专利名称：一种高精度曲率测控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及曲率测量控制技术，特别是一种高精度曲率测控装置。
背景技术：
肋骨冷弯机目前普遍采用的曲率测量方法为弦线测量法。弦线测量法 的缺点是需要安装四个位移传感器并将其中之一位移传感器装在肋骨前端 并随肋骨同步移动，因此需要安装庞大的支撑导轨。肋骨加工过程是分段 进给的，每次进给的长度是固定的，这样不仅加工的精度受影响，而且加 工的效率也很低。因此实现肋骨冷弯机的连续进给，并提高肋骨曲率的检 测精度与肋骨加工效率是目前亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高精度曲率测量控制装置，用于潜艇及 船体肋骨的连续冷弯加工。
本实用新型的技术方案是这样实现的
测控装置包括3个直线位移检测机构，垂直安装在机台的一边，每 个直线位移检测机构之间平行设置；还包括执行机构，由成形轮、支撑轮、 液压系统构成，2个支撑轮固定在工作台面上，于肋骨的外侧平行设置；与 液压系统相连的成形轮安装在肋骨的内侧，与直线位移检测机构同侧，平 行设置于2个支撑轮中间；
其中一个直线位移检测机构以直线位移传感器为核心，还包括检测轮、 导杆和装有变送器的滑块，其导杆前端通过检测轮与钢料抵接，使导杆可 顶紧钢料，后端与装在直线位移传感器上的滑块相连；滑块另一端经压缩 弹簧安装在机台上，和检测轮同轴位置设置一旋转编码器，旋转编码器、 滑块上的变送器信号分别接至有测量控制程序的工控机中计数卡；所述直 线位移传感器釆用具有将直线位移信号转换为5V方波功能的直线位移传 感器。
本实用新型具有如下优点
1. 本实用新型结构简单，测量使用方便，测量精度高，能够精确控制 肋骨曲率，弥补了原肋骨冷弯加工机床曲率检测控制设备的不足，适合各 种舰船肋骨或圆弧形钢料冷弯加工时使用。
2. 本实用新型能在工控机上显示曲率半径值及曲线形状，曲线上各点
的误差、故障自动报警、配合肋骨冷弯机完成高精度肋骨曲率加工。 附困说明
图1为本实用新型装置结构示意图。
图2为本实用新型一个实施例相邻弦夹角给定值计算原理图。
图3为本实用新型一个实施例相邻弦夹角反馈值计算原理图。
图4为本实用新型一个实施例控制原理图。
图5为本实用新型一个实施例测量控制程序流程图。
*#>实施方式
如图l、 3所示，本实用新型曲率测量控制装置3个直线位移检测机 构垂直安装在机床工作台的一边，每个直线位移检测机构之间平行设置； 其中所述一个直线位移检测机构以直线位移传感器为核心，还包括检测轮、 导杆和装有变送器的滑块，其导杆前端通过检测轮与钢料抵接，使导杆可 顶紧钢料，后端与装有直线位移传感器的滑块相连；滑块另一端经压缩弹 簧安装在机台上，和检测轮同轴位置设置一旋转编码器，旋转编码器、滑 块上的变送器分别接至存有测量控制程序的工控机中的计数卡。
由成形轮6、第1 2支撑轮4 5、液压系统(液压缸、液压伺服阀及伺 服放大器)构成执行机构，作为闭环控制系统的输出量。二个支撑轮固定 在工作台面上，于肋骨的外恻平行设置；与液压系统相连的成形轮6安装 在肋骨的内侧，与直线位移检测机构同侧，平行设置于二个支撑轮中间。
所述的计数卡插在工控机内的扩展槽上，通过DB25接口与变送器连
接；
如图2、 4所示，采用本实用新型曲率测量控制的具体操作步骤有三
1) 通过肋骨加工曲线上每一点的坐标值，计算出肋骨曲线上每一点的 相邻弦夹角，作为闭环控制系统的给定值；
2) 通过三个直线位移检测机构(本实施例指核心器件第1 3直线位移 传感器1~3)检测肋骨加工过程中不同位置的三点变形量(第1~3变形量 xl、 x2、 x3)，分别将检测的第1~3变形量xl、 x2、 x3通过直线位移传感 器转换成TTL方波脉冲信号，送至工控机内具有加减计数功能的计数卡， 再经过计算程序通过计算公式计算出相邻弦的夹角作为闭环控制的反馈值 af;
3 )由相邻弦夹角给定值和反馈值在工控机内作为闭环PID数字控制算 法的输入量和反馈量，由输入量和反馈量之间的差值做为误差，经PID运 算后，得到控制量u,控制量u经模拟量输出卡转换成4 20亳安电流信号， 控制液压伺服阀开口大小来控制成形轮前进或后退。
所述计数卡插在工控机内的扩展槽上，通过DB25接口与变送器连接；
所述模拟量输出卡插在工控机内的扩展槽上，经接口板与伺服控制器连接。 其中所述相邻弦夹角给定值计算过程如图2所示，在给定的钢料曲线
上，由一端开始，取第l起始点和第l中间点间的距离(IAlBll):第l直
线位移传感器1到第2直线位移传感器2的距离，即第1弦长(L1),在第
i起始点和第i中间点间的线段(aibi)的延长线上取第i延长点(cr)，
使第1中间点和第1延长点间的距离(IBlCl，l)-第2直线位移传感器2到 第3直线位移传感器的距离，即第2弦长L2，过第l延长点(C1')作第1 起始点A1和第1延长点间的线段(Aid')的垂线，交钢料曲线于第l结 束点(Cl)，则第1起始点A1和第1中间点B1间的线段(A1B1)与第l 中间点Bl和第1结東点(Cl)间的线段(B1C1)组成相邻弦，它们之间 的夹角(锐角)为给定的相邻弦夹角，即第1弦长(Ll)与第2弦长(L2) 之间的第l相邻弦夹角(al);然后，取第2起始点(A2),使第1起始点 和第2起始点间的距离(|A1A2|)-测量点位移量S (S为常数)，以第2起 始点(A2)为起点，重复上述步骤可计算出第2相邻弦夹角(ot2)，依此类 推，可计算一系列相邻弦夹角(第1 n相邻弦夹角al，a2，a3,a4，…，an)， 直到第n+l结東点(Cn+1)超出钢料曲线范围为止。
第i相邻弦夹角给定值ai计算公式ai= arctg ((Yci-Ybi) / (Xci-Xbi)) -arctg (( Ybi-Yai) / ( Xbi-Xai));
其中(Xai，Yai)为第i起始点Ai坐标，(Xbi，Ybi)为第i中间点Bi坐 标，(Xci，Yci)为第i结束点Ci坐标；i=l，2，3...n。
本实施例所述位移量S是通过与安装在第1直线位移传感器1的导杆 顶端检测轮同轴的旋转编码器检测沿钢料运动的曲线位移得到，为 CNT4x27ixr/m;
其中CNT4为旋转编码器的计数值；m为旋转编码器每转脉冲数；r为 检测轮半径。
相邻弦夹角反馈值计算过程
如图3所示，钢料发生变形后，三个直线位移传感器的值发生变化， 变化量分别为xl,x2,x3 ，则相邻弦夹角反馈值 af = arctg (( x3-x2 ) /L2 )舊tg (( x2-xl ) /Ll )。
所述第1变形量xl为第1直线位移传感器的计数值CNT1 xp;所述第 2变形量x2为第2直线位移传感器的计数值CNT2 xp;所述第3变形量义3 为第3直线位移传感器的计数值CNT3xp;其中p为直线位移传感器分辩率。
闭环控制结构如图4所示由工控机作为控制系统的控制器，并采用 数字pid控制器来构成闭环控制系统。先计算相邻弦夹角给定值做为闭环 控制系统的给定值，相邻弦夹角的反馈值由三个直线位移传感器测量后经 公式计算得到。相邻弦夹角给定值与相邻弦夹角反馈值做减法运算后得到
误差信号，再经PID运算后通过模拟量输出卡输出，模拟量输出卡经接口 板与液压伺服系统连接，由液压伺服系统控制成形轮6完成肋骨冷弯加工。 所述工控机中存有测量控制程序，如图5所示，具体流程为 首先，初始化参数第1弦长L1、第2弦长L2、位移量S、直线位移 传感器分辨率p、旋转编码器每圏脉冲数m;然后，设定相邻弦夹角a/，其 中/=1， 2， 3......n，读第1直线位移传感器的计数值CNT1，读第2直线
位移传感器的计数值CNT2，第3直线位移传感器的计数值CNT3，将三个 直线位移传感器的计数值分别转换成第1 3变形量xl x3(直线位移传感器 具有将直线位移信号转换成5V方波)，计算相邻弦夹角反馈值af;再读旋 转编码器计数值CNT4;将旋转编码器计数值CNT4转换成测量点位移量S; 通过相邻弦夹角反馈值af计算相邻弦夹角误差ae=a/-af，当相邻弦夹角误 差ae大于设定值时，执行PID计算，得到成型轮控制量u，最后显示输出 误差(用于肋骨冷弯机曲率校正，即输出成型轮控制量u至液压伺服控 制器，调整成型轮6的位置)，此时如继续测量则返回设定第i相邻弦夹角 给定值cu',否则在相邻弦夹角误差ae不大于设定值时结東程序。
本实用新型在工控机扩展槽加装计数卡来检测脉冲数，加装模拟量输 出卡来控制钢料变形量，所述计数卡采用PCL-833 (台湾研华公司)，它是 3通道脉冲输入卡，并可进行加/减计数，接口形式为DB25。所述模拟量输 出卡釆用PCL-726 (台湾研华公司)，它有6个通道，接口形式为DIP20。 旋转编码器、直线位移传感器变送器分别与PCL-833卡的DB25 口相连， 其中三个直线位移传感器分别接计数卡1的三个通道，旋转编码器接计数 卡2的第1通道。用来控制钢料变形量的伺服放大器接模拟量输出卡的第 一通道。
旋转编码器LEC-200-BM-G05D，长春第一光学仪器厂。直线位移传 感器测量长度600mm ( TTL输出)，英国NEWALL公司。
权利要求1.一种高精度曲率测控装置，其特征在于包括3个直线位移检测机构，垂直安装在机台的一边，每个直线位移检测机构之间平行设置；还包括执行机构，由成形轮(6)、2个支撑轮、液压系统构成，2个支撑轮固定在工作台面上，于肋骨的外侧平行设置；与液压系统相连的成形轮(6)安装在肋骨的内侧，与直线位移检测机构同侧，平行设置于2个支撑轮中间。
2. 按权利要求l所述高精度曲率测控装置，其特征在于其中一个直 线位移检测机构以直线位移传感器为核心，还包括检测轮、导杆和装有变 送器的滑块，其导杆前端通过检测轮与钢料抵接，使导杆可顶紧钢料，后 端与装在直线位移传感器上的滑块相连；滑块另一端经压缩弹簧安装在机 台上，和检测轮同轴位置设置一旋转编码器，旋转编码器、滑块上的变送 器信号分别接至有测量控制程序的工控机中的计数卡。
3. 按权利要求2所述高精度曲率测控装置，其特征在于所述直线位移 传感器釆用具有将直线位移信号转换为5V方波功能的直线位移传感器。
专利摘要本实用新型涉及曲率测量控制技术，特别是一种高精度曲率测控装置。本实用新型包括3个直线位移检测机构，垂直安装在机台的一边，每个直线位移检测机构之间平行设置；还包括执行机构，由成形轮、支撑轮、液压系统构成，2个支撑轮固定在工作台面上，于肋骨的外侧平行设置；与液压系统相连的成形轮安装在肋骨的内侧，与直线位移检测机构同侧，平行设置于2个支撑轮中间；其中一个直线位移检测机构采用具有检测轮、导杆和装有变送器的滑块的直线位移传感器。采用本实用新型可高精度测量控制肋骨曲率，用于潜艇及船体肋骨的连续冷弯加工。
文档编号B21D7/12GK201002113SQ20062016833
公开日2008年1月9日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者吴景辉, 张环宇, 军 朱 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所