专利名称：一种逐步逼近弯曲的板材成形方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种逐步逼近弯曲的板材成形方法与装置，具体地说是一种主要用于三维数控弯板机上进行板材成形的、逐步逼近弯曲的板材成形方法，并为此方法提供相匹配的直O
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，造船业也在迅速发展，在造船时，其船体外板构件大都是曲面，三维曲面板材零件的制造是一个重要的环节，因此船体三维曲面外板构件加工的三维数控弯板机是一个重要的机械加工装置。在现有的三维曲面板成形中，虽然整体模具冲压成形工件的精度好、质量高，但是其仅适用于大批量生产，且价格昂贵；它只能用于一些定型的小型船舶。故整体模具在造船行业中很少被使用，这是由于船体外板相同构件的批量极少、形状复杂、尺度大的原因所致。所以目前对于简单曲度的船体外板构件，一般是使用三芯辊或油压机的方法进行加工；而对于复杂三维曲面的船体外板构件，则是使用机械冲压方法预先进行横向曲度加工，在初步成形的基础上，再由人工使用水火弯板的方法进行纵向弯曲，但水火弯板成形工艺的生产条件差、劳动强度大、对工人技术水平要求高、生产效率低下等。
过去70年代国外曾研制过通用多压头式数控弯板，由于多种原因造成失败。其中曾试图使用理论计算方法解决板材的回弹问题(见《船体建造工艺学》，人民交通出版社，1980 年 12 月，141 页)。
现在也有人研究理论计算预报三维弯板回弹的问题，不但计算过程冗长、准确计算困难，更难以满足船舶板材的快速、实时加工的要求。
为改变船体外板加工的困难，已研发了一种以“方形压头可调活络模具板材曲面成形装置，中国专利号ZL 2009 1 0014794. 6”原理研制的、属于可重构技术范畴的船舶三维数控弯板机，用于船体外板复杂曲面的船体外板构件的冷弯成形。加上本设计的一种利用板材自身回弹规律和向目标迭代的逐步逼近弯曲的板材成形方法和装置，能通过在线测量、实时控制弯板成形，迅速有效地解决可重构技术的多压头数控弯板机的回弹困难问题和保证三维曲面船板的成形精度。
发明内容
本发明的目的是为船舶三维数控弯板机提供一种利用板材自身回弹规律和向目标迭代的逐步逼近弯曲的板材成形方法，并为此方法提供相匹配的装置。
本发明的逐步逼近弯曲成形方法的基本过程是首先按照理论目标曲面S形状调整三维数控弯板机下模群的曲面形状，对板材进行冷压，卸载后被压型的板材回弹，通过在线激光三维坐标测量仪在线实时检测，反馈第一次压型板材回弹后实际成形曲面A形状， 比较板材回弹后实际成形曲面B1形状与理论目标曲面S形状的误差偏移值Ii1，然后在理论目标曲面S的基础上向理论目标曲面S的过弯方向，即回弹的反方向增加一个修正值&，修正值IcXh1 ；k为修正系数，设定第一次逼近弯曲压型曲面C115设定第一次逼近弯曲压型曲面C1后，根据第一次逼近弯曲压型曲面C1调整三维数控弯板机下模群的曲面形状，进行第二次压型，即第一次逼近弯曲压型。第二次压型后，再通过在线激光三维坐标测量仪在线实时检测，反馈第二次压型板材回弹后实际成形曲面4形状，比较板材回弹后实际成形曲面4形状与理论目标曲面s形状的误差偏移值h2，当偏移值Ii2超出理论目标曲面s允许的误差范围，则进行第三次压型，即第二次逼近弯曲压型。第二次逼近弯曲压型曲面C2的设定，与第一次逼近弯曲压型曲面C1类同是在第一次逼近弯曲压型曲面C1的基础上向第一次逼近弯曲压型曲面C1的过弯方向，即回弹的反方向增加一个修正值&，修正值&= kxh2 ； k为修正系数。也就是在理论目标曲面S的过弯方向，即回弹的反方向增加一个叠加修正值 g' 2，叠加修正值g' 2= gl+ g2= kx Ch1+ h2)0依次类推，当第三次压型，即第二次逼近弯曲压型回弹后，在线激光三维坐标测量仪在线实时检得的实际成形曲面 形状与理论目标曲面S形状的误差偏移值t!3仍超出理论目标曲面S允许的误差范围，则进行第四次压型， 即第三次逼近弯曲压型，……。直至符合理论目标曲面S允许的误差范围。
第η次的逼近弯曲压型曲面Cn的设定，是在理论目标曲面S的过弯方向，即回弹的反方向增加一个叠加修正值g' n，叠加修正值 g' n= g!+ g2 + ……+gn= kX Ch1+ h2+……+ hn)；即叠加修正值g' = Σ Sn= kX Σ hn ；1 1式中k为修正系数；&为第η次压型后，在第η - 1次逼近弯曲压型曲面Cn 的基础上向第η - 1次逼近弯曲压型曲面C η _工的过弯方向，即回弹的反方向增加一个修正值g ；hn为第η次压型回弹后，实际成形曲面Bn形状与理论目标曲面S形状的误差偏移值h。
在对板材进行下一次逼近弯曲前，需对下模群曲面按逼近弯曲压型曲面C进行修正调整。如根据实际成形曲面形状与理论目标曲面形状的误差来修正下模群曲面形状，有时会产生“过弯”现象，当产生“过弯”现象时，也可以继续反向逐步逼近弯曲；此时，上述公式中，在产生“过弯”现象的那次压型的h值为负值。为提高逐步逼近压型成形的效率，尽量避免板材“过弯”，特设修正系数k，用以减小修正下模群曲面形状时的修正位移量，一般选取修正系数k=0. 7 0.9。
其具体过程如下1、按照理论目标曲面S形状调整三维数控弯板机的下模群曲面形状，将需要成型的板材按放在下模群上，操纵三维数控弯板机，对板材进行第一次压型。压型后，提升上模群，对压型的板材进行卸载；第一次压型后板材在其弹力作用下回弹，形成板材的第一次实际成形曲面Bi。通过在线激光三维坐标测量仪在线实时检测并反馈第一次压型板材回弹后实际成形曲面B1形状，并与理论目标曲面S形状进行比较，判别成形情况，测量出第一次偏移值Ii1 ο
所说的偏移值h为压型板材经压型回弹后实际成形曲面B形状与理论目标曲面S 形状之间回弹量，即压型板材回弹后与理论目标曲面S形状之间的偏移量；第一次偏移值 Ii1为压型板材经第一次压型回弹后实际成形曲面B1形状与理论目标曲面S形状之间偏移值；以下依次类推第二次偏移值Ii2为压型板材经第二次压型回弹后实际成形曲面化形状与理论目标曲面S形状之间偏移值t!2，第三次偏移值h3为压型板材经第三次压型回弹后实际成形曲面B3形状与理论目标曲面S形状之间偏移值ti3，……。
2、根据第一次实际成形曲面B1、理论目标曲面S和第一次偏移值Ill，设定第一次逼近弯曲压型曲面C1。第一次逼近弯曲压型曲面C1是在理论目标曲面S的基础上向“过弯”方向增加一个修正值A，修正值A=IiXh1 ；k为修正系数。然后根据设定的第一次逼近弯曲压型曲面C1调整三维数控弯板机的下模群曲面形状，对经第一次压型后的板材进行第二次压型(即第一次逼近弯曲压型)。第二次压型后，提升上模群，对第二次压型的板材进行卸载；第二次压型后板材在其弹力作用下回弹，形成板材的第二次实际成形曲面化。再通过在线激光三维坐标测量仪在线实时反馈第二次压型板材回弹后实际成形曲面4形状，并与理论目标曲面s形状进行比较，判别成形情况，测量出第二次偏移值Iv
3、根据测量出第二次偏移值Ii2，将第二次压型板材回弹后实际成形曲面化与理论目标曲面s形状进行比较，如板材的第二次压型实际成形曲面4仍超出理论目标曲面s 允许的误差范围，则进行第三次压型(即第二次逼近弯曲压型)。第三次压型，即第二次逼近弯曲压型，根据第二次实际成形曲面B2、理论目标曲面S和第二次偏移值h2，设定第二次逼近弯曲压型曲面c2。第二次逼近弯曲压型曲面C2是在第一次逼近弯曲压型曲面C1的基础上向“过弯”方向增加一个过弯值g2，过弯值g2=kxti2 ；k为修正系数，修正系数k的值为0. 7 0. 9。然后根据设定的第二次逼近弯曲压型曲面C2调整三维数控弯板机的下模群曲面形状，对经第二次压型后的板材进行第三次压型(即第二次逼近弯曲压型)。第三次压型后， 提升上模群，对第三次压型的板材进行卸载；第三次压型后板材在其弹力作用下回弹，形成板材的第三次实际成形曲面 。再通过在线激光三维坐标测量仪在线实时反馈第三次压型板材回弹后实际成形曲面 形状，并与理论目标曲面S形状进行比较，判别成形情况，测量出第三次偏移值Ii3。
根据测量出第三次偏移值Ii3，将第三次压型板材回弹后实际成形曲面 与理论目标曲面S形状进行比较，如板材的第三次压型实际成形曲面 仍超出理论目标曲面S允许的误差范围，则进行第四次压型(即第三次逼近弯曲压型)。其方法依次类推。直至压型后获得的实际成形曲面B符合理论目标曲面S允许的误差范围。
为了实现在线实时反馈压型板材回弹后实际成形曲面形状，并与理论目标曲面S 形状进行比较，判别成形情况，测量出偏移值h，本发明在三维数控弯板机上设置有在线激光三维坐标测量仪，在线激光三维坐标测量仪与三维数控弯板机的计算机连接。在线激光三维坐标测量仪设置在三维数控弯板机上模群的一侧，当三维数控弯板机对板材实施压型后，提升上模群，对压型的板材进行卸载；板材在其弹力作用下回弹，形成实际成形曲面B。 当需要在线激光三维坐标测量仪对板材回弹后形成实际成形曲面B进行在线实时检测时， 将上模群移出下模群，设置在上模群上的在线激光三维坐标测量仪随上模群移出下模群的同时，对板材的实际成形曲面B进行了在线实时扫描检测。
在线激光三维坐标测量仪也可通过导轨设置在下模群的上侧、并能沿导轨在下模群上侧移动。提升上模群后，在线激光三维坐标测量仪通过导轨移动至下模群的上侧，对板材的实际成形曲面B进行在线实时扫描检测。
在线激光三维坐标测量仪将在线实时扫描检测的情况反馈给计算机，计算机将实际成形曲面B形状，并与理论目标曲面S形状进行比较，如板材压型实际成形曲面B仍超出理论目标曲面S允许的误差范围，由计算机根据本方法确定下一次逼近弯曲压型曲面C来调整下模群的曲面形状，再进行压型。发明是一种利用板材自身回弹规律和向目标迭代的逐步逼近弯曲方法和装置， 通过在线测量，实时控制弯板成形，进行有限的逼近压型。逐步逼近弯曲法是在回弹控制过程中，测取回弹量是在线实时取得和计算的，无需进行复杂的力学计算，就能够实时在线快速解决船体板的弯曲回弹问题，一般只要进行1 3次逼近弯曲压型(即2 4次压型)，就能满足加工精度要求。因而也就迅速有效地解决了数控弯板回弹的难题和保证了三维曲面船板的成形精度。
在对成形板材形状进行激光测量时，只需测量位于下模群的各压头中心轴线处板材的高度坐标，在调形时也只需对下模群的各压头的高度进行修正调整即可。因此板材的回弹控制是通过控制板材上有限点的位置实时完成的、具有简便快捷效果。
四
图1为本发明装有在线激光三维坐标测量仪的三维数控弯板机示意图； 图2为在线激光三维坐标测量机示意图； 图3为板材逐步逼近弯曲法中的各种曲面的示意图。
五具体实施例方式下面结合附图所示实施例，进一步说明本发明的板材成形的逐步逼近弯曲法和装置的具体内容及工作过程。
在三维数控弯板机1的上模群3的一侧设置在线激光三维坐标测量机4 (如附图 1所示)，在线激光三维坐标测量机4也可通过道轨设置在三维数控弯板机1的下模群2的上侧，道轨固定在三维数控弯板机1上，在线激光三维坐标测量机4可在道轨上移动。
其具体过程如下1、按照理论目标曲面S形状调整三维数控弯板机1的下模群2曲面形状，将需要成型的板材5按放在下模群2上，操纵三维数控弯板机1，对板材5进行第一次压型。压型后， 提升上模群3，对压型的板材5进行卸载；第一次压型后板材5在其弹力作用下回弹，形成板材5的第一次实际成形曲面Bp将上模群3移出下模群2上侧，在线激光三维坐标测量仪4在上模群3移出下模群2上侧的同时进行在线实时检测(如果在线激光三维坐标测量机4是通过道轨设置在三维数控弯板机1的下模群2上侧的，则提升上模群3后，在线激光三维坐标测量机4通过道轨移动至下模群2上侧进行在线实时检测)，在对成形板材5形状进行在线实时检测(即激光测量)时，只需测量位于下模群2的各压头中心轴线处板材5的高度坐标，根据各压头中心轴线处板材5的高度坐标便能反馈出第一次压型板材5回弹后实际成形曲面B1形状(每次的检测方法类同)，并与理论目标曲面S形状进行比较，判别成形情况，测量出第一次偏移值h。
2、根据第一次实际成形曲面B1、理论目标曲面S和第一次偏移值Ill，设定第一次逼近弯曲压型曲面C1。第一次逼近弯曲压型曲面C1是在理论目标曲面S的基础上向“过弯”方向增加一个修正值gl，修正值A=IiXh1 ；k为修正系数，修正系数k的值为0. 7 0. 9，修正系数k的值可根据需要进行选择。然后根据设定的第一次逼近弯曲压型曲面C1调整三维数控弯板机1的下模群2曲面形状，对经第一次压型后的板材5进行第二次压型(即第一次逼近弯曲压型)。第二次压型后，提升上模群3，对第二次压型的板材5进行卸载；第二次压型后板材5在其弹力作用下回弹，形成板材5的第二次实际成形曲面化。再通过在线激光三维坐标测量仪4在线实时反馈第二次压型板材5回弹后实际成形曲面B2形状，并6与理论目标曲面S形状进行比较，判别成形情况，测量出第二次偏移值t!2。
3、根据测量出第二次偏移值Ii2，将第二次压型板材5回弹后实际成形曲面化与理论目标曲面S形状进行比较，如板材5的第二次压型实际成形曲面B2仍超出理论目标曲面S允许的误差范围，则进行第三次压型(即第二次逼近弯曲压型)。第三次压型，即第二次逼近弯曲压型，根据第二次实际成形曲面氏、理论目标曲面S和第二次偏移值Ii2，设定第二次逼近弯曲压型曲面C2。第二次逼近弯曲压型曲面C2是在第一次逼近弯曲压型曲面C1的基础上向“过弯”方向再叠加一个过弯值&，过弯值&=kXti2 ；k为修正系数，修正系数k的值为0. 7 0. 9，修正系数k的值可根据需要进行选择。然后根据设定的第二次逼近弯曲压型曲面C2调整三维数控弯板机1的下模群2曲面形状，对经第二次压型后的板材5进行第三次压型(即第二次逼近弯曲压型)。第三次压型后，提升上模群3，对第三次压型的板材 5进行卸载；第三次压型后板材5在其弹力作用下回弹，形成板材5的第三次实际成形曲面 。再通过在线激光三维坐标测量仪4在线实时反馈第三次压型板材5回弹后实际成形曲面 形状，并与理论目标曲面S形状进行比较，判别成形情况，测量出第三次偏移值Iv
根据测量出第三次偏移值Ii3，将第三次压型板材回弹后实际成形曲面 与理论目标曲面S形状进行比较，如板材5的第三次压型实际成形曲面 仍超出理论目标曲面S允许的误差范围，则进行第四次压型(即第三次逼近弯曲压型)。其方法依次类推。直至压型后获得的实际成形曲面B符合理论目标曲面S允许的误差范围。
由上可见，本发明是一种利用板材自身回弹规律和向目标迭代的逐步逼近弯曲方法和装置，在压型过程中，通过在线测量，实时控制弯板成形，进行有限的逼近压型。在对成形板材形状进行激光测量时，只需测量位于下模群的各压头中心轴线处板材的高度坐标， 在调形时也只需对下模群的各压头的高度进行修正调整即可，板材的回弹控制是通过控制板材上有限点的位置实时完成的。在回弹控制过程中，测取回弹量是在线实时取得和计算的，无需进行复杂的力学计算，就能够实时在线快速解决船体板的弯曲回弹问题，一般只要进行1 3次逼近弯曲压型(即2 4次压型)，就能满足加工精度要求。因而也就迅速有效地解决了数控弯板回弹的难题和保证了三维曲面船板的成形精度。达到了简便快捷的效^ ο
权利要求
1.一种逐步逼近弯曲的板材成形方法，其特征在于首先按照理论目标曲面S形状调整三维数控弯板机(1)下模群(2)的曲面形状，对板材(5)进行冷压，卸载后被压型的板材 (5)回弹，通过在线激光三维坐标测量仪(4)在线实时检测，反馈第一次压型板材(5)回弹后实际成形曲面A形状，比较板材(5)回弹后实际成形曲面B1形状与理论目标曲面S形状的误差偏移值Ii1，然后在理论目标曲面S的基础上向理论目标曲面S的过弯方向，即回弹的反方向增加一个修正值A，修正值A= kXh1;k为修正系数，设定第一次逼近弯曲压型曲面 C1 ；设定第一次逼近弯曲压型曲面C1后，根据第一次逼近弯曲压型曲面C1调整三维数控弯板机(1)下模群(2)的曲面形状，进行第二次压型，即第一次逼近弯曲压型；第二次压型后， 再通过在线激光三维坐标测量仪(4)在线实时检测，反馈第二次压型板材(5)回弹后实际成形曲面氏形状，比较板材(5)回弹后实际成形曲面化形状与理论目标曲面S形状的误差偏移值Ii2;当偏移值Ii2超出理论目标曲面S允许的误差范围，则进行第三次压型，即第二次逼近弯曲压型；第二次逼近弯曲压型曲面C2的设定，与第一次逼近弯曲压型曲面C1类同 是在第一次逼近弯曲压型曲面C1的基础上向第一次逼近弯曲压型曲面C1的过弯方向，即回弹的反方向增加一个修正值&，修正值&= kXh2 ；也就是在理论目标曲面S的过弯方向，即回弹的反方向增加一个叠加修正值g' 2，叠加修正值g' 2=kX (Ill+ 1 );依次类推……；直至符合理论目标曲面S允许的误差范围；第η次的逼近弯曲压型曲面Cn的设定， 是在理论目标曲面S的过弯方向，即回弹的反方向增加一个叠加修正值g' n ；叠加修正值g' = Σ g = kX Σ hn ；I1式中k为修正系数；&为第η次压型后，在第η - 1次逼近弯曲压型曲面Cn 的基础上向第η - 1次逼近弯曲压型曲面C η _工的过弯方向，即回弹的反方向增加一个修正值g ；hn为第η次压型回弹后，实际成形曲面Bn形状与理论目标曲面S形状的误差偏移值h。
2.根据权利要求1所述的一种逐步逼近弯曲的板材成形方法，其特征在于所述的修正系数k=0. 7 0. 9。
3.一种用于根据权利要求1所述的逐步逼近弯曲的板材成形方法的装置，包含有三维数控弯板机(1)，其特征在于在三维数控弯板机(1)上设置有在线激光三维坐标测量仪 (4)，在线激光三维坐标测量仪(4)与三维数控弯板机(1)的计算机连接，在线激光三维坐标测量仪(4 )设置在三维数控弯板机(1)上模群(3 )的一侧/或通过导轨设置在下模群(2 ) 的上侧、并能沿导轨在下模群(2)上侧移动。
全文摘要
一种主要用于三维数控弯板机(1)上进行的逐步逼近弯曲的板材成形方法与装置。其方法是利用板材(5)自身回弹规律向目标迭代的逐步逼近弯曲，通过在线测量，将板材(5)经压型回弹后实际成形曲面B形状通过在线测量与理论目标曲面S形状进行比较，根据回弹后的误差偏移值h设定逼近弯曲压型曲面C进行有限的逼近压型。其装置是在三维数控弯板机(1)上设置有与计算机连接的在线激光三维坐标测量仪(4)。无需进行复杂的力学计算，就能够实时在线快速解决船体板的弯曲回弹问题，一般只要进行1～3次逼近弯曲压型(即2～4次压型)，就能满足加工精度要求，迅速有效地解决了数控弯板回弹的难题和保证了三维曲面船板的成形精度，具有简便快捷的效果。
文档编号B21C51/00GK102500672SQ20111032630
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者张灿勇, 李继先, 焦和桐, 焦涛, 王呈方, 胡勇, 范正勇, 袁萍, 马军伟 申请人:山东硕力机械制造有限公司