工艺控制系统，所述控制系统包括：

目标参数数据获取模块，用于获取型材的目标参数数据；所述目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数、样条曲线参数或函数曲线参数；

回弹前参数数据计算模块，用于根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据；所述回弹前参数数据包括回弹前各弧段半径；

驱动辊转角与弯曲辊位移确定模块，用于利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值；

滚弯成形模块，用于根据驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值控制所述滚弯加工设备对型材进行滚弯成形；

反馈数据采集模块，用于在滚弯成形过程中，采用传感器实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径的反馈值；

移量反馈值确定模块，用于根据所述弯曲半径的反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值；

反馈调整模块，用于将所述弯曲辊位移量反馈值与所述弯曲辊位移量输出值进行比较，计算弯曲辊的位移误差，并根据所述位移误差调整所述弯曲辊位移量输出值。

可选的，所述回弹前参数数据计算模块，具体包括：

第一弧段半径计算子模块，用于根据所述目标参数数据利用三点成圆的方式计算成形后型材的各个弧段的半径；

第一回弹前参数数据计算子模块，用于根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

可选的，所述回弹前参数数据计算模块，具体包括：

第二弧段半径计算子模块，用于根据所述目标参数数据利用曲率公式计算成形后型材的各个弧段的半径；

第二回弹前参数数据计算子模块，用于根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

可选的，所述驱动辊转角与弯曲辊位移确定模块，具体包括：

坐标系建立子模块，用于以滚弯加工设备的驱动辊的圆心为坐标原点，以驱动辊的圆心和加载辊的圆心所在的直线为y轴，建立坐标系；

直线运动方程建立子模块，用于在所述坐标系中，建立弯曲辊的直线运动方程：

其中，(x₀,y₀)为弯曲辊的初始位置的坐标，

为弯曲辊的直线运动轨迹上的坐标；A₀为弯曲辊的初始位置的圆心，O为过弯曲辊的初始位置的圆心A₀作直线与驱动辊和加载辊圆心的连线O₁O₂成30°角的交点；R₁为驱动辊的半径，R₂为加载辊的半径，d为O与驱动辊的圆心O₁之间的距离；

形状曲线获取子模块，用于在所述坐标系中，对所述回弹前参数数据进行重构，获得回弹前型材的形状曲线；所述形状曲线为回弹前型材的几何中性层的轨迹；

形状曲线偏移子模块，用于将所述形状曲线的各个弧段沿直线A₀O向远离O点的方向偏移h/2+r的距离，得到偏移后的形状曲线；其中，h表示型材的厚度，r表示弯曲辊的半径；

函数拟合子模块，用于对所述偏移后的形状曲线进行函数拟合，获得偏移后的形状曲线的拟合函数；

目标位置确定子模块，用于确定所述拟合函数和所述直线运动方程的交点，作为所述弯曲辊的目标位置；

弯曲辊位移计算子模块，用于计算弯曲辊的目标位置和弯曲辊的初始位置的距离，作为弯曲辊位移量输出值；

驱动辊转角计算子模块，用于利用公式θ＝l/R₁，计算驱动辊转角θ；其中，l为滚弯弧长，

l_i表示回弹前型材的第i个弧段的弧长，k表示型材的弧段的数量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出了一种滚弯工艺控制方法及系统，所述控制方法：获取型材的目标参数数据；根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据，所述回弹前参数数据包括回弹前各弧段半径；利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值；在滚弯成形过程中在滚弯成形过程中，采用传感器实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径的反馈值；根据所述弯曲半径的反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值；将所述弯曲辊位移量反馈值与所述弯曲辊位移量输出值进行比较，计算弯曲辊的位移误差，并根据所述位移误差调整所述弯曲辊位移量输出值。本发明在滚弯加工前对滚弯件进行回弹补偿，滚弯过程中通过实时检测误差数据对型材弯曲半径进行矫正，可以减少回弹误差，提高型材滚弯成形精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种滚弯工艺控制方法的流程图；

图2为本发明提供的一种滚弯工艺控制方法的原理图；

图3为本发明提供的重构得到的回弹前型材边线图；

图4为本发明提供的滚弯加工设备的结构组成图；

图5为本发明提供的滚弯加工模型示意图；

图6为本发明提供的滚弯加工模型的几何关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种滚弯工艺控制方法及系统，以提高变曲率滚弯成形质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为了实现上述目的本发明提供一种输电线路区域内施工机械的检测方法，如图1和2所示，所述检测方法包括如下步骤：

一种滚弯工艺控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

步骤101，获取型材的目标参数数据；所述目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数、样条曲线参数或函数曲线参数；本发明的成形后型材在滚弯成形前是没有的，此时其为一个模数参数，将数模参数以曲线、公式或者数据表的形式输入上位机进行计算。数模参数可以为型材(内、外、中性层)边线的点坐标参数、样条曲线参数，也可以是函数曲线。

步骤102，根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据，所述回弹前参数数据包括回弹前各弧段半径。

上位机通过弯曲回弹公式计算数模回弹前各段半径Rⁿ _i。具体的，通过数模参数求数模各段半径R_i(若数模参数为点坐标则利用三点成圆求各段半径R_i；若为样条曲线或函数曲线，则利用曲率公式求各段半径R_i。)，再把数模半径R_i带入弯曲回弹公式中计算出数模回弹前各段半径Rⁿ _i。具体步骤为：

当目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数时：根据所述目标参数数据利用三点成圆的方式计算成形后型材的各个弧段的半径；根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

当目标参数数据为成形后型材的样条曲线参数或函数曲线参数时：根据所述目标参数数据利用曲率公式计算成形后型材的各个弧段的半径；根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

步骤103，利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值。

上位机根据回弹前参数数据、弯曲半径与弯曲辊位移量关系、以及不同半径弧长，计算驱动辊转角与弯曲辊位移关系，然后自动生成驱动辊转角与弯曲辊位移关系曲线数据。即上位机根据回弹前各弧段半径Rⁿ _i和弧长l_i重构得回弹前型材边线，如图3所示，弧段l₁以A'点为起点，弧段l₂与弧段l₁连接，弧段l₂右端与弧段l₁左端为相切关系。各弧段依次相连，得到回弹前型材形线A'B'。

滚弯加工设备的结构组成如图4所示。取任一滚弯位置建立滚弯加工模型如图5所示，型材厚度为h，H为型材几何中性层的轨迹，位于h/2的位置。上辊O₁为驱动辊，位置固定，下辊O₂为加载辊，加载辊上移夹持型材后，驱动辊转动带动型材向左移动，驱动辊转动角度为θ，左辊为弯曲辊，弯曲辊移动使型材弯曲成形，其移动位移量为Δx。取上辊的中心位置O₁为坐标原点，以O₂O₁为y轴建立直角坐标系。

弯曲辊初始位置A₀(x₀,y₀)，沿直线A₀O运动，其直线方程

为

其中，(x₀,y₀)由以下求得

x₀＝-(d+R₁+h+R₂)·tan30°

y₀＝-(R₁+h+R₂)

滚弯时，弯曲辊始终与型材的外边线接触，对于任意时刻的滚弯，弯曲辊中心位置A₁位于距型材中性层H向外偏移h/2+r的轨迹f(x)上。对于f(x)，可由形线H各弧段向外偏移h/2+r得到偏移后的各点位置，使用曲线拟合得到其函数f(x)。利用f(x)和

函数求交点，即

求解得滚弯时成形辊A₁的位置坐标(x₁,y₁)。计算A₁与初始位置A₀的距离，即得到滚弯此位置的弯曲辊位移量

根据滚弯位置，累加各段弧长得到滚弯CD的弧长为

根据θ＝l_CD/R₁，得到此时驱动辊转角。由此得到此滚弯位置下驱动辊转角与弯曲辊位移关系(θ,Δx)。依次计算型材每个位置驱动辊转角θ与弯曲辊位移Δx，得到驱动辊转角与弯曲辊位移关系曲线数据(θ_i,Δx_i)。

步骤104，根据驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值控制所述滚弯加工设备对型材进行滚弯成形。

上位机向控制器下载曲线数据，并给控制器发控制指令。即上位机把驱动辊转角与弯曲辊位移关系曲线下载到控制器，控制器控制弯曲辊位移和驱动辊以一定速度转动相应角度。

型材起始位置识别和滚弯准备：控制器接受上位机数据指令，驱动辊旋转对型材初始位置进行对齐，并带动型材起始工作位置进行准备。

弯曲辊、驱动辊位置控制与型材弯曲；控制器内置电子凸轮协调弯曲辊与驱动辊运动参数，弯曲缸控制弯曲辊位移和驱动电机控制驱动辊转角，型材在弯曲辊、驱动辊和加载辊及导向预弯辊作用下发生弯曲。

步骤105，在滚弯成形过程中，采用传感器实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径的反馈值。

得到的弯曲半径的反馈值上传至上位机。本发明采用的传感器不限于工业相机、激光位移传感器、三点测量接触式传感器和非接触式传感器，对滚弯半径进行实时检测，并将检测数据(型材内、外、中性层边线上的点坐标)实时反馈给上位机。

步骤106，根据所述弯曲半径的反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值。

所述弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式为：

其中，Δx为弯曲辊的位移量，R₀为弯曲半径；r为弯曲辊半径，a₀表示弯曲辊的初始位置的圆心与加载辊的圆心的距离；θ表示弯曲辊的运动直线与坐标系的y轴的夹角。

即：上位机利用传感器采集数据计算实际弯曲半径R_o并与数模半径R(利用回弹前参数数据中的半径)进行对比计算弯曲辊位移误差Δx_z，并发送给控制器，控制器动态调整弯曲缸与驱动辊速度、位置参数，对型材弯曲半径进行补偿，实现滚弯的半闭环控制。

具体步骤为：上位机对传感器反馈的点坐标利用三点成圆法得到实际弯曲半径R_o，根据图6中的几何关系，得到弯曲半径R_o与位移量Δx的关系式，其中，θ可以为但不限于30°。

把检测半径R_o代入得位移量Δx₁，此段数模半径R代入得位移量Δx₂，从而得到此段位移误差Δx_z＝Δx₁-Δx₂，并把弯曲辊位移误差Δx_z，发送给控制器，控制器动态调整弯曲辊的位移和移速，对型材进行误差补偿，实现滚弯的半闭环控制。

步骤107，将所述弯曲辊位移量反馈值与所述弯曲辊位移进行比较，计算弯曲辊的位移误差，并根据所述位移误差调整所述弯曲辊位移。

本发明还提供一种滚弯工艺控制系统，所述控制系统包括：

目标参数数据获取模块，用于获取型材的目标参数数据；所述目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数、样条曲线参数或函数曲线参数；

回弹前参数数据计算模块，用于根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据，所述回弹前参数数据包括回弹前各弧段半径；

当目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数时：所述回弹前参数数据计算模块，具体包括：第一弧段半径计算子模块，用于根据所述目标参数数据利用三点成圆的方式计算成形后型材的各个弧段的半径；第一回弹前参数数据计算子模块，用于根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

当目标参数数据为成形后型材的样条曲线参数或函数曲线参数时：所述回弹前参数数据计算模块，具体包括：第二弧段半径计算子模块，用于根据所述目标参数数据利用曲率公式计算成形后型材的各个弧段的半径；第二回弹前参数数据计算子模块，用于根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

驱动辊转角与弯曲辊位移确定模块，用于利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值；

所述驱动辊转角与弯曲辊位移确定模块，具体包括：坐标系建立子模块，用于以滚弯加工设备的驱动辊的圆心为坐标原点，以驱动辊的圆心和加载辊的圆心所在的直线为y轴，建立坐标系；直线运动方程建立子模块，用于在所述坐标系中，建立弯曲辊的直线运动方程：

其中，(x₀,y₀)为弯曲辊的初始位置的坐标，

为弯曲辊的直线运动轨迹上的坐标；A₀为弯曲辊的初始位置的圆心，O为过弯曲辊的初始位置的圆心A₀作直线与驱动辊和加载辊圆心的连线O₁O₂成30°角的交点；R₁为驱动辊的半径，R₂为加载辊的半径，d为O与驱动辊的圆心O₁之间的距离；形状曲线获取子模块，用于在所述坐标系中，对所述回弹前参数数据进行重构，获得回弹前型材的形状曲线；所述形状曲线为回弹前型材的几何中性层的轨迹；形状曲线偏移子模块，用于将所述形状曲线的各个弧段沿直线A₀O向远离O点的方向偏移h/2+r的距离，得到偏移后的形状曲线；其中，h表示型材的厚度，r表示弯曲辊的半径；函数拟合子模块，用于对所述偏移后的形状曲线进行函数拟合，获得偏移后的形状曲线的拟合函数；目标位置确定子模块，用于确定所述拟合函数和所述直线运动方程的交点，作为所述弯曲辊的目标位置；弯曲辊位移计算子模块，用于计算弯曲辊的目标位置和弯曲辊的初始位置的距离，作为弯曲辊位移量输出值；驱动辊转角计算子模块，用于利用公式θ＝l/R₁，计算驱动辊转角θ；其中，l为滚弯弧长，

l_i表示回弹前型材的第i个弧段的弧长，k表示型材的弧段的数量。

滚弯成形模块，用于根据驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值控制所述滚弯加工设备对型材进行滚弯成形。

反馈数据采集模块，用于在滚弯成形过程中，采用传感器实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径的反馈值。

移量反馈值确定模块，用于根据所述弯曲半径的反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值。

反馈调整模块，用于将所述弯曲辊位移量反馈值与所述弯曲辊位移量输出值进行比较，计算弯曲辊的位移误差，并根据所述位移误差调整所述弯曲辊位移量输出值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出了一种滚弯工艺控制方法及系统，本发明滚弯加工前对滚弯件进行回弹补偿，滚弯过程中通过实时检测误差数据对型材弯曲半径进行矫正，可以减少回弹误差，提高型材滚弯成形精度。

本说明书中等效实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，等效实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种滚弯工艺控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

获取型材的目标参数数据；所述目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数、样条曲线参数或函数曲线参数；

根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据；所述回弹前参数数据包括回弹前各弧段半径；

利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值；

根据驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值控制所述滚弯加工设备对型材进行滚弯成形；

在滚弯成形过程中，采用传感器实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径的反馈值；

根据所述弯曲半径的反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值；

将所述弯曲辊位移量反馈值与所述弯曲辊位移量输出值进行比较，计算弯曲辊的位移误差，并根据所述位移误差调整所述弯曲辊位移量输出值。

2.根据权利要求1所述的滚弯工艺控制方法，其特征在于，所述根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据，具体包括：

根据所述目标参数数据利用三点成圆的方式计算成形后型材的各个弧段的半径；

根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

3.根据权利要求1所述的滚弯工艺控制方法，其特征在于，所述根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据，具体包括：

根据所述目标参数数据利用曲率公式计算成形后型材的各个弧段的半径；

根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

4.根据权利要求1所述的滚弯工艺控制方法，其特征在于，所述利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值，具体包括：

以滚弯加工设备的驱动辊的圆心为坐标原点，以驱动辊的圆心和加载辊的圆心所在的直线为y轴，建立坐标系；

在所述坐标系中，建立弯曲辊的直线运动方程：

其中，(x₀,y₀)为弯曲辊的初始位置的坐标，

为弯曲辊的直线运动轨迹上的坐标；A₀为弯曲辊的初始位置的圆心，O为过弯曲辊的初始位置的圆心A₀作直线与驱动辊和加载辊圆心的连线O₁O₂成30°角的交点；R₁为驱动辊的半径，R₂为加载辊的半径，d为O与驱动辊的圆心O₁之间的距离；

在所述坐标系中，对所述回弹前参数数据进行重构，获得回弹前型材的形状曲线；所述形状曲线为回弹前型材的几何中性层的轨迹；

将所述形状曲线的各个弧段沿直线A₀O向远离O点的方向偏移h/2+r的距离，得到偏移后的形状曲线；其中，h表示型材的厚度，r表示弯曲辊的半径；

对所述偏移后的形状曲线进行函数拟合，获得偏移后的形状曲线的拟合函数；

确定所述拟合函数和所述直线运动方程的交点，作为所述弯曲辊的目标位置；

计算弯曲辊的目标位置和弯曲辊的初始位置的距离，作为弯曲辊位移量输出值；

利用公式θ＝l/R₁，计算驱动辊转角θ；其中，l为滚弯弧长，

l_i表示回弹前型材的第i个弧段的弧长，k表示型材的弧段的数量。

5.根据权利要求1所述的滚弯工艺控制方法，其特征在于，所述弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式为：

其中，Δx为弯曲辊的位移量，R₀为弯曲半径；r为弯曲辊半径，a₀表示弯曲辊的初始位置的圆心与加载辊的圆心的距离；θ表示弯曲辊的运动直线与坐标系的y轴的夹角。

6.根据权利要求1所述的滚弯工艺控制方法，其特征在于，所述传感器为工业相机、激光位移传感器、三点测量接触式传感器或三点测量非接触式传感器。

7.一种滚弯工艺控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

目标参数数据获取模块，用于获取型材的目标参数数据；所述目标参数数据为成形后型材的边线点坐标参数、样条曲线参数或函数曲线参数；

回弹前参数数据计算模块，用于根据所述目标参数数据利用回弹公式计算回弹前参数数据；所述回弹前参数数据包括回弹前各弧段半径；

驱动辊转角与弯曲辊位移确定模块，用于利用滚弯加工设备的结构参数，根据所述回弹前参数数据，确定滚弯加工设备的驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值；

滚弯成形模块，用于根据驱动辊转角输出值与弯曲辊位移量输出值控制所述滚弯加工设备对型材进行滚弯成形；

反馈数据采集模块，用于在滚弯成形过程中，采用传感器实时检测滚弯成形后型材的实际弯曲半径，获得弯曲半径的反馈值；

位移量反馈值确定模块，用于根据所述弯曲半径的反馈值，利用弯曲半径与弯曲辊的位移量的关系式，确定弯曲辊位移量反馈值；

反馈调整模块，用于将所述弯曲辊位移量反馈值与所述弯曲辊位移量输出值进行比较，计算弯曲辊的位移误差，并根据所述位移误差调整所述弯曲辊位移量输出值。

8.根据权利要求7所述的滚弯工艺控制系统，其特征在于，所述回弹前参数数据计算模块，具体包括：

第一弧段半径计算子模块，用于根据所述目标参数数据利用三点成圆的方式计算成形后型材的各个弧段的半径；

第一回弹前参数数据计算子模块，用于根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

9.根据权利要求7所述的滚弯工艺控制系统，其特征在于，所述回弹前参数数据计算模块，具体包括：

第二弧段半径计算子模块，用于根据所述目标参数数据利用曲率公式计算成形后型材的各个弧段的半径；

第二回弹前参数数据计算子模块，用于根据成形后型材的各个弧段的半径，利用弯曲回弹公式：

计算回弹前参数数据；

其中，Rⁿ _i表示回弹前型材的第i个弧段的半径，R_i表示成形后型材的第i个弧段的半径，σ_s表示型材的屈服应力，ε_s表示型材的屈服应变，ρ表示型材的几何中性层半径，E表示型材的弹性模量，D表示型材的应变刚模量，h表示型材的厚度，A₁表示型材的压缩塑性区面积，A₂表示型材的中间弹性区面积，A₃表示型材的拉伸塑性区面积，S₁表示A₁对x轴的静矩，S₂表示A₂对x轴的静矩，S₃表示A₃对x轴的静矩。

10.根据权利要求7所述的滚弯工艺控制系统，其特征在于，所述驱动辊转角与弯曲辊位移确定模块，具体包括：

坐标系建立子模块，用于以滚弯加工设备的驱动辊的圆心为坐标原点，以驱动辊的圆心和加载辊的圆心所在的直线为y轴，建立坐标系；

直线运动方程建立子模块，用于在所述坐标系中，建立弯曲辊的直线运动方程：

其中，(x₀,y₀)为弯曲辊的初始位置的坐标，

为弯曲辊的直线运动轨迹上的坐标；A₀为弯曲辊的初始位置的圆心，O为过弯曲辊的初始位置的圆心A₀作直线与驱动辊和加载辊圆心的连线O₁O₂成30°角的交点；R₁为驱动辊的半径，R₂为加载辊的半径，d为O与驱动辊的圆心O₁之间的距离；

形状曲线获取子模块，用于在所述坐标系中，对所述回弹前参数数据进行重构，获得回弹前型材的形状曲线；所述形状曲线为回弹前型材的几何中性层的轨迹；

形状曲线偏移子模块，用于将所述形状曲线的各个弧段沿直线A₀O向远离O点的方向偏移h/2+r的距离，得到偏移后的形状曲线；其中，h表示型材的厚度，r表示弯曲辊的半径；

函数拟合子模块，用于对所述偏移后的形状曲线进行函数拟合，获得偏移后的形状曲线的拟合函数；

目标位置确定子模块，用于确定所述拟合函数和所述直线运动方程的交点，作为所述弯曲辊的目标位置；

弯曲辊位移计算子模块，用于计算弯曲辊的目标位置和弯曲辊的初始位置的距离，作为弯曲辊位移量输出值；

驱动辊转角计算子模块，用于利用公式θ＝l/R₁，计算驱动辊转角θ；其中，l为滚弯弧长，

l_i表示回弹前型材的第i个弧段的弧长，k表示型材的弧段的数量。

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