RU2685793C1

RU2685793C1 - Method of measuring the shape of parts bent from sheet metal and device for its implementation

Info

Publication number: RU2685793C1
Application number: RU2018119250A
Authority: RU
Inventors: Антон Валентинович Красильников; Валентин Андреевич Синицкий; Алексей Александрович Шебаршин; Владимир Юрьевич Шуньгин
Original assignee: Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС")
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-04-23

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of metrology, in particular to means of measuring distances, sizes and shapes of objects. Method of measuring the shape of bent parts comprises alternately mounting the tips of the tip of the sonar device on the measured points of the surface of the object, sending acoustic pulses, recording and processing signals from microphones of the receiving antenna, transmitting data to a computer, and determining coordinates of the measured points. Adjusting lines of virtual verification templates are applied to the surface of the measured part, after which the three-microphone antenna is discretely moved along the part edge and installed in turn opposite marked mounting lines, providing passage of laser target designator beam through end points of said lines. Prior to measurements, the coordinate axis of the antenna is rotated around the axis of the target pointer by an angle providing the location of the axis in the plane of the virtual verification template, after which, based on the measured coordinates of the touch control points of the baton tip along the adjusting line, visualizing the shape of said line on the computer screen, It is compared with the shape of the virtual bending template and the result of comparison is used to determine the deviation from the specified shape, which is then eliminated at the next iterations of the bending process.EFFECT: improving accuracy and reliability of measurements.2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области метрологии, в частности к средствам измерения расстояний, размеров и формы объектов.The invention relates to the field of metrology, in particular to the means of measuring distances, sizes and shapes of objects.

В судостроительной отрасли большой объем работ связан с изготовлением деталей из листового металлопроката со сложной формой поверхности, которые занимают заметную часть в составе корпуса судна. Традиционно контроль формы гнутых листовых деталей выполняется методом сравнения с образцом, в качестве которого применяются шаблоны и каркасы.In the shipbuilding industry, a large amount of work is associated with the manufacture of parts from sheet metal with a complex surface shape, which occupy a significant part of the vessel's hull. Traditionally, the control of the shape of bent sheet metal parts is carried out by the method of comparison with a sample, in which quality templates and frames are used.

Количество гибочных шаблонов может достигать нескольких тысяч штук на один проект судна или корабля, трудоемкость и стоимость их изготовления сопоставима с трудоемкостью и стоимостью изготовления гнутых листовых деталей.The number of bending templates can reach several thousand pieces per one project of a ship or ship, the labor intensity and cost of their manufacture is comparable to the labor intensity and cost of manufacturing curved sheet metal parts.

Выполнение контроля формы гнутых листовых деталей вручную с применением шаблонов и каркасов имеет существенные недостатки: значительные затраты на их изготовление и утилизацию; зависимость состояния оснастки от сроков хранения, многократного применения; сложность в использовании шаблонов большого размера для контроля вручную; субъективность контроля; невозможность получения информации в цифровом электронном виде. Большинство указанных недостатков традиционного ручного способа контроля может быть устранено путем применения неконтактных компьютеризированных измерительных систем.Performing manual inspection of the shape of molded sheet parts manually using templates and frameworks has significant drawbacks: significant costs for their manufacture and recycling; dependence of the state of equipment on the shelf life, repeated use; the difficulty of using large templates for manual control; subjectivity of control; the impossibility of obtaining information in digital electronic form. Most of the indicated disadvantages of the traditional manual control method can be eliminated by using non-contact computerized measuring systems.

Известен способ измерения расстояния до различных точек поверхности объекта по патенту №2419816, относящийся к области метрологии, в частности к средствам измерения расстояний и формы объектов, принятый за прототип.There is a method of measuring the distance to various points of the surface of the object according to patent No. 2419816 relating to the field of metrology, in particular to the means of measuring distances and the shape of objects, adopted for the prototype.

Измерения по этому способу производят с помощью звуколокационного устройства, при котором после касания измеряемой точки жезлом этого устройства поочередно генерируют акустические импульсы в двух установленных на жезле и конструктивно разнесенных друг от друга акустических излучателях, эти импульсы после достижения ими приемника акустического излучения обрабатывают в электронном блоке устройства и определяют интервал времени между моментом генерации акустического импульса и моментом воздействия импульса на микрофоны приемника, затем через интерфейс передают эти данные на ЭВМ, которая по программе определяет по известным формулам координаты измеряемой точки, при этом для каждой измеряемой точки предварительно измеряют расстояние между излучателями с помощью упомянутого звуколокационного устройства с использованием его как эталонной базы для корректировки скорости звука применительно к изменяющимся условиям газовой среды.Measurements using this method are performed using a sonar device, in which, after touching a measured point with a rod of this device, acoustic pulses are alternately generated in two acoustic emitters mounted on a rod and structurally spaced from each other, when they reach an acoustic radiation receiver in the device’s electronic unit and determine the time interval between the moment of generation of the acoustic pulse and the moment of impact of the pulse on the receiver microphones, Then, via the interface, these data are transmitted to a computer, which according to the program determines the coordinates of the measured point using known formulas, and for each measured point, the distance between the radiators is preliminarily measured using the sonar device using it as a reference base to adjust the speed of sound for changing conditions gas environment.

К недостаткам способа - прототипа относится то, что он регламентирует только физический процесс получения информации о координатах точки, лежащей на поверхности, форма которой измеряется. В способе нет указаний об операциях конкретного позиционирования составных частей измерительной системы (приемной антенны и сканирующего жезла звуколокационного устройства) относительно базовых и контрольных линий измеряемого объекта, что необходимо для автоматизированного контроля формы, выполняемого на базе математических моделей без применения шаблонов.The disadvantages of the prototype method are that it regulates only the physical process of obtaining information about the coordinates of a point lying on the surface, the shape of which is measured. The method does not provide instructions on the specific positioning of the component parts of the measuring system (receiving antenna and sonar tracking device) with respect to the base and control lines of the object being measured, which is necessary for automated shape control performed on the basis of mathematical models without the use of templates.

Для осуществления заявленного способа требуется разработка новой специализированной модификации звуколокационного устройства.For the implementation of the claimed method requires the development of a new specialized modification sonar devices.

Известен акустический профиломер по патенту РФ №2554307, принятый за прототип устройства для осуществления заявленного способа. Этот профиломер содержит жезл с двумя акустическими излучателями, пусковой кнопкой и наконечником, контактирующим с поверхностью измеряемого объекта, акустический приемник с тремя микрофонами, снабженными формирователями переднего фронта импульса и закрепленными в вершинах жесткого треугольника, а также подключенный к общему интерфейсу и ЭВМ трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор и счетчик измерителя временных интервалов. Кроме того акустический приемник выполнен в виде равносторонней треугольной антенны, установленной на опорные точки, причем центры двух микрофонов должны быть расположены на оси, перпендикулярной плоскости ее опорных точек, фронтальная поверхность антенны закрыта звукоизолирующим экраном с отверстиями для микрофонов, на поверхности экрана между расположенными на оси микрофонами размещена мишень диаметром порядка 20 мм с перекрестием в центре, а между излучателями, например, электродинамиками установлен лазерный целеуказатель, причем все элементы расположены на определенном расстоянии друг от друга. Однако для эффективного использования в заявленном способе необходима модификация этого устройства, для устранения следующих недостатков:Known acoustic profiler according to the patent of Russian Federation №2554307 adopted for the prototype of the device for implementing the inventive method. This profiler contains a rod with two acoustic emitters, a trigger button and a tip in contact with the surface of the object to be measured, an acoustic receiver with three microphones equipped with front-edge formers and fixed at the vertices of a hard triangle, as well as a three-channel electronic unit connected to the common interface and computer each channel of which includes series-connected bandpass amplifier, comparator and time meter meter. In addition, the acoustic receiver is made in the form of an equilateral triangular antenna mounted on reference points, the centers of two microphones should be located on an axis perpendicular to the plane of its reference points, the front surface of the antenna is closed with a sound-insulating screen with holes for microphones microphones placed a target with a diameter of about 20 mm with a crosshair in the center, and between the emitters, for example, electrodynamics, a laser pointer is installed, and all elements are arranged at a certain distance from each other. However, for effective use in the claimed method, a modification of this device is necessary to eliminate the following disadvantages:

- узкая область применения для определения местных деформаций в измерительном поле 1200×300×300 мм;- narrow scope for determining local deformations in the measuring field of 1200 × 300 × 300 mm;

- ограниченная возможность базирования приемной антенны - установка только по нормали к эталонному участку контролируемой поверхности изделия;- limited possibility of basing the receiving antenna - installation only along the normal to the reference area of the monitored surface of the product;

- жесткая привязка между геометрическими параметрами жезла и антенны;- rigid binding between the geometric parameters of the rod and the antenna;

- невозможность использования для сложнопрофильных изделий в измерительном поле 4000×2000×2000 мм.- the inability to use for complex-shaped products in the measuring field 4000 × 2000 × 2000 mm.

Задачей заявленных способа и устройства для его осуществления является разработка современной технологии контроля формы изогнутых деталей, с использованием звуколокационной аппаратуры. Технический результат выражается в повышении точности и надежности измерений формы любых изогнутых поверхностей деталей, в том числе в процессе гибки, а также снижении трудоемкости измерительного процесса.The objective of the claimed method and device for its implementation is the development of modern technology to control the shape of curved parts, using sonar equipment. The technical result is expressed in increasing the accuracy and reliability of measuring the shape of any curved surfaces of parts, including in the process of bending, as well as reducing the complexity of the measurement process.

Указанный технический результат достигается в способе измерения формы изогнутых деталей из листового металлопроката с помощью звуколокационного устройства, предусматривающий поочередную установку наконечника жезла звуколокационного устройства на измеряемые точки поверхности объекта, посылку акустических импульсов от излучателей жезла к трехмикрофонной приемной антенне, регистрацию и обработку сигналов от микрофонов приемной антенны электронным блоком, передачу данных от него на ЭВМ, которая по программе определяет по известным формулам координаты измеряемых точек. При этом предварительно на поверхность измеряемой детали наносят установочные линии виртуальных проверочных шаблонов, оцифрованная форма которых задана в ЭВМ, после чего трехмикрофонную антенну дискретно перемещают вдоль кромки детали и устанавливают поочередно напротив размеченных установочных линий, обеспечивая прохождение луча лазерного целеуказателя через конечные точки этих линий. Перед измерениями производят поворот координатной оси антенны вокруг оси целеуказателя на угол, обеспечивающий расположение оси в плоскости виртуального проверочного шаблона, после чего на основании измеренных координат контрольных точек касания наконечником жезла вдоль установочной линии визуализируют форму этой линии на экране ЭВМ, сравнивают ее с формой виртуального гибочного шаблона, и по результатам сравнения определяют величину отклонения от заданной формы, которую затем устраняют при последующих итерациях технологического процесса гибки.This technical result is achieved in the method of measuring the shape of curved sheet metal parts using a sonar device, providing for alternately installing the tip of the sonar pole of the device on the measured points of the object surface, sending acoustic pulses from the wand emitters to the three mic microphone receiver antenna electronic unit, data transmission from it to a computer, which the program determines by known formulas coordinates of the measured points. In this case, the installation lines of virtual test patterns are preliminarily applied to the surface of the measured part, the digitized form of which is specified in the computer, after which the three-microphone antenna is discretely moved along the part's edge and installed alternately opposite the marked installation lines, ensuring the passage of the laser target designator beam through the end points of these lines. Before measurements, the coordinate axis of the antenna is rotated around the axis of the target indicator by an angle ensuring that the axis is in the plane of the virtual check pattern, then, based on the measured coordinates of the touch points, the tip of the baton along the installation line visualizes the shape of this line on the computer screen, compare it with the virtual bending template, and the comparison results determine the amount of deviation from the specified form, which is then eliminated during subsequent iterations of the technological process are flexible.

Для осуществления этого способа используют звуколокационное устройство, содержащее жезл с двумя акустическими излучателями в виде электродинамиков, пусковой кнопкой и наконечником, контактирующим с поверхностью измеряемого объекта, акустический приемник в виде равносторонней треугольной антенны с тремя микрофонами, снабженными формирователями переднего фронта импульса и закрепленными в вершинах жесткого треугольника, а также подключенный к общему интерфейсу и ЭВМ трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор и счетчик измерителя временных интервалов. При этом микрофонная антенна, шарнирно закрепленная на штативе, снабжена лазерным целеуказателем, установленным по нормали к рабочей плоскости антенны на ее вертикальной координатной оси, проходящей через центры двух микрофонов, а жезл дополнен двумя опорными наконечниками для трехточечного базирования, один из которых равен по высоте первому (рабочему) и расположен с ним во фронтальной плоскости жезла, второй дополнительный опорный наконечник установлен с тыльной стороны жезла с некоторым отступом с возможностью настройки его высоты, кроме того между наконечниками установлено магнитное крепление на маятниковом подвесе с зазором порядка 4 мм от поверхности измеряемой детали.To implement this method, a sonar-location device is used, containing a rod with two acoustic emitters in the form of electrodynamics, a start button and a tip in contact with the surface of the object being measured, an acoustic receiver in the form of an equilateral triangular antenna with three microphones equipped with front-side pulse formers and fixed at the tops of a hard a triangle, as well as a three-channel electronic unit connected to a common interface and a computer, each channel of which includes an Successively connected bandpass amplifier, comparator and time meter meter. In this case, a microphone antenna, hinged on a tripod, is equipped with a laser target designator mounted normal to the working plane of the antenna on its vertical coordinate axis passing through the centers of two microphones, and the rod is supplemented with two support tips for three-point basing, one of which is equal in height to the first (working) and is located with him in the frontal plane of the rod, the second additional supporting tip is installed on the back of the rod with some indentation with the possibility of adjusting its height In addition, between the tips there is a magnetic mount on a pendulum suspension with a gap of about 4 mm from the surface of the measured part.

Работа по заявленным способу и устройству поясняются чертежом на фиг. 1.The operation according to the claimed method and device is explained by the drawing in FIG. one.

Заявленное устройство содержит треугольную приемную антенну 1 со встроенным электронным блоком, микрофонами 2 и лазерным целеуказателем 3, установленным на линии вертикальной координатной оси, проходящей через центры двух микрофонов, с обеспечением направления лазерного луча по нормали к рабочей плоскости антенны. Антенна закреплена на переносном штативе 4 с шарниром 5 для настройки ее положения в трехмерной прямоугольной системе координат, а также по азимутальному углу и углу возвышения.The claimed device contains a triangular receiving antenna 1 with built-in electronic unit, microphones 2 and laser designator 3 mounted on the line of the vertical coordinate axis passing through the centers of the two microphones, ensuring the direction of the laser beam normal to the working plane of the antenna. The antenna is mounted on a portable tripod 4 with a hinge 5 to adjust its position in the three-dimensional rectangular coordinate system, as well as the azimuth angle and elevation angle.

Антенна 1 через гибкий кабель связи 6 соединена с жезлом 7, в состав которого входят два излучающих электродинамика 8, основание 9, рабочий наконечник 10, опорный наконечник 11, магнитное крепление на маятниковом подвесе 12, регулируемый опорный наконечник 13, пусковая кнопка 14, стойка 15.The antenna 1 through a flexible communication cable 6 is connected to the rod 7, which consists of two radiating electrodynamics 8, the base 9, the working tip 10, the support tip 11, the magnetic mounting on the pendulum suspension 12, the adjustable support tip 13, the trigger button 14, stand 15 .

Кабелем связи 16 антенна соединена с ноутбуком 17, управляющим работой устройства через специализированное ПО.The communication cable 16 antenna is connected to a laptop 17, controlling the operation of the device through specialized software.

Работу с использованием заявленных способа и устройства производят следующим образом. После произведенной итерации формообразования листовой детали 18, уложенной на матрицу 19, выполненной давлением пуансона 20 гибочного пресса, производят поочередное позиционирование антенны 1 и настроечного положения жезла 7 относительно выбранных для контроля формы размеченных линий 21 установки виртуального шаблона. Позиционирование антенны производят с помощью штатива 4 с шарниром 5, а жезла - с помощью заданного расположения трех наконечников: рабочего и двух опорных.Work using the claimed method and device produced as follows. After the iteration of shaping the sheet part 18, laid on the matrix 19, performed by the pressure of the punch 20 of the bending press, the alternate positioning of the antenna 1 and the tuning position of the rod 7 relative to the selected for controlling the shape of the marked lines 21 of the installation of the virtual template is performed. Antenna positioning is carried out with the help of a tripod 4 with a hinge 5, and a rod - with the help of a given arrangement of three tips: a worker and two support.

При указанном позиционировании должны быть выполнены следующие условия. Луч 22 лазерного целеуказателя должен проходить через конечные точки 23 измеряемой установочной линии виртуального шаблона. Рабочий наконечник жезла должен быть установлен в точку на установочной линии в средней ее области. Высота второго опорного наконечника (регулируемого) предварительно должна быть установлена равной с рабочим и первым наконечником, а рабочий наконечник жезла совместно с первым опорным должны быть расположены в поперечном направлении к установочной линии. При этом позиционирование жезла происходит по нормали к сопрягаемой поверхности, ось его стойки располагается в плоскости виртуального шаблона. Устойчивое закрепление жезла на стальном листе без ручной поддержки обеспечивается магнитным креплением 12 на маятниковом подвесе к основанию 9 с зазором порядка 4 мм над листом. Маятниковый подвес позволяет креплению передвигаться параллельно измеряемой линии вместе с жезлом без упора в стенку листа при увеличении угла его изгиба. Система координат антенны XYZ должна быть повернута в ее рабочей плоскости относительно точки установки целеуказателя до вхождения вертикальной координатной оси Y в пространственное положение «в створе» со стойкой жезла, визуально наблюдаемого оператором пресса в направлении линии, соединяющей конечные точки 23 виртуального шаблона.With the specified positioning, the following conditions must be met. The beam 22 of the laser target designator must pass through the end points 23 of the measured installation line of the virtual pattern. The working tip of the rod should be set to a point on the installation line in its middle area. The height of the second support tip (adjustable) must first be set equal to the working tip and the first tip, and the working tip of the wand together with the first support tip should be located in the transverse direction to the installation line. In this case, the positioning of the wand occurs along the normal to the mating surface, the axis of its stand is located in the plane of the virtual template. Stable fixing of the rod on a steel sheet without manual support is provided by magnetic mounting 12 on a pendulum suspension to the base 9 with a gap of about 4 mm above the sheet. Pendulum suspension allows the mount to move parallel to the measured line with the rod without a stop in the wall of the sheet while increasing the angle of its bend. The coordinate system of the XYZ antenna must be rotated in its working plane relative to the point of installation of the target designator before the vertical coordinate axis Y enters the spatial position “in alignment” with a fixed rod visually observed by the press operator in the direction of the line connecting the end points 23 of the virtual template.

При необходимости, исходя из производственного опыта оператора гибочного оборудования, настроечное позиционирование жезла может быть выполнено в одной из других точек установочной линии с разными наклонами поверхности листа относительно горизонта с применением регулировки высоты второго опорного наконечника жезла с целью обеспечения устойчивого его положения без ручной поддержки.If necessary, based on the production experience of the bending equipment operator, the adjusting positioning of the rod can be performed at one of the other points of the installation line with different inclinations of the sheet surface relative to the horizon using adjusting the height of the second rod support tip to ensure its stable position without manual support.

После указанных операций позиционирования антенны и жезла установочную линию 21 пошагово сканируют рабочим наконечником жезла, устанавливают жезл в выбранных контрольных точках, нажимают пусковую кнопку и посылают звуковые импульсы от электродинамиков к антенне по трассам 24 в воздухе. При работе с крупногабаритными изгибаемыми листами сканирование жезла может производиться удлинительной штангой, соединенной с его основанием. С помощью известной из прототипов триангуляционной измерительной системы для звуколокационных устройств, включающей электронный блок антенны и ноутбук 17 с соответствующим ПО, автоматически определяют координаты контрольных точек в системе координат антенны X, Y, Z. На основании полученных координат на экране ноутбука визуализируют измеренную форму 25 листа вдоль установочной линии с вызовом размещенной в памяти формы 26 проверочного виртуального шаблона. Выполняют с использованием ПО сравнение форм с определением величин отклонений изгиба в выбранных точках. Затем эти отклонения устраняют при последующих итерациях процесса гибки по существующей технологии.After the indicated positioning operations of the antenna and rod, the installation line 21 is scanned step-by-step by the working tip of the rod, the rod is installed at selected control points, the start button is pressed and sound pulses from electrodynamics are sent to the antenna along tracks 24 in the air. When working with large-sized bending sheets, the scanning of the rod can be performed by an extension rod connected to its base. Using a triangulation measuring system for sonar devices known from prototypes, including an antenna antenna and a laptop 17 with the appropriate software, the coordinates of the control points in the X, Y, Z antenna coordinate system are automatically determined. Based on the coordinates obtained, a 25 sheet shape is visualized on the laptop screen along the installation line with a call to the in-memory form 26 verification virtual template. Perform using software comparison forms with the definition of the values of deviations of the bend at the selected points. Then these deviations are eliminated at subsequent iterations of the process that are flexible according to the existing technology.

Заявленный способ и устройство для его осуществления с указанной совокупностью признаков были успешно испытаны на производственной базе заявителя. Испытательный стенд, включающий изогнутую листовую деталь и макетный образец специализированного звуколокационного устройства представлен на прилагаемом фотоснимке (фиг. 2).The claimed method and device for its implementation with the specified set of features have been successfully tested on the production base of the applicant. A test stand including a curved sheet part and a mock-up sample of a specialized sonar device is presented in the attached photograph (Fig. 2).

Claims

1. A method of measuring the shape of curved parts from sheet metal with the help of a sonar device, providing for alternately installing the tip of a sonar bar on measuring points on an object's surface, sending acoustic pulses from a rod emitter to a three-microphone receiving antenna, recording and processing signals from the microphone of the receiving antenna by an electronic unit, data transmission from it to a computer, which according to the program determines the coordinates of the measured points by known formulas, I distinguish The fact that the installation lines of virtual test patterns are preliminarily applied to the surface of the measured part, the digitized form of which is specified in the computer, after which the three-microphone antenna is discretely moved along the part's edge and installed alternately opposite the marked installation lines, ensuring the passage of the laser target indicator through the end points of these lines , at the same time, before measurements, the coordinate axis of the antenna is rotated around the axis of the designator by an angle ensuring the location of the axis in the intensity of the virtual check pattern, then, based on the measured coordinates of the touch points with a rod tip along the set line, the shape of this line on the computer screen is visualized, compared to the shape of the virtual bending pattern, and determined from the comparison results from iterations of the technological process are flexible.

2. A sonar device for implementing the method of claim 1, comprising a rod with two acoustic emitters in the form of electrodynamics, a trigger button and a tip in contact with the surface of the object being measured, an acoustic receiver in the form of an equilateral triangular antenna with three microphones equipped with shapers of the leading edge of the pulse and attached to the tops of a hard triangle, as well as a three-channel electronic unit connected to a common interface and computer, each channel of which includes in series connected by a bandpass amplifier, a comparator and a time meter meter, characterized in that the microphone antenna, hinged on a tripod, is equipped with a laser aiming indicator mounted normal to the working plane of the antenna on its vertical coordinate axis passing through the centers of the two microphones, and the rod is complemented with two support tips for three-point basing, one of which is equal in height to the first (working) and is located with it in the frontal plane of the rod, the second additional reference bearing konechnik mounted on the rear side of the wand with some indented with possibility to adjust its height, in addition, between the lugs established magnetic mount pendulum suspension with a gap of about 4 mm from the surface of the measured items.