矫圆装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自动控制系统领域，具体涉及一种对卷板机的侧辊与上辊之间的中心 距进行实时调节的矫圆装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 卷板机是一种将金属板材弯卷成所需要的圆形、弧形或锥形的加工设备，卷板机 是利用三点成圆的原理进行工作的，通过调整卷板机的侧辊和上辊之间的相对位置来获得 预定的形状。
[0003] 但是，在实际操作的过程中，操作人员仅凭借以往的工作经验来调整上辊和侧辊 之间的中心距从而获得直径不同的筒体或锥体。这样的操作不但没有考虑到金属板材的厚 度对加工精度的影响，而且也没顾及到在加工过程中上辊和侧辊的中心距发生偏差从而使 得成形的圆筒精度不高。所以，根据传统的经验在卷板机上进行矫圆，这样会造成很大的随 机性，导致加工出的产品不能达到质量要求，也不符合装配要求，使生产效率大大降低。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对卷板机的侧辊与上辊 之间的中心距进行实时调节，从而实现高精度矫圆的矫圆装置及其控制方法。
[0005] 本发明提供了一种矫圆装置，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实 时调节，其特征在于，包括：设定部，用于设定所述侧辊与所述上辊之间的预定中心距；采 集部，用于采集得到所述侧辊与所述上辊的实际中心距；执行部，与所述侧辊相连接；以及 PID控制部，基于所述实际中心距与所述预定中心距控制所述执行部带动所述侧辊移动，包 含：用于进行PID运算的PID运算单元以及控制单元，其中，所述PID运算单元根据所述实 际中心距与所述预定中心距的偏差值进行PID运算得到运算结果，然后所述控制单元根据 所述运算结果输出控制信号，所述执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动从而调节所 述侧辊到所述上辊的所述中心距。
[0006] 在本发明提供的矫圆装置中，还可以具有这样的特征：其中，所述采集部包含：设 在所述侧辊上采集相应的电信号的位移传感器以及将所述电信号转换为所述实际中心距 的AD转换器，所述位移传感器是MSD-2-10高精度位移传感器。
[0007] 在本发明提供的矫圆装置中，还可以具有这样的特征：其中，执行部包含：与侧辊 相连接的液压缸以及根据控制信号调节阀芯开度的液压调节阀。
[0008] 另外，本发明还提供了一种矫圆装置控制方法，用于对卷板机的侧辊与上辊之间 的中心距进行实时调节，其特征在于，包括：通过设定部设定预定中心距；通过采集部采集 实际中心距；将所述预定中心距与所述实际中心距的差值作为偏差值；以及对所述偏差值 进行PID运算，相对应地得到所述控制信号，通过执行部根据所述控制信号带动所述侧辊 移动。
[0009] 发明的作用和效果
[0010] 根据本发明所涉及的矫圆装置，因为采集部采集得到侧辊与上辊之间的实际中心 距，PID控制部根据实际中心距与通过设定部设定的预定中心距的偏差值进行PID运算后 输出控制信号，执行部根据控制信号带动侧辊移动从而调节侧辊到上辊的中心距，所以，本 发明的矫圆装置实现对卷板机的侧辊到上辊的中心距进行实时调节，从而实现高精度矫 圆。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的实施例中矫圆装置的结构框图；
[0012] 图2是本发明的实施例中数学模型图；
[0013] 图3是本发明的实施例中PID运算框图；以及
[0014] 图4是本发明的实施例中控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实 施例结合附图对本发明矫圆装置及其控制方法作具体阐述。
[0016] 图1是本发明的实施例中矫圆装置的结构框图。
[0017] 如图1所示，在本实施例中，矫圆装置100用于对卷板机200的侧辊201到上辊202 的中心距进行实时调节，从而对金属板材卷成的圆筒进行更高精度地矫圆，在本实施例中， 卷板机200能够是倾斜下调式三辊卷板机或者对称式四辊卷板机，这两种卷板机都是通过 控制侧辊和上辊之间的中心距实现高精度矫圆。
[0018] 矫圆装置100包含：设定部10、采集部20、PID控制部30和执行部40。
[0019] 设定部10用于设定侧辊201到上辊202的预定中心距。
[0020] 采集部20用于采集得到侧辊201距离上辊202的实际中心间距值。采集部20包 含：位移传感器和AD转换器。
[0021] 位移传感器安装在侧辊201上，用于对侧辊201的位置状态进行检测，从而采集 与侧辊201到上辊202之间距离相对应的电信号。在本实施例中，位移传感器采用型号是 MSD-2-10的高精度位移传感，由于MSD-2-10位移传感器是基于霍尔原理的位移传感，测得 的是电信号，与中心距d量纲不同，需要将测得的传感电信号送人AD转换器进行模数转换， AD转换器输出与d量纲相同的实际中心距。
[0022] PID控制部30根据实际中心距与预定中心距控制执行部40移动。PID控制部30 包含：PID运算单元和控制单元。PID运算单元将实际中心距与预定中心距的偏差值进行 PID运算并得到运算结果，控制单元根据运算结果输出控制信号。
[0023] 执行部40根据控制信号带动侧辊201移动从而调节侧辊201到上辊202的中心 距离。执行部40包含：DA转换单元、液压调节阀和液压缸。DA转换单元将PID控制部30 输出的控制信号转换成液压调节阀能识别的阀芯控制信号，液压调节阀根据该阀芯控制信 号调节阀芯的开度，从而调节液压缸的液体的流量。PID控制部30输出的控制信号与阀芯 控制信号是一一对应的。液压缸与侧辊201相连接，液压缸根据液体的流量进行移动并且 带动侧辊201进行移动。
[0024] 图2是本发明的实施例中数学模型图。
[0025] 如图2所示，上辊202的半径是巧，侧辊201的半径是1*2、金属板材厚度是β、圆 筒的半径是R、侧辊201在垂直方向的倾斜角是α，可以建立上辊202与侧辊201的理论中 心距d与圆筒的半径R之间的数学关系式：
[0026] (R+r2+ β )2- (R-r^dcos α )2= (dsin α ) 2
[0027] 在已知圆筒半径为R的情况下，上辊202与侧辊201的理论中心距d的关系式为：
【主权项】
1. 一种矫圆装置，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，其特征在 于，包括： 设定部，用于设定所述侧辊与所述上辊之间的预定中心距； 采集部，用于采集得到所述侧辊与所述上辊的实际中心距； 执行部，与所述侧辊相连接；以及 PID控制部，基于所述实际中心距与所述预定中心距控制所述执行部带动所述侧辊移 动，包含：用于进行PID运算的PID运算单元以及控制单元， 其中，所述PID运算单元根据所述实际中心距与所述预定中心距的偏差值进行PID运 算得到运算结果，然后所述控制单元根据所述运算结果输出控制信号， 所述执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动从而调节所述侧辊到所述上辊的所 述中心距。
2. 根据权利要求1所述的矫圆装置，其特征在于： 其中，所述采集部包含：设在所述侧辊上采集相应的电信号的位移传感器以及将所述 电信号转换为所述实际中心距的AD转换器， 所述位移传感器是MSD-2-10高精度位移传感器。
3. 根据权利要求1所述的矫圆装置，其特征在于： 其中，所述执行部包含：与所述侧辊相连接的液压缸以及根据所述控制信号调节阀芯 开度的液压调节阀。
4. 一种矫圆装置控制方法，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节， 其特征在于，包括： 通过设定部设定预定中心距； 通过采集部采集实际中心距； 将所述预定中心距与所述实际中心距的差值作为偏差值；以及 对所述偏差值进行PID运算，相对应地得到所述控制信号， 通过执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动。
【专利摘要】本发明提供了一种矫圆装置，用于对卷板机的侧辊与上辊之间的中心距进行实时调节，其特征在于，包括：设定部，用于设定所述侧辊与所述上辊之间的预定中心距；采集部，用于采集得到所述侧辊与所述上辊的实际中心距；执行部，与所述侧辊相连接；以及PID控制部，基于所述实际中心距与所述预定中心距控制所述执行部带动所述侧辊移动，包含：用于进行PID运算的PID运算单元以及控制单元，其中，所述PID运算单元根据所述实际中心距与所述预定中心距的偏差值进行PID运算得到运算结果，然后所述控制单元根据所述运算结果输出控制信号，所述执行部根据所述控制信号带动所述侧辊移动从而调节所述侧辊到所述上辊的所述中心距。
【IPC分类】B21C51-00, B21D37-00, B21D5-14
【公开号】CN104588493
【申请号】CN201510028692
【发明人】王艳, 王健波, 许光辉, 胡捷飞, 沈晓宇, 王帅
【申请人】上海理工大学, 镇江市锻压机床厂
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月21日