CN1991302A - 一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数控肋骨冷弯机的测量方法，它包含以下步骤：a、将待加工肋骨安装在加工装置上，使得三个拱高测量机构的测量探头与加工肋骨接触，并使得加工肋骨的一头置于滑板小车上，其中第一和第二测量探头的距离为定弦长的一半，第二和第三测量探头的距离为定弦长的一半；b、在进料时，根据第一长度编码器和第二长度编码器测得的值计算弦长L；c、在弯曲时，根据三个光栅探头测得的值计算拱高H。本发明的优点在于它赋予逐段进给式数控肋骨冷弯机以简单、可靠的测量方法，保证肋骨自动弯曲成形的精度。

Description

一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置及其测量方法

技术领域：

本发明涉及船体建造工艺领域，特别涉及一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置及其测量方法。

背景技术：

现有的船体肋骨冷弯机对船体肋骨进行加工时，通常采用弦线测量法，是采用一根钢丝同时测量冷弯机工作时进料长度Li和弯曲时弦线夹角θi。由于实际肋骨弯曲中，肋骨进行弹性、塑性变形时最敏感处，就是弯曲成形圆弧的拱高处，但恰恰弦线测量是不能测量该段变形，因此弯曲过程中经常发生过弯现象，而一旦发生过弯就会影响线型的成形质量和成形精度，并且降低生产效率。随着机电一体化技术和测量技术的不断发展，需要探索和研发新的更先进的实时测量方案和测量机构，从而达到提高弯曲精度和效率。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置，能够提高弯曲精度和效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置，它包括测量台，其特征在于它还包括设在测量台上的拱高测量装置，在测量台之外设有弦长测量装置。拱高测量装置包括设在测量台上的联杆轴，联杆轴与三个平行排列的拱高测量机构连接，每个拱高测量机构有一个测量探头。每个拱高测量机构包括与联杆轴连接的丝杆，电机与丝杆连接，丝杆与弹簧挡块连接，弹簧挡块与弹簧连接，弹簧与探测探头连接，探测探头与光栅探头连接，测量台上设有与光栅探头相配合的光栅。弦长测量装置包括与主导轨滑动连接的平移车，与平移车滑动连接的滑板小车，平移车与设在主导轨上的第一长度编码器连接，滑板小车与设在平移车上的第二长度编码器连接。

本发明的另一目的是提供一种用于数控肋骨冷弯机的测量方法，能够提高弯曲精度和效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于数控肋骨冷弯机的测量方法，其特征在于它包含以下步骤：a、将待加工肋骨安装在加工装置上，使得三个拱高测量机构的测量探头与加工肋骨接触，并使得加工肋骨的一头置于滑板小车上，其中第一和第二测量探头的距离为定弦长的一半，第二和第三测量探头的距离为定弦长的一半；b、在进料时，根据第一长度编码器和第二长度编码器测得的值计算弦长L；c、在弯曲时，根据三个光栅探头测得的值计算拱高H。

本发明的优点在于它为200t，250t，300t，400t，600t，700t三支点肋骨冷弯机的自动控制提供了方法，赋予逐段进给式数控肋骨冷弯机以简单、可靠的测量方法，保证肋骨自动弯曲成形的精度，从而在保证高精度的前提下谋求肋骨冷弯加工的高质量和高速度。

附图说明：

图1示出了计算肋骨曲线坐标原点的图解示意图

图2为加工过程中塑性变形区的图解示意图

图3为加工控制量L_i和H_i的图解示意图

图4为本发明中的测量装置结构示意图

图5为本发明中的测量装置原理图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。

在附图4中，各数字符号表示：

1-第一长度编码器，2-主导轨，3-端架，4-第二长度编码器，5-平移车，6-滑板小车，7-肋骨夹头，8-肋骨，9-第一加工夹头，10-第二加工夹头，11-第三加工夹头，12-检测探头，13-检测定位舌杆，14-弹簧，15-弹簧定位杆，16-弹簧挡块，17-光栅，18-螺母，19-丝杆，20-电机，21-测量台，22-光栅探头，23-联杆轴。

由于实际肋骨弯曲中，肋骨进行弹性、塑性变形时最敏感处，就是弯曲成形圆弧的拱高处，因此为了保证肋骨自动弯曲成形的精度，需要采用拱高测量法来进行加工，这种加工方法和加工装置已经另案申请，在本发明中仅讨论一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置及其测量方法。

为了清楚地说明本发明，现在先简单介绍一下与之相对应的一种用于数控肋骨冷弯机的加工方法，其特征在于它包括以下步骤：A、从肋骨加工的起始点开始用定弦长S₀对待加工肋骨曲线进行分割；B、分别求出起始点到各分割点的弦长L_i；C、对于由S₀分割成的肋骨曲线，在定弦长的 处求出的对应的圆弧的拱高H_i；D、对于每根肋骨曲线，求出一组{Li，Hi}数据；E、将计算出的一组{Li，Hi}作为数控肋骨冷弯机自动控制时的加工控制量，其中Li为目标进料量，Hi为目标拱高量。

为了实现这一加工方法，设计了一种用于数控肋骨冷弯机的加工装置，它包括主油缸，与主油缸连接的控制器，其特征在于它包括平行排列的三个加工夹头9，10，11，两边两个加工夹头9，11固定，中间的加工夹头10与主油缸连接，中间加工夹头10与测量台21连接，测量台上设有拱高测量装置，在测量台之外还设有弦长测量装置，拱高测量装置与弦长测量装置均与控制器连接。

因此，本发明的一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置，它包括测量台，其特征在于它还包括设在测量台上的拱高测量装置，在测量台之外设有弦长测量装置。拱高测量装置包括设在测量台上的联杆轴23，联杆轴与三个平行排列的拱高测量机构连接，每个拱高测量机构有一个测量探头12。每个拱高测量机构包括与联杆轴23连接的丝杆19，电机10与丝杆19连接，丝杆19与弹簧挡块16连接，弹簧挡块16与弹簧14连接，弹簧14与探测探头12连接，探测探头12与光栅探头22连接，测量台21上设有与光栅探头22相配合的光栅17，光栅探头与控制器连接。弦长测量装置包括与主导轨2滑动连接的平移车5，与平移车5滑动连接的滑板小车6，平移车5与设在主导轨2上的第一长度编码器1连接，滑板小车6与设在平移车5上的第二长度编码器4连接，第一长度编码器1和第二长度编码器4均与控制器连接。

图1中示出了根据所述加工方法，计算肋骨曲线f(x)的绝对坐标原点的图解示意图。过肋骨曲线f(x)的起始点P₁，用定弦长S₀为半径划弧求取与肋骨曲线f(x)的交点P₂，过弦

之中点作垂线求得P₁~P₂弧长拱高H，并与弧长交于K，以K为圆心，以H为半径作小圆，过f(x)起点P₁作该小圆之切线，在切线上截取L₁与切线交点为绝对坐标原点P₀。其中L₁长度为拱高测量装置原点与弦长测量装置原点的相对距离，由机器安装完毕后实际测量而定。拱高测量装置原点是第一测量探头的位置，弦长测量装置原点是指滑板小车与肋骨的连接点。

定弦长S₀的大小取决于肋骨冷弯机吨位大小，最小弯曲半径大小而决定，如图2所示。当三支点A、B、C肋骨冷弯机，其支点AC、BC之间的弯矩为L，弯曲半径为R时塑性变形区D，可按公式

$D=\frac{L-J}{1+2r^{\′}\frac{K_1}{K_0}}+J$

计算求之。

其中：L为AC之间的距离和BC之间的距离

J为C点顶弯柱与型材接触长度

$r^{\′}=\frac{r}{1+2(K_1+\frac{K_0}{2r})\frac{{\mathrm{\δ}}_s}{E}r}$

δ_s——材料的屈服极限

E——材料的弹性模量

K₀——材料的相对强化系数

K₁——型钢的形状系数

$r=\frac{R}{H}$

H为型材腹板尺寸

R为加工段弯曲回弹后曲率半径

S₀的大小应≥D塑性变形区，也可根据实际试验结果作适当调整。

图3示出了加工控制量L_i和H_i的计算方法。从f(x)肋骨曲线起点P1用定弦长S₀将其分割成P₂、P₃…P_i。从绝对坐标原点P₀与P1及上述各分点相连，并求出各连线的弦线长L₁、L₂、L₃…L_i。这组弦线长就是数控肋骨冷弯机的进/退料的控制量。同理，从f(x)肋骨曲线起点P₁用定弦长S₀将其分割成P₂、P₃…P_i，并在

处作定弦长的垂线，求出垂线与f(x)的圆弧的交点，就是拱高，分别为H₁、H₂、H₃…H_i。这组拱高数据就是每段肋骨弯曲控制量。

数控肋骨冷弯机的工作过程是从绝对坐标原点P₀开始，当肋骨当前位置为L₁时，机器就弯曲P₁P₂段圆弧，使其目标值拱高达到H₁。当肋骨进料到L₂时，就弯P₂P₃段圆弧，使其目标值拱高达到H₂。依此类推，当肋骨进料到L_i时，就弯P_iP_i+1段圆弧，使其目标值拱高达到H_i，顺延继续直至结束。这就是逐段进给式数控肋骨冷弯机工作节奏。

由上可知，L_i表明了被弯曲段肋骨的位置尺寸；H_i则表明了被弯曲段肋骨的曲率大小。一组加工控制量{L_i，H_i}_j可唯一地生成相对应的肋骨曲线f_i(x)。

图4为本发明中的测量装置结构示意图，三支点数控肋骨冷弯机的弯曲主体是由支点第一加工夹头9和支点第三加工夹头11及支点第二加工夹头10所组成。其中支点第二加工夹头10由主油缸驱动进行前后弯曲运动。支点第一、三加工夹头9、11是固定支点，在肋骨弯曲变形中保持不变。拱高测量装置安装在与第二加工夹头10相连的测量台21上，它由三套机械结构完全相同的测量机构BO、CE、DF组成，三套测量器BO∥CE∥DF，并都垂直于联杆23，BO与CE及CE与DF的间距都等于

定长。测量机构BO、CE、DF的每套测量器包括与联杆轴连接的丝杆，电机与丝杆连接，丝杆上设有螺母，弹簧挡块与螺母连接，弹簧挡块与弹簧连接，弹簧与探测定位舌杆连接，探测定位舌杆上设有探测探头，探测定位舌杆上还设有光栅探头，测量台上设有与光栅探头相配合的光栅。它的工作过程为：当电机20向前运动带动丝杆19，使弹簧挡块16通过弹簧14的推力，在弯曲过程中始终使检测定位舌杆13上的探头12抵住肋骨，通过与定位舌杆13一体化的光栅探头22，就把定位舌杆13移动的Y方向位移读入。不管定位舌杆向前或向后移动，光栅探头22都把其在Y方向的真实位移尺寸记录下来。联杆轴23的轴线与BO的中心线交点O为本测量装置的直角坐标原点。

当给定加工控制量L_i和H_i后，肋骨冷弯机的进料机构推动型材8与肋骨夹头7及滑板小车6，使肋骨型材由平移车5在二根主导轨上移动，使其从A点到B点的弦长达到L_i，肋骨就在B点开始弯曲。弦长 $L_i=\sqrt{{Y_{\mathrm{oi}}}^2+{X_i}^2},$ 其中Y_oi为第一长度编码器测量值，X_i＝第二长度编码器测量值+L₁。由拱高测量装置原理图5可知，BO、CE、DF检测舌杆及探头始终抵住肋骨型材线型边，它随时能动态测量到Y_1i、Y_2i、Y_3i三点的高度尺寸。由于B、C、D三点X轴坐标为定长，所以B、C、D三点的坐标分别为B(0，Y_1i)，

D(S0，Y_3i)。由平面解析几何可知，过不在一直线上的三点可以作一个圆，其圆方程为：

              X²+Y²+DX+EY+F＝0

将实测B、C、D三点坐标代入上述方程，求出圆方程的系数D、E、F为：

$E=\frac{{Y_{1i}}^2-2{Y_{2i}}^2+{Y_{3i}}^2+\frac{{S_0}^2}{2}}{2Y_{2i}-Y_{1i}-Y_{3i}}$

$D=\frac{({Y_{1i}}^2-{Y_{3i}}^2-{S_0}^2)-E(Y_{3i}-Y_{1i})}{S_0}$

$F=-E{Y}_{1i}-{Y_{1i}}^2,$

其经过B、C、D三点圆弧的半径为：

$R_i=\sqrt{\frac{D^2}{4}+\frac{E^2}{4}-F}$

而B、D相连的弦长为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{BD}}=\sqrt{{S_0}^2-{(Y_{3i}-Y_{1i})}^2}$

那么经过B、C、D三坐标测量点的圆弧拱高

$H_i=R_i-\sqrt{{R_i}^2-\frac{{\stackrel{\‾}{\mathrm{BD}}}^2}{4}}$

当肋骨型材在进行弯曲时，测量装置测量到Y_1i，Y_2i，Y_3i的数据在变化，经计算求出经过B、C、D三测量点的圆弧的拱高H_i也在变化。当其弯曲后圆弧拱高达到目标值H_i后，主油缸就停止弯曲，这一圆弧段弯曲工作就完成，然后再进料进行下一段圆弧曲线弯曲。这样周而复始，从而达到完成一根肋骨曲线的弯曲成形。

Claims (5)

1、一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置，它包括测量台，其特征在于它还包括设在测量台上的拱高测量装置，在测量台之外设有弦长测量装置。

2、如权利要求1所述的一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置，其特征在于拱高测量装置包括设在测量台上的联杆轴，联杆轴与三个平行排列的拱高测量机构连接，每个拱高测量机构有一个测量探头。

3、如权利要求2所述的一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置，其特征在于每个拱高测量机构包括与联杆轴连接的丝杆，电机与丝杆连接，丝杆与弹簧挡块连接，弹簧挡块与弹簧连接，弹簧与探测探头连接，探测探头与光栅探头连接，测量台上设有与光栅探头相配合的光栅。

4、如权利要求1至3中任一项所述的一种用于数控肋骨冷弯机的测量装置，其特征在于弦长测量装置包括与主导轨滑动连接的平移车，与平移车滑动连接的滑板小车，平移车与设在主导轨上的第一长度编码器连接，滑板小车与设在平移车上的第二长度编码器连接。

5、一种用于数控肋骨冷弯机的测量方法，其特征在于它包含以下步骤：a、将待加工肋骨安装在三个加工夹头上，使得三个拱高测量机构的测量探头与加工肋骨接触，并使得加工肋骨的一头置于滑板小车上，其中第一和第二测量探头的距离为 第二和第三测量探头的距离为

b、在进料时，根据第一长度编码器和第二长度编码器测得的值计算L；c、在弯曲时，根据三个光栅探头测得的值计算拱高H。

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