CN113109169B - 一种反弯校直中回弹量的实时测量装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反弯校直过程中回弹量在线检测装置与方法。包含压头下主体、压头上主体、固定螺栓、光栅尺和电动缸；压头下主体固定在压头上主体底面，压头上主体通过固定螺栓固定于动尺卡盘底部，电动缸固定在导轨上，电动缸侧部固定有光栅尺，电动缸的输出杆朝下并穿过导轨后和动尺卡盘固定连接，光栅尺连接动尺连杆上端，动尺连杆下端穿过导轨后和动尺卡盘固定连接。本发明具有调整、补偿功能，对校直下压量及时的进行调整，使被校直工件的下压量更加准确，对卸载时回弹量的测量进行误差补偿，使回弹量的测量更加精确。

Description

一种反弯校直中回弹量的实时测量装置与方法
技术领域
本发明涉及压力校直即反弯校直装置，具体说是涉及反弯校直过程中校直下压量的精确下压与回弹量的实时精确测量。
背景技术
校直作为一种使工件获得满足要求的直线度的手段，在各个领域有着广泛的应用。校直一般分为辊式校直、压力校直、拉伸校直和拉弯校直。压力校直通常是指三点式的校直方式，也就是常说的反弯校直，校直过程为压头下压一定的距离，使得带有一定初始挠度的轴产生塑性变形，回弹之后正好抵消初始挠度。而在反弯校直设备研发过程中，压头的实际下压量与理论下压量是否存在偏差，回弹量的测量是否精确，对于矫直精度有着至关重要的影响。在自制的校直设备中，校直压头的行程是靠光栅尺测量，通过测量压头的行程来获得工件弯曲的挠度，而工件弯曲的挠度直接影响校直效果，所以为了提高校直精度，工件弯曲开始起始点必须得到精确的采集，从而作为光栅尺测量开始的信号，否则下压量会不准确，造成校直效果不理想。并且在校直的实验过程中，回弹量的测量精度也直接反映在校直效果中，如果不能准确获取回弹量，就无法获得精确地校直效果。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种反弯校直中回弹量的实时测量装置与方法，利用反弯校直设备进行校直时，工件开始弯曲以及结束回弹的信号触发装置，从而通过提高下压的精度以提高校直效果，并且在回弹过程中，能够采集到工件回弹结束信号，并对回弹量进行补偿，从而提高回弹量测量精度，提高校直效果。
本发明所采用的技术方案是：
整个装置结构上是以压头为主体进行设计的，压头为了调整安装角度分为了两部分，其主要结构在下半部分。下主体中间打有沉头孔，沉头部分有螺纹，沉头孔中间放置活塞杆，用来传导运动。活塞杆为法兰结构，圆盘用来抵住弹簧。螺纹处旋有螺纹柱，柱上套有压电膜片以及垫圈，垫圈与上述弹簧压紧。压电膜片引出线与电荷放大器相连，将电荷进行放大。放大器直接接入PLC输入端，在PLC内程序设置比较环节，将放大器输入电压与阈值进行比较，比较结果作为后续程序执行的判断条件。此外，光栅尺和电动缸缸体固定，光栅尺的动尺与压头固定，从而可以与压头一起移动。
工作时，可以对校直下压量及时的进行调整，同时对卸载时回弹量的测量进行误差补偿，使测量更加精确。
本发明的装置和方法实现了误差补偿功能：下压时，对下压量及时的进行调整、补偿，从而使被校直工件的实际下压量达到预定值。同时，在卸载时，可以对光栅尺测得的回弹量进行补偿，误差消除，从而获得回弹量的真实值，从而提高校直精度。
本发明有益效果是：
1、可以准确地得到被校工件在受力下压后弯曲变形的起止和结束信号。压头下压时，当压头下有一定的压力说明压头与工件接触，此时进行采集，当卸载时，压头与工件的压力变小，当快要脱离时，电压比较器输入电压小于阈值，便停止采集数据。通过数据处理，从而可以较准确的获得回弹量等数据。
2、对整个触发装置有保护作用。当活塞杆完全缩入压头时，压电膜片所受压力便不再变化，避免了受力过大将其损坏。
3、能够调整安装角度，使得压头的长边始终与被校直工件垂直。上下部分开，并通过螺栓连接，可以调整安装角度。
4、可以对校直下压量进行调整、补偿，从而提高角质精度。
附图说明
图1为发明结构简图；
图2为压头下压结构简图；
图3为压头下部分结构图；
图4为信号处理与相关控制系统图；
图5为压头下主体结构图。
图中，支撑1，被校直工件2，压头下主体3，压头上主体4，固定螺栓5，活塞杆6，弹簧7，压电膜片8，螺纹导向柱9，垫片10，光栅尺11，动尺卡盘12，动尺连杆13，导轨14，电动缸15，引线槽16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，装置包含压头下主体3、压头上主体4、固定螺栓5、光栅尺11和电动缸15；压头下主体3固定在压头上主体4底面，压头上主体4通过固定螺栓5固定于动尺卡盘12底部，电动缸15固定在导轨14上，电动缸15侧部固定有光栅尺11，电动缸15的输出杆朝下并穿过导轨14后和动尺卡盘12固定连接，光栅尺11连接动尺连杆13上端，动尺连杆13下端穿过导轨14后和动尺卡盘12固定连接，动尺连杆13与动尺卡盘12用螺栓紧固。
具体实施中，被校直工件2通过支撑1布置，压头下主体3位于被校直工件2之上，压头下主体3在电动缸15的输出杆带动下下压到被校直工件2表面。
如图3所示，压头下主体3中间打有沉头孔，沉头孔的沉头部分有螺纹，沉头孔下部贯穿出压头下主体3，活塞杆6安装在压头下主体3的沉头孔中，活塞杆6下端穿出沉头孔伸出到压头下主体3外，用于连接到被校直工件2表面；螺纹导向柱9通过螺纹安装在压头下主体3的沉头孔的沉头部分中，且旋紧，螺纹导向柱9的底面设有中心导向柱，中心导向柱外套有压电膜片8，活塞杆6上端和压电膜片8之间设有弹簧7，弹簧7上下两端分别连接到压电膜片8底面和活塞杆6顶面。
压头下主体3和压头上主体4构成了压头，当电动缸15动作时，光栅尺11的动尺部分随压头一起移动，进而测出位移。
如图4所示，还包括PLC、计算机、电荷放大器、压电膜片8和光栅尺11；PLC分别和计算机、光栅尺11连接，PLC经电荷放大器、压电膜片8连接。
压电膜片8外接电荷放大器，电荷放大器接PLC模拟量输入端，PLC与计算机以及光栅尺相连，并采集数据和将数据上传到计算机。
活塞杆6上端伸入到沉头孔的沉头部分中的部分形成台阶，台阶直径大于沉头孔的下部孔的直径，使得台阶和沉头孔的沉头部分安装配合，活塞杆6不会从沉头孔落下。
如图5所示，压头下主体3顶面开设引线槽16，引线槽16用于将压电膜片8的输出导线引出。
弹簧7和压电膜片8之间设有垫片10，弹簧7经垫片10连接到压电膜片8。
本发明中能够采集工件弯曲信号，并通过对校直下压量调节，从而使工件真实弯曲挠度达到预定值，提高校直精度，并且在回弹过程中，能够采集到工件回弹结束信号，并对回弹量进行补偿，从而提高回弹量测量精度，提高校直效果。
工作时，电动缸15开始运动，光栅尺11的动尺部分随着压头下移。当压头受压，活塞杆6向上缩入压头下主体3，此时向上压动弹簧7，使得弹簧7压缩，经垫片10传导，压电膜片8上受力增大，压电膜片8外接线两级电荷改变，经电荷放大器放大之后接入PLC模拟量输入端，PLC内部获得模拟量输入端电压与预先设定的电压阈值比较：
当活塞杆6将要完全缩入压头下主体3时，模拟量输入端电压大于电压阈值时，PLC才开始控制光栅尺11采集位移数据，并将位移数据传入计算机并保存。
当卸载时，压头与被校直工件2分离，活塞杆6在弹簧7的力下伸出，压电膜片8受力减小，经电荷放大器放大的电压变小，直到模拟量输入端电压小于电压阈值时，PLC开始停止采集光栅尺11的位移数据和上传计算机。
此时，将采集的位移数据进行处理，便得到比较精确的下压量以及回弹量等信号。
如图3所示，活塞杆6露出部分为D，当校直时，压头匀速下压，活塞杆6被完全压入压头下主体3，图4中放大器由采用大时间常数的放大器，从而可以测量准静态力，此时经放大器接入PLC的电压为V。
压电元件受力时经放大器放大的电压U根据活塞杆6被压入长度与力的关系获得：
U＝d×k×l
其中，d为压电元件的压电系数与放大器放大系数的组合系数，F为压电元件所受的力，其中k为弹性系数。
具体实施中PLC中的电压阈值设置为VY，此时活塞杆6进入压头下主体3长度为
Figure GDA0003609647090000041
外部剩余长度为
Figure GDA0003609647090000042
L表示光栅尺从大于等于电压阈值开始测量获得的位移，由于此时已经开始读取光栅尺11的数据，距离被校直工件2被压弯还有
Figure GDA0003609647090000043
的距离，则利用数据
Figure GDA0003609647090000044
对下压量进行调整、补偿。
在卸载过程中，也是按此原理进行补偿。
由此实施可见，本发明能够通过提高下压的精度以提高校直效果，同时具有调整、补偿功能，可以对校直下压量及时的进行调整，使被校直工件的下压量更加准确，同时对卸载时回弹量的测量进行误差补偿，使回弹量的测量更加精确。

Claims (6)

1.一种反弯校直过程中回弹量在线检测装置，其特征在于：包含压头下主体(3)、压头上主体(4)、固定螺栓(5)、光栅尺(11)和电动缸(15)；压头下主体(3)固定在压头上主体(4)底面，压头上主体(4)通过固定螺栓(5)固定于动尺卡盘(12)底部，电动缸(15)固定在导轨(14)上，电动缸(15)侧部固定有光栅尺(11)，电动缸(15)的输出杆朝下并穿过导轨(14)后和动尺卡盘(12)固定连接，光栅尺(11)连接动尺连杆(13)上端，动尺连杆(13)下端穿过导轨(14)后和动尺卡盘(12)固定连接；
所述的压头下主体(3)中间打有沉头孔，沉头孔的沉头部分有螺纹，活塞杆(6)安装在压头下主体(3)的沉头孔中，活塞杆(6)下端穿出沉头孔伸出到压头下主体(3)外；螺纹导向柱(9)通过螺纹安装在压头下主体(3)的沉头孔的沉头部分中，螺纹导向柱(9)的底面设有中心导向柱，中心导向柱外套有压电膜片(8)，活塞杆(6)上端和压电膜片(8)之间设有弹簧(7)，弹簧(7)上下两端分别连接到压电膜片(8)底面和活塞杆(6)顶面。
2.根据权利要求1所述的一种反弯校直过程中回弹量在线检测装置，其特征在于：还包括PLC、计算机、电荷放大器、压电膜片(8)和光栅尺(11)；PLC分别和计算机、光栅尺(11)连接，PLC经电荷放大器、压电膜片(8)连接。
3.根据权利要求1所述的一种反弯校直过程中回弹量在线检测装置，其特征在于：所述的活塞杆(6)上端伸入到沉头孔的沉头部分中的部分形成台阶，台阶直径大于沉头孔的下部孔的直径，使得台阶和沉头孔的沉头部分安装配合。
4.根据权利要求1所述的一种反弯校直过程中回弹量在线检测装置，其特征在于：所述的压头下主体(3)顶面开设引线槽(16)，引线槽(16)用于将压电膜片(8)的输出导线引出。
5.根据权利要求1所述的一种反弯校直过程中回弹量在线检测装置，其特征在于：所述的弹簧(7)和压电膜片(8)之间设有垫片(10)，弹簧(7)经垫片(10)连接到压电膜片(8)。
6.应用于权利要求1所述一种反弯校直过程中回弹量在线检测装置的在线检测方法，其特征在于：所述的电动缸(15)运动带动光栅尺(11)的动尺部分随着压头下移，压头被校直工件(2)表面受压，活塞杆(6)向上缩入压头下主体(3)的沉头孔内，向上压动弹簧(7)经垫片(10)传导到压电膜片(8)，压电膜片(8)实时监测压力经电荷放大器放大输入PLC获得模拟量输入端电压，将模拟量输入端电压与预先设定的电压阈值比较：若模拟量输入端电压大于等于电压阈值时，PLC才开始控制光栅尺(11)采集位移数据，并将位移数据传入计算机并保存；若模拟量输入端电压小于电压阈值时，PLC开始停止控制光栅尺(11)采集位移数据和上传计算机；
最终在PLC控制光栅尺(11)读取到的位移L后，按照以下公式补偿：
Figure FDA0003616571730000021
其中，VY表示电压阈值，d为压电元件的压电系数与放大器放大系数的组合系数，k为弹簧(7)的弹性系数，D表示活塞杆(6)露出部分的长度。
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