RU88309U1

RU88309U1 - OPTICAL-ELECTRONIC DEVICE FOR MANAGING THE PROCESS OF FLEXIBLE SHEET MATERIAL

Info

Publication number: RU88309U1
Application number: RU2009120157/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Шилин; Михаил Вячеславович Гиркин
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2009-11-10

Abstract

Оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала, содержащее три параллельных бесконтактных лазерных дальномера для измерения расстояния до поверхности материала, расположенных на стойке на равном расстоянии друг от друга, процессор, соединенный с дальномерами для вычисления радиуса кривизны листового материала, выход которого подключен к исполнительному механизму, осуществляющему перемещение гибочных валков, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками, соединенными с процессором, для определения положения подвижных валков, системой автоматического позиционирования стойки, обеспечивающей направление оптической оси центрального дальномера, совпадающее с вектором кривизны поперечного сечения листового материала, содержащей дифференциальный усилитель, входы которого соединены с крайними дальномерами, а выход с электроприводом поворота стойки, узлом позиционирования крайних дальномеров на стойке, содержащим размещенные внутри стойки две соединенных соосно передачи «винт-гайка» с противоположным направлением хода, гайки которых механически соединены с крайними дальномерами, а винты с шаговым электродвигателем, вход которого подключен к выходу процессора.An optoelectronic device for controlling the process of bending sheet material, containing three parallel non-contact laser range finders for measuring the distance to the surface of the material located on a rack at an equal distance from each other, a processor connected to range finders to calculate the radius of curvature of the sheet material, the output of which is connected to the executive the mechanism for moving the bending rolls, characterized in that it is equipped with sensors connected to the processor, for determining the polo the movement of the movable rolls, by a system of automatic positioning of the rack, providing the direction of the optical axis of the central range finder, which coincides with the curvature vector of the cross section of the sheet material containing a differential amplifier, the inputs of which are connected to the extreme range finders, and the output with electric rotation of the rack, the positioning unit of the extreme range finders on the rack, containing two screw-nut transmissions located inside the strut with the opposite direction of travel, the nuts of which Mechanical Protection coupled with the extreme range finders, and screws with stepper motor having an input connected to an output processor.

Description

Предлагаемое устройство относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами, а именно к системам управления металлообрабатывающими станками.The proposed device relates to automated process control systems, and in particular to control systems of metalworking machines.

Известно валковое листогибочное устройство, снабженное узлом измерения кривизны (патент США №4761979 кл. B21D 5/14, 1988), в котором узел измерения кривизны, реализующий контактный механический способ измерения радиуса кривизны поверхности, содержит каретку с возможностью перемещения вдоль прямой перпендикулярной поверхности обрабатываемого материала, держатель щупов размещенный на каретке, два компланарных неподвижных щупа закрепленных на противоположных концах держателя щупов, и подвижный щуп, перемещение которого в плоскости неподвижных щупов формирует в зависимости от величины перемещения выходной сигнал, который используется для вычисления радиуса кривизны.Known roll bending device equipped with a unit for measuring curvature (US patent No. 4761979 class B21D 5/14, 1988), in which the unit for measuring curvature, which implements a contact mechanical method for measuring the radius of curvature of the surface, contains a carriage with the ability to move along a straight perpendicular surface of the processed material , the probe holder located on the carriage, two coplanar fixed probes mounted on opposite ends of the probe holder, and a movable probe, the movement of which in the plane of the fixed probes forms, depending on the amount of displacement, an output signal that is used to calculate the radius of curvature.

Недостатком устройства является механический принцип измерения радиуса кривизны, не позволяющий производить измерения при высокой температуре обрабатываемого материала, и сложность конструкции узла измерения радиуса кривизны.The disadvantage of this device is the mechanical principle of measuring the radius of curvature, which does not allow measurements at high temperature of the processed material, and the complexity of the design of the node measuring the radius of curvature.

Известно устройство для измерения радиуса кривизны цилиндрической поверхности крупногабаритных деталей (патент РФ на полезную модель №56592 кл. G01B 11/255, 2006), содержащее корпус, опирающийся на измеряемую поверхность с помощью закрепленных по концам корпуса опорных элементов, например роликов, и измерительный преобразователь, размещенный на корпусе по центральной оси, по краям корпуса установлены две пары опорных элементов, при этом расстояние между опорными элементами одной пары равно расстоянию между опорными элементами другой пары, и два измерительных преобразователя, установленные посередине расстояния между опорными элементами каждой пары, при этом контактные точки опорных элементов расположены в одной плоскости, а измерительные элементы измерительных преобразователей расположены и установлены с возможностью перемещения в плоскости, в которой расположены контактные точки опорных элементов.A device for measuring the radius of curvature of the cylindrical surface of large parts (patent of the Russian Federation for utility model No. 56592 class. G01B 11/255, 2006), comprising a housing that rests on the measured surface using supporting elements, such as rollers, fixed at the ends of the housing, and a measuring transducer placed on the housing along the central axis, two pairs of supporting elements are installed at the edges of the housing, while the distance between the supporting elements of one pair is equal to the distance between the supporting elements of the other pair, and transducers mounted midway between the support elements of each pair, the contact point of the support elements are arranged in one plane, and measuring transducers elements located and installed movably in the plane in which the contact points are arranged supporting elements.

Недостатком устройства является механический принцип измерения радиуса кривизны, невозможность производить измерения при высокой температуре во время обработки листового материала и невозможность использования этого устройства в системе управления процессом гибки.The disadvantage of this device is the mechanical principle of measuring the radius of curvature, the inability to measure at high temperature during processing of sheet material and the inability to use this device in a control system for the bending process.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство гибки длинных заготовок и способ управления этим устройством (патент США №7325427 кл. B21D 5/14, 2006), содержащее три параллельных бесконтактных лазерных дальномера, для измерения расстояния до поверхности материала, расположенных на стойке на равном расстоянии друг от друга, процессор, соединенный с дальномерами для вычисления реального радиуса гибки, выход которого подключен к исполнительному механизму, осуществляющему перемещение гибочных валков.Closest to the proposed device in technical essence is a device for bending long workpieces and a method for controlling this device (US patent No. 7325427 class. B21D 5/14, 2006), containing three parallel non-contact laser range finders, to measure the distance to the surface of the material located on the rack at an equal distance from each other, a processor connected to rangefinders to calculate the real bending radius, the output of which is connected to an actuator that moves the bending rolls.

Недостатком устройства является наличие составляющей погрешности обусловленной неоптимальной схемой измерения геометрических параметров, и, соответственно, большим объемом обрабатываемой информации, что приводит к снижению качества готовых изделийThe disadvantage of this device is the presence of a component error due to the non-optimal scheme for measuring geometric parameters, and, accordingly, a large amount of processed information, which leads to a decrease in the quality of finished products

В этой связи важной задачей является разработка оптико-электронного устройства управления процессом гибки листового материала, использующего бесконтактный способ измерения радиуса кривизны участка обрабатываемого материала, обладающего сравнительно простой конструкцией, реализующего оптимальную по погрешности схему измерения и повышение скорости обработки информации.In this regard, an important task is the development of an optoelectronic device for controlling the process of bending sheet material, using a non-contact method for measuring the radius of curvature of a section of the processed material, which has a relatively simple design that implements a measurement scheme that is optimal in error and increases the speed of information processing.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности измерения радиуса кривизны участка обрабатываемого материала и увеличение скорости обработки информации, и, соответственно, повышение качества готовых изделий.The technical result of the proposed device is to increase the accuracy of measuring the radius of curvature of the section of the processed material and to increase the speed of information processing, and, accordingly, improving the quality of finished products.

Указанный технический результат достигается тем, что оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала содержит три параллельных бесконтактных лазерных дальномера, для измерения расстояния до поверхности материала, расположенных на стойке на равном расстоянии друг от друга, процессор, соединенный с дальномерами для вычисления реального радиуса гибки, выход которого подключен к исполнительному механизму, осуществляющему перемещение гибочных валков, причем оно снабжено датчиками, соединенными с процессором, для определения положения подвижных валков, системой автоматического позиционирования стойки, обеспечивающей направление оптической оси центрального дальномера совпадающее с вектором кривизны поперечного сечения листового материала, содержащей дифференциальный усилитель, входы которого соединены с крайними дальномерами, а выход с электроприводом поворота стойки, узлом позиционирования крайних дальномеров на стойке, содержащим размещенные внутри стойки две соединенных соосно передачи «винт-гайка» с противоположным направлением хода, гайки которых механически соединены с крайними дальномерами, а винты с шаговым электродвигателем, вход которого подключен к выходу процессора.The specified technical result is achieved by the fact that the optoelectronic device for controlling the process of bending sheet material contains three parallel non-contact laser range finders, for measuring the distance to the surface of the material located on the rack at an equal distance from each other, a processor connected to range finders to calculate the real radius of bending the output of which is connected to an actuator that moves the bending rolls, and it is equipped with sensors connected to the processor m, to determine the position of the movable rolls, by a system of automatic positioning of the rack, providing the direction of the optical axis of the central range finder coinciding with the curvature vector of the cross section of the sheet material containing a differential amplifier, the inputs of which are connected to the extreme range finders, and the output is electrically driven to rotate the rack, the positioning unit of the extreme range finders on a rack containing two screw-nut transmissions connected inside the rack in the opposite direction the stroke, the nuts of which are mechanically connected to the extreme range finders, and the screws with a stepper motor, the input of which is connected to the output of the processor.

Указанные отличия значительно повышают точность измерений, так как система автоматического позиционирования стойки обеспечивает схему измерения с минимальной методической погрешностью, и повышают скорость обработки информации вследствие уменьшения количества операций, требующихся для вычисления радиуса кривизны листового материала. Повышение точности и быстродействия управляющего устройства позволяют улучшить качество выпускаемых изделий и исключить брак.These differences significantly increase the accuracy of measurements, since the automatic rack positioning system provides a measurement scheme with a minimum methodological error, and increase the speed of information processing due to a decrease in the number of operations required to calculate the radius of curvature of the sheet material. Improving the accuracy and speed of the control device can improve the quality of products and eliminate rejects.

На фиг. представлена схема предлагаемого устройства.In FIG. presents a diagram of the proposed device.

Оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала 1, между неподвижным гибочным валком 2 и подвижными гибочными валками 3 и 4 состоит из бесконтактных лазерных дальномеров 5, 6, 7, расположенных на равном расстоянии друг от друга на стойке 8 в плоскости перпендикулярной оси гибочных валков 2, 3, 4, при этом дальномер 6 закреплен на стойке 8, а дальномеры 5 и 7 могут перемещаться вдоль нее, датчиков положения 9, 10 подвижных гибочных валков 3, 4, процессора 11, пульта управления 12, узла позиционирования крайних дальномеров 5, 7 на стойке 8, и системы автоматического позиционирования самой стойки 8. Узел позиционирования крайних дальномеров состоит из двух, размещенных внутри стойки 8, соединенных соосно механических передач «винт-гайка» с одинаковым шагом и противоположным направлением хода, состоящих из гаек 13, 14, на которых закреплены дальномеры 5 и 7, соответственно, и винтов 15, 16 механически соединенных с шаговым двигателем 17. Система автоматического позиционирования стойки 8, состоит из размещенного на неподвижной опоре 18 электропривода 19 поворота стойки 8, механически связанного со стойкой 8, и дифференциального усилителя 20, ко входам которого подключены дальномеры 5 и 7, а выход подключен к управляющему входу электропривода 19 поворота стойки 8. Ко входам процессора 11 подключены дальномеры 5, 6, 7, датчики положения 9, 10 и пульта управления 12, а выходы процессора 11 подключены к шаговому двигателю 17 и исполнительному механизму 21 перемещения валков 3, 4.The optoelectronic device for controlling the process of bending sheet material 1, between the stationary bending roll 2 and the movable bending rolls 3 and 4 consists of non-contact laser range finders 5, 6, 7 located at an equal distance from each other on the stand 8 in the plane perpendicular to the axis of the bending rolls 2, 3, 4, while the range finder 6 is mounted on the stand 8, and the range finders 5 and 7 can move along it, position sensors 9, 10 of the movable bending rolls 3, 4, the processor 11, the control panel 12, the positioning unit of the extreme range finders 5, 7 on rack 8, and the automatic positioning system of the rack itself 8. The positioning unit of the extreme range finders consists of two, located inside the rack 8, connected coaxially by mechanical screw-nut gears with the same pitch and opposite direction of travel, consisting of nuts 13, 14, on which fixed range finders 5 and 7, respectively, and screws 15, 16 mechanically connected to the stepper motor 17. The automatic positioning system of the rack 8, consists of an electric drive 19 mounted on a fixed support 18 of the rotation of the rack 8, the fur associated with the rack 8, and a differential amplifier 20, to the inputs of which are connected the rangefinders 5 and 7, and the output is connected to the control input of the electric drive 19 of the rotation of the rack 8. To the inputs of the processor 11 are connected the rangefinders 5, 6, 7, position sensors 9, 10 and the control panel 12, and the outputs of the processor 11 are connected to the stepper motor 17 and the actuator 21 of the movement of the rolls 3, 4.

Оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала работает следующим образом.The optoelectronic device for controlling the process of bending sheet material works as follows.

С помощью пульта управления 12 в процессор 11 предварительно вводятся: требуемый радиус гибки R, механические свойства, толщина и температура обрабатываемого листового материала 1. Введенные величины сохраняются в памяти процессора. На основании требуемого радиуса гибки, по заранее заложенному алгоритму определяется расстояние d между центральным дальномером 6 и крайними дальномерами 5, 7, обеспечивающее минимальную погрешность измерений. Процессор 11 определяет требуемый угол поворота винтов 15, 16 для достижения вычисленного расстояния, и формирует последовательность управляющих команд для шагового двигателя 17. Шаговый двигатель 17 выполняет поворот винтов 15, 16, что приводит к перемещению гаек 13 и 14 вдоль винтов, и к перемещению механически связанных с ними дальномеров 5 и 7. Расстояние d между дальномерами сохраняется в памяти процессора 19. В процессе работы, сигналы от дальномеров 5 и 7 поступают на входы дифференциального усилителя 20, формирующего, на основе разности сигналов, управляющий сигнал для электропривода 19 поворота стойки 8, который изменяет угол наклона стойки 8 в плоскости перпендикулярной оси гибочных валков 2, 3, 4. Элементы 19 и 20 формируют систему автоматического позиционирования стойки 8, которая позволяет в реальном режиме времени поворачивать стойку 8 так, чтобы направление оптической оси дальномера 6 совпадало с направлением вектора кривизны поперечного сечения обрабатываемого листового материала 1, а расстояния измеряемые дальномерами 5 и 7 были равны. Сигналы от дальномеров 5, 6, 7 поступают на входы процессора 11. Датчики положения 9 и 10 определяют текущее положение подвижных гибочных валков 3 и 4, сигналы с них также поступают на процессор 11. Используя измеренные дальномерами 5, 6, 7 величины расстояния до поверхности материала 1, величину расстояния d между центральным дальномером 6 и крайними дальномерами 5, 7 процессор вычисляет реальную величину радиуса кривизны R_p участка по формуле , где ΔL - разность расстояний измеренных дальномерами 5 и 6 равная разности расстояний измеренных дальномерами 6 и 7. Используя значение R_p, требуемое значение радиуса гибки R обрабатываемого материала 1, текущее положение подвижных гибочных валков 3 и 4, а также предварительно введенные механические свойства, толщину и температуру материала, процессор 11, по заранее заложенному алгоритму, определяет величину требуемого перемещения гибочных валков 3, 4 необходимую для достижения заданного радиуса гибки материала 1 и формирует сигналы управления исполнительным механизмом 21 для изменения положения подвижных гибочных валков 3, 4.Using the remote control 12, the processor 11 is pre-entered: the required bending radius R, mechanical properties, thickness and temperature of the processed sheet material 1. The entered values are stored in the processor memory. Based on the required bending radius, according to a predetermined algorithm, the distance d between the central range finder 6 and the extreme range finders 5, 7 is determined, which ensures the minimum measurement error. The processor 11 determines the required angle of rotation of the screws 15, 16 to achieve the calculated distance, and generates a sequence of control commands for the stepper motor 17. The stepper motor 17 rotates the screws 15, 16, which leads to the movement of nuts 13 and 14 along the screws, and to move mechanically the associated rangefinders 5 and 7. The distance d between the rangefinders is stored in the memory of the processor 19. In the process, the signals from the rangefinders 5 and 7 are fed to the inputs of a differential amplifier 20, which forms, based on the difference, the signal , a control signal for the electric drive 19 of the rotation of the rack 8, which changes the angle of inclination of the rack 8 in the plane perpendicular to the axis of the bending rolls 2, 3, 4. Elements 19 and 20 form a system for automatic positioning of the rack 8, which allows you to rotate the rack 8 in real time so so that the direction of the optical axis of the range finder 6 coincides with the direction of the cross-sectional curvature vector of the processed sheet material 1, and the distances measured by the range finders 5 and 7 are equal. The signals from the range finders 5, 6, 7 are fed to the inputs of the processor 11. The position sensors 9 and 10 determine the current position of the movable bending rolls 3 and 4, the signals from them also go to the processor 11. Using the distance to the surface measured by the range finders 5, 6, 7 material 1, the distance d between the central range finder 6 and the extreme range finders 5, 7, the processor calculates the real value of the radius of curvature R _{p of the} plot according to the formula where ΔL is the difference in the distances measured by the range finders 5 and 6 equal to the distance difference measured by the range finders 6 and 7. Using the value of R _p , the required value of the bending radius R of the processed material 1, the current position of the movable bending rolls 3 and 4, as well as the previously entered mechanical properties, the thickness and temperature of the material, the processor 11, according to a predetermined algorithm, determines the value of the required movement of the bending rolls 3, 4 necessary to achieve a given bending radius of the material 1 and generates control signals and an actuator 21 for changing the position of the movable bending rolls 3, 4.

Таким образом, предлагаемое оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала позволяет повысить точность измерений и повысить скорость обработки информации.Thus, the proposed optoelectronic device for controlling the process of bending sheet material allows to increase the accuracy of measurements and increase the speed of information processing.

Claims

An optoelectronic device for controlling the process of bending sheet material, containing three parallel non-contact laser range finders for measuring the distance to the surface of the material located on a rack at an equal distance from each other, a processor connected to range finders to calculate the radius of curvature of the sheet material, the output of which is connected to the executive the mechanism for moving the bending rolls, characterized in that it is equipped with sensors connected to the processor, for determining the polo the movement of the movable rolls, by a system of automatic positioning of the rack, providing the direction of the optical axis of the central range finder, which coincides with the curvature vector of the cross section of the sheet material containing a differential amplifier, the inputs of which are connected to the extreme range finders, and the output with electric rotation of the rack, the positioning unit of the extreme range finders on the rack, containing two screw-nut transmissions located inside the strut with the opposite direction of travel, the nuts of which Mechanical Protection coupled with the extreme range finders, and screws with stepper motor having an input connected to an output processor.