CN114091195A - 一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法 - Google Patents

一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，包括：按照预设坐标数据加工弯管，测量弯曲后管路的点云数据；在三维设计软件中测量管路设计模型的理论XYZ坐标数据；将弯曲后管路的点云数据导入三维设计软件，通过三维设计软件中逆向创建弯曲后管路的起点、终点、相邻两直线段轴线的交点，测量得到实际XYZ坐标数据；将理论XYZ坐标数据、实际XYZ坐标数据转化为加工指令YBC数据；计算理论加工指令YBC数据与实际加工指令YBC数据之间差值，得到补偿修正参数。能提高管路加工效率，短时间内可准确、高效地完成弯管调试工作，弯管过程趋于简单化，更易于操作，同时也减少过程中的物料损耗。

Description

一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法
技术领域
本发明属于弯管成型工艺技术领域，涉及一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法。
背景技术
目前在管路加工领域，管路的弯曲加工后存在回弹及拉伸变形现象，这会导致管路弯曲角度变小，轴线变长和弯曲半径变大的情况，这些严重影响了弯管加工的精度和效率。人们通常会根据经验总结出回弹及拉伸数据供生产参考使用，但影响弯管回弹及拉伸的因素很多且复杂，经验数据误差往往会比较大，弯管成型精度不理想。虽然数控弯管设备调整好后的工艺参数已经确定，但随着模具更换，弯管模具加紧力的变化，以及批次间管路材质的轻微差异等等，均会影响到管路的成型加工，实际弯管工况更为复杂。因此，数控弯管机在弯管作业时不能直接使用管形数据加工，弯管加工偏差大、精度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，解决了现有技术中存在的弯管加工偏差大、精度低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，包括以下步骤：
步骤1、按照预设坐标数据加工弯管，测量弯曲后管路的点云数据；
步骤2、在三维设计软件中测量管路设计模型的理论XYZ坐标数据；
步骤3、将弯曲后管路的点云数据导入三维设计软件，通过三维设计软件中逆向创建弯曲后管路的起点、终点、相邻两直线段轴线的交点，测量得到实际XYZ坐标数据；
步骤4、将理论XYZ坐标数据、实际XYZ坐标数据转化为加工指令YBC数据；
步骤5、计算理论加工指令YBC数据与实际加工指令YBC数据之间差值，得到补偿修正参数。
本发明的特点还在于：
步骤4具体为：在三维设计软件中将理论XYZ坐标数据、实际XYZ坐标数据导出到Excel文档，通过预先在Excel文档设置的算法转换得到加工指令YBC数据。
步骤4中加工指令YBC数据包括送料长度、弯曲角度、空间转角。
步骤4中Excel文档设置的算法如下：
步骤A、假设弯曲后管路的坐标点分别为P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4)，弯曲半径为R，根据弯曲后管路的交点坐标值计算相邻两坐标点P1P2、P2P3、P3P4间的长度，即矢量PiPj的长度：
Figure BDA0003360189490000021
则矢量P1P2、P2P3、P3P4的方向余弦：
Figure BDA0003360189490000022
式中i＝1，2，3；
矢量P1P2与矢量P2P3的夹角余弦cosDOB1＝cosα1cosα2+cosβ1cosβ2+cosγ1cosγ2，
弯曲角度DOB1＝arcos(cosα1cosα2+cosβ1cosβ2+cosγ1cosγ2)；
同理，矢量P2P3与矢量P3P4的弯曲角度为：
DOB2＝arcos(cosα2cosα3+cosβ2cosβ3+cosγ2cosγ3)；
步骤B、根据弯曲角度得到弯曲后管路的首、末段直线送料长度
Figure BDA0003360189490000031
中间段弯曲圆弧送料长度
Figure BDA0003360189490000032
步骤C、采用规格化办法，计算矢量P1P2与矢量P2P3构成的平面法线P2V1的方向余弦为：
Figure BDA0003360189490000033
Figure BDA0003360189490000034
Figure BDA0003360189490000035
其中，
cosα1x＝cosβ1cosγ2-cosβ2cosγ1；
cosβ1x＝cosα2cosγ1-cosα1cosγ2；
cosγ1x＝cosα1cosβ2-cosα2cosβ1；
同理求出矢量P2P3与矢量P3P4构成的平面法线P3V2的方向余弦：
cosα2d,cosβ2d,cosγ2d；
则空间转角大小为：
|POB1|＝arcos(cosα1dcosα2d+cosβ1dcosβ2d+cosγ1dcosγ2d)；
步骤D、计算矢量P2V1和矢量P3V2的矢量积Vxd的方向余弦cosαxd，cosβxd，cosγxd，并规格化，判断该矢量与矢量P2P3的数量积：
d0＝cosαxdcosα2+cosβxdcosβ2+cosγxdcosγ2；
若d0≥0，空间转角为正向旋转，d0＜0，空间转角为反向旋转。
步骤5具体为：将步骤4得到的理论加工指令YBC数据、实际加工指令YBC数据，导入到不同型号数控弯管设备对应的预先设计的Excel工作表内，得到设计模型理论和弯管加工实际间的差值，即弯管回弹及拉伸变形补偿修正参数。
本发明的有益效果是：
本发明的一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，结合应用三维设计软件及其二次开发、VB编程、Excel等，通过管路扫描逆向创建、XYZ点坐标自动导出和数控弯管YBC指令转换，计算得到弯管补偿修正参数，解决了依据以往经验弯管加工偏差大、精度低的问题；能提高管路加工效率，减少操作人员对于经验的依赖，为弯管加工提供了强有力的数据支撑，短时间内可准确、高效地完成弯管调试工作，弯管过程趋于简单化，更易于操作，同时也减少过程中的物料损耗。
附图说明
图1是本发明一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法的流程图；
图2是本发明一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法中实施例的坐标数据导出界面示意图；
图3是本发明一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法中实施例的补偿修正参数示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、按照预设坐标数据加工弯管，测量弯曲后管路的点云数据；
步骤2、在三维设计软件中测量管路设计模型的理论XYZ坐标数据；
步骤3、将弯曲后管路的点云数据导入三维设计软件，通过三维设计软件中逆向创建弯曲后管路的起点、终点、相邻两直线段轴线的交点，测量得到实际XYZ坐标数据；
步骤4、将理论XYZ坐标数据、实际XYZ坐标数据转化为加工指令YBC数据；
具体的，将理论XYZ坐标数据、实际XYZ坐标数据导出到Excel文档，通过预先在Excel文档设置的算法转换得到加工指令YBC数据，加工指令YBC数据包括送料长度、弯曲角度、空间转角。本实施例中，如图2所示，将理论或实际XYZ坐标数据写入区域位于“xyz2ybc”工作表A1:E23区域，根据坐标点X、Y、Z、R顺序存储，数据通过三维设计软件宏脚本自动导入Excel工作表，管路坐标点数据转化区域位于“xyz2ybc”工作表G1:AZ23区域。
三维设计软件XYZ坐标数据导出到Excel文档运用的宏脚本代码如下：
Figure BDA0003360189490000051
Figure BDA0003360189490000061
Figure BDA0003360189490000071
MsgBox"已成功导出"&PtNumber&"个测量点，并将其存储在excel文档",vbOKOnly,"提示信息"
数据转化主要运用Excel自带函数和公式，所运用的公式如下：
步骤A、假设弯曲后管路的坐标点分别为P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4)，弯曲半径为R，根据弯曲后管路的交点坐标值计算相邻两坐标点P1P2、P2P3、P3P4间的长度，即矢量PiPj的长度：
Figure BDA0003360189490000072
则矢量P1P2、P2P3、P3P4的方向余弦：
Figure BDA0003360189490000081
Figure BDA0003360189490000082
式中i＝1,2,3；
矢量P1P2与矢量P2P3的夹角余弦cosDOB1＝cosα1cosα2+cosβ1cosβ2+cosγ1cosγ2，弯曲角度DOB1＝arcos(cosα1cosα2+cosβ1cosβ2+cosγ1cosγ2)，同理，矢量P2P3与矢量P3P4的弯曲角度DOB2＝arcos(cosα2cosα3+cosβ2cosβ3+cosγ2cosγ3)；
步骤B、根据弯曲角度得到弯曲后管路的首、末段直线送料长度，对于首末段而言，只有一段弯曲圆弧，则首段直线送料长度
Figure BDA0003360189490000083
末段直线送料长度
Figure BDA0003360189490000084
对于中间段而言，包含两段弯曲圆弧，则中间段弯曲圆弧送料长度
Figure BDA0003360189490000085
步骤C、采用规格化办法，计算矢量P1P2与矢量P2P3构成的平面法线P2V1的方向余弦为：
Figure BDA0003360189490000086
Figure BDA0003360189490000087
Figure BDA0003360189490000088
其中，
cosα1x＝cosβ1cosγ2-cosβ2cosγ1；
cosβ1x＝cosα2cosγ1-cosα1cosγ2；
cosγ1x＝cosα1cosβ2-cosα2cosβ1；
同理求出矢量P2P3与矢量P3P4构成的平面法线P3V2的方向余弦：cosα2d，cosβ2d，cosγ2d；
则空间转角大小为：
|POB1|＝arcos(cosα1dcosα2d+cosβ1dcosβ2d+cosγ1dcosγ2d)；
步骤D、判断转角POB符号的正负，即确定空间转角的旋转方向，采用与矢量P1P2与矢量P2P3构成的平面法线P2V1的方向余弦相同的计算方法，计算矢量P2V1和矢量P3V2的矢量积Vxd的方向余弦cosαxd，cosβxd，cosγxd，并规格化，判断该矢量(矢量Vxd)与矢量P2P3的数量积：
d0＝cosαxdcosα2+cosβxdcosβ2+cosγxdcosγ2；
若d0≥0，空间转角为正向旋转，d0＜0，空间转角为反向旋转。
步骤5、计算理论加工指令YBC数据与实际加工指令YBC数据之间差值，得到补偿修正参数；
具体的，本实施例根据上述计算方法得到的送料长度、弯曲角度、空间转角数据如图3所示，将得到的理论加工指令YBC数据或实际加工指令YBC数据，导入到不同型号数控弯管设备对应的预先设计的Excel工作表内，得到设计模型理论和弯管加工实际间的差值，即弯管回弹及拉伸变形补偿修正参数，将该修正参数输入数控弯管机补偿参数界面即可在后面弯管成型时进行相应的回弹及拉伸变形补偿，成型加工将更加精确。
通过以上方式，本发明的一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，结合应用三维设计软件及其二次开发、VB编程、Excel等，通过管路扫描逆向创建、XYZ点坐标自动导出和数控弯管YBC指令转换，计算得到弯管补偿修正参数，解决了依据以往经验弯管加工偏差大、精度低的问题；能提高管路加工效率，减少操作人员对于经验的依赖，为弯管加工提供了强有力的数据支撑，短时间内可准确、高效地完成弯管调试工作，弯管过程趋于简单化，更易于操作，同时也减少过程中的物料损耗。

Claims (5)

1.一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按照预设坐标数据加工弯管，测量弯曲后管路的点云数据；
步骤2、在三维设计软件中测量管路设计模型的理论XYZ坐标数据；
步骤3、将弯曲后管路的点云数据导入三维设计软件，通过三维设计软件中逆向创建弯曲后管路的起点、终点、相邻两直线段轴线的交点，测量得到实际XYZ坐标数据；
步骤4、将所述理论XYZ坐标数据、实际XYZ坐标数据转化为加工指令YBC数据；
步骤5、计算理论加工指令YBC数据与实际加工指令YBC数据之间差值，得到补偿修正参数。
2.根据权利要求1所述的一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，其特征在于，步骤4具体为：在三维设计软件中将所述理论XYZ坐标数据、实际XYZ坐标数据导出到Excel文档，通过预先在Excel文档设置的算法转换得到加工指令YBC数据。
3.根据权利要求1所述的一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，其特征在于，步骤4中所述加工指令YBC数据包括送料长度、弯曲角度、空间转角。
4.根据权利要求3所述的一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，其特征在于，步骤4中Excel文档设置的算法如下：
步骤A、假设弯曲后管路的坐标点分别为P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),P4(x4,y4,z4)，弯曲半径为R，根据所述弯曲后管路的交点坐标值计算相邻两坐标点P1P2、P2P3、P3P4间的长度，即矢量PiPj的长度：
Figure FDA0003360189480000021
则矢量P1P2、P2P3、P3P4的方向余弦：
Figure FDA0003360189480000022
式中i＝1，2，3；
矢量P1P2与矢量P2P3的夹角余弦cosDOB1＝cosα1cosα2+cosβ1cosβ2+cosγ1cosγ2，
弯曲角度DOB1＝arcos(cosα1cosα2+cosβ1cosβ2+cosγ1cosγ2)；
同理，矢量P2P3与矢量P3P4的弯曲角度为：
DOB2＝arcos(cosα2cosα3+cosβ2cosβ3+cosγ2cosγ3)；
步骤B、根据所述弯曲角度得到弯曲后管路的首、末段直线送料长度
Figure FDA0003360189480000023
中间段弯曲圆弧送料长度
Figure FDA0003360189480000024
步骤C、采用规格化办法，计算矢量P1P2与矢量P2P3构成的平面法线P2V1的方向余弦为：
Figure FDA0003360189480000025
Figure FDA0003360189480000026
Figure FDA0003360189480000027
其中，
cosα1x＝cosβ1cosγ2-cosβ2cosγ1；
cosβ1x＝cosα2cosγ1-cosα1cosγ2；
cosγ1x＝cosα1cosβ2-cosα2cosβ1；
同理求出矢量P2P3与矢量P3P4构成的平面法线P3V2的方向余弦：
cosα2d,cosβ2d,cosγ2d；
则空间转角大小为：
|POB1|＝arcos(cosα1dcosα2d+cosβ1dcosβ2d+cosγ1dcosγ2d)；
步骤D、计算矢量P2V1和矢量P3V2的矢量积Vxd的方向余弦cosαxd，cosβxd，cosγxd，并规格化，判断该矢量与矢量P2P3的数量积：
d0＝cosαxdcosα2+cosβxdcosβ2+cosγxdcosγ2；
若d0≥0，空间转角为正向旋转，d0＜0，空间转角为反向旋转。
5.根据权利要求1所述的一种数控弯管回弹及拉伸变形补偿修正方法，其特征在于，步骤5具体为：将步骤4得到的理论加工指令YBC数据、实际加工指令YBC数据，导入到不同型号数控弯管设备对应的预先设计的Excel工作表内，得到设计模型理论和弯管加工实际间的差值，即弯管回弹及拉伸变形补偿修正参数。
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