冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统的制作方法

本发明涉及数字化测量技术领域，具体为冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统。

背景技术：

腹板是大型车载起重机伸缩臂的关键内部构件，其制造工艺水平直接决定着机械伸缩臂使用性能和疲劳寿命。近几年来，在重工业、货场、港口、仓库等这些场合对大重型工业设备的使用需求量急剧增加，在起重量和操纵性能上也有了新的发展需要。因此，车载起重机的发展对制造车载起重机伸缩臂关键部件的大型设备提出了更高的生产加工要求。

目前国内的大重型冲压机基本满足了大型机械伸缩臂内部腹板及其盖板的加工精度要求。主要采用截面的多点线段拼接原理，加工出近似半圆形的伸缩臂腹板。冲压机沿平面钢板的宽度方向进行冲压，喂料机推进一次，冲压机执行一次冲压操作，最终成半圆形结构。为保证半圆形的成型效果，每冲压一次，操作工手持坡度计沿钢板长度方向遍历各工位测量钢板冲压后的弯曲坡度，并以此为参考调整次级冲压压力补偿操作。上述方法普遍存在主观性强、效率低下、精确度不高的缺点，且工作量随着待冲压钢板的长度增加而急剧上升，严重影响了腹板及伸缩臂的生产效率。鉴于此，我们提出冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统。

技术实现要素：

本发明提供一种冲压钢板弯曲坡度多工位自动测量系统，实现伸缩臂腹板冲压过程中弯曲坡度的准确高效测量。提出一种针对钢板弯曲角度测量的三角测量法，通过误差分析确定该方法可满足角度测量要求；利用激光测距仪实现距离测量，得到三角测量法中所需的各个边长，并通过公式计算得到弯曲角度；设计合理的自行装置，带动激光测头运动至冲压机各个工位，完成各工位钢板弯曲坡度的自动测量。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统，包括安装在冲压机身上的检测工装以及用于检测数据分析的检测系统，所述检测工装包括安装在所述冲压机身外壁两侧的滑轨，每个所述滑轨的外表面均设置有承接滑座，两个所述承接滑座之间安装有悬挂支撑架，所述悬挂支撑架的底部安装有分度刻盘，所述分度刻盘的底端安装有激光测距测头，所述分度刻盘的一端安装有分度转盘步进电机，所述滑轨的顶部开设有v形滑道，所述滑轨的底部安装有齿条，所述承接滑座的外表面分别安装有支撑架伺服电机和小齿轮伺服电机，所述承接滑座的内壁顶端设置有卡块，所述承接滑座外壁靠近所述支撑架伺服电机一侧设置有连接轴，所述承接滑座内壁安装有小齿轮，所述小齿轮的外壁安装有连接筒。

作为优选，所述悬挂支撑架安装在所述连接轴上。

作为优选，所述支撑架伺服电机的输出轴和所述连接轴同轴设置。

作为优选，所述小齿轮和所述齿条啮合。

作为优选，所述小齿轮伺服电机的输出轴和所述连接筒同轴设置。

作为优选，所述分度刻盘和所述悬挂支撑架转动连接。

作为优选，所述分度转盘步进电机的输出轴和所述分度刻盘焊接固定。

作为优选，所述检测系统包括边长测距模块、倾斜角测量模块、误差分析模块、数据储存模块和数据显示模块；

所述边长测距模块用于对钢板的边长测量；

所述倾斜角测量模块用于对钢板的倾斜角进行测量；

所述误差分析模块用于对测量数据的误差进行分析；

所述数据储存模块用于对测量的数据进行储存；

所述数据显示模块用于对测量的数据进行数显。

作为优选，所述边长测距模块包括脉冲激光发射模块、脉冲激光接受模块、脉冲计时模块和测距算法模块；

所述脉冲激光发射模块用于发射脉冲激光；

所述脉冲激光接受模块用于接受脉冲激光发射后形成的发射光线；

所述脉冲计时模块用于计算脉冲激光发射到脉冲激光接受这段时间；

所述测距算法模块用于对脉冲激光发射的距离进行计算。

另一方面，本发明还提供一种冲压钢板弯曲坡度多工位自动测量系统在具体实施中的操作方法，包括上述任意一项所述的冲压钢板弯曲坡度多工位自动测量系统，具体如下：

s1、启动测量系统：启动激光测距测头，完成系统自检和校准；

s2、悬挂支撑架移动：将支撑架伺服电机接通电源使其工作，支撑架伺服电机工作带动连接轴旋转，进而使得悬挂支撑架在承接滑座上旋转，并使得安装在悬挂支撑架底部的分度刻盘运动至冲压机身下方；

s3、调节测量位置：将小齿轮伺服电机接通电源使其工作，小齿轮伺服电机的输出轴固定在连接筒内，进而带动小齿轮旋转，由于小齿轮和齿条啮合，小齿轮在转动的同时，推动承接滑座移动，通过卡块在v形滑道内滑动，实现承接滑座在滑轨上直线运动；

s4、调节测量角度：将分度转盘步进电机接入电源使其工作，分度转盘步进电机工作带动分度刻盘转动，进而调节安装在分度刻盘上的激光测距测头的测量角度；

s5、检测分析：通过边长测距模块对钢板的边长测量，通过倾斜角测量模块对钢板的倾斜角进行测量，通过误差分析模块对测量数据的误差进行分析，通过数据储存模块对测量的数据进行储存，通过数据显示模块对测量的数据进行数显。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统，通过支撑架伺服电机工作带动连接轴旋转，进而使得悬挂支撑架在承接滑座上旋转，并使得安装在悬挂支撑架底部的分度刻盘运动至冲压机身下方。

2、该冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统，通过设置的小齿轮伺服电机带动小齿轮旋转，推动承接滑座移动，通过卡块在v形滑道内滑动，实现承接滑座在滑轨上直线运动，便于调节激光测距测头的位置。

3、该冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统，通过分度转盘步进电机工作带动分度刻盘转动，进而调节安装在分度刻盘上的激光测距测头的测量角度。

4、该冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统，基三角测量法设计，通过误差分析确定该方法可满足角度测量要求，利用激光测距测头实现距离测量，得到三角测量法中所需的各个边长，并通过公式计算得到弯曲角度，该装置设计合理，带动激光测距测头运动至冲压机各个工位，完成各工位钢板弯曲坡度的自动测量。

附图说明

图1为本发明的整体结构正面图；

图2为本发明的结构侧面图；

图3为本发明的滑轨结构示意图；

图4为本发明的承接滑座结构爆炸图；

图5为本发明的检测系统模块图；

图6为本发明的边长测距模块图；

图7为本发明的几何三角法图；

图8为本发明的脉冲激光发射模块电路图；

图9为本发明的脉冲激光接受模块电路图；

图10为本发明的数据显示模块电路图。

图中：1、冲压机身；2、滑轨；21、v形滑道；22、齿条；3、承接滑座；31、支撑架伺服电机；32、小齿轮伺服电机；33、卡块；34、连接轴；35、小齿轮；36、连接筒；4、悬挂支撑架；5、分度转盘；51、分度转盘步进电机；6、激光测距测头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统，如图1和图2所示，包括安装在冲压机身1上的检测工装以及用于检测数据分析的检测系统，检测工装包括安装在冲压机身1外壁两侧的滑轨2，每个滑轨2的外表面均设置有承接滑座3，两个承接滑座3之间安装有悬挂支撑架4，悬挂支撑架4的底部安装有分度刻盘5，分度刻盘5的底端安装有激光测距测头6，承接滑座3外壁靠近支撑架伺服电机31一侧设置有连接轴34，悬挂支撑架4安装在连接轴34上，支撑架伺服电机31的输出轴和连接轴34同轴设置。

本实施例中，悬挂支撑架4呈字母“u”形状，便于悬挂支撑架4安装在冲压机身1两侧。

进一步的，连接轴34通过轴承环安装在承接滑座3上，便于连接轴34在承接滑座3上转动。

具体的，悬挂支撑架4和连接轴34焊接固定，便于通过连接轴34的转动带动悬挂支撑架4转动。

本实施例中的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统的悬挂支撑架4在移动时，将支撑架伺服电机31接通电源使其工作，支撑架伺服电机31工作带动连接轴34旋转，进而使得悬挂支撑架4在承接滑座3上旋转，并使得安装在悬挂支撑架4底部的分度刻盘5运动至冲压机身1下方。

实施例2

作为本发明的第二种实施例，为了便于调节测量的位置，本发明人员设置有滑轨2，并对滑轨2作出改进，作为一种优选实施例，如图3和图4所示，滑轨2的顶部开设有v形滑道21，滑轨2的底部安装有齿条22，承接滑座3的外表面分别安装有支撑架伺服电机31和小齿轮伺服电机32，承接滑座3的内壁顶端设置有卡块33，承接滑座3内壁安装有小齿轮35，小齿轮35的外壁安装有连接筒36，小齿轮35和齿条22啮合，小齿轮伺服电机32的输出轴和连接筒36同轴设置。

本实施例中，卡块33呈字母“v”字形状，且卡块33的尺寸和v形滑道21的尺寸相适配，便于卡块33卡在v形滑道21内，并在v形滑道21内滑动。

进一步的，承接滑座3的截面呈字母“l”形状，便于将承接滑座3安装在滑轨2上，并在滑轨2上滑动。

具体的，小齿轮伺服电机32的输出轴穿过承接滑座3并固定在连接筒36内，便于小齿轮伺服电机32带动小齿轮35旋转。

本实施例中的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统的调节测量位置时，将小齿轮伺服电机32接通电源使其工作，小齿轮伺服电机32的输出轴固定在连接筒36内，进而带动小齿轮35旋转，由于小齿轮35和齿条22啮合，小齿轮35在转动的同时，推动承接滑座3移动，通过卡块33在v形滑道21内滑动，实现承接滑座3在滑轨2上直线运动，便于调节激光测距测头6的位置。

实施例3

作为本发明的第三种实施例，为了便于调节测量的角度，本发明人员对分度刻盘5作出改进，作为一种优选实施例，如图1和图2所示，分度刻盘5的一端安装有分度转盘步进电机51，分度刻盘5和悬挂支撑架4转动连接，分度转盘步进电机51的输出轴和分度刻盘5焊接固定。

本实施例中，分度刻盘5通过轴承环安装在悬挂支撑架4上，便于分度刻盘5在悬挂支撑架4上转动。

进一步的，分度刻盘5和激光测距测头6焊接固定，便于将激光测距测头6固定在分度刻盘5上，并通过分度刻盘5的转动调节激光测距测头6的测量角度。

本实施例中的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统的调节测量角度时，将分度转盘步进电机51接入电源使其工作，分度转盘步进电机51工作带动分度刻盘5转动，进而调节安装在分度刻盘5上的激光测距测头6的测量角度。

实施例4

作为本发明的第四种实施例，为了便于对检测数据进行分析，本发明人员设置有检测系统，作为一种优选实施例，如图5所述，检测系统包括边长测距模块、倾斜角测量模块、误差分析模块、数据储存模块和数据显示模块，边长测距模块用于对钢板的边长测量，倾斜角测量模块用于对钢板的倾斜角进行测量，误差分析模块用于对测量数据的误差进行分析，数据储存模块用于对测量的数据进行储存，数据显示模块用于对测量的数据进行数显。

本实施例中，倾斜角测量模块采用几何三角法，如图7所示，测距传感器测量边长a、b，同时控制测距传感器张角α，由已知边长和张角计算目标倾斜角β，公式如下：

c²＝a²+b²-2abcosα…………………….(1)

由(1)和(2)可得：

进一步的，误差分析模块基于误差传递线性化分析，设有函数：

y＝f(x1，x2，…，xn)

若x1，x2，…，xn分别含有误差δx1，δx2，…，δxn，则y的误差为：

由式(3)和误差线性化分析，可得：

由此，得倾斜角误差的表达式为：

设a＝500mm，b＝45±5mm，α＝45±1°，由式(7)可知δβ＝±0.97°。

一般工况下，角度测量要求为±1°，由误差分析可知，测距传感器误差应该控制在±5mm以内，传感器张角α误差应控制在±1°以内，以满足角度测量要求。

进一步的，数据显示模块基于lcdsi71263小型三位半液晶显示器设计，电路如图10所示，采用表面贴封装的元件做成小型液晶显示模块，便于进行安装，icl7660是intersil公司采用cmos工艺制成的高效率、小功率低压直流电源变换器，它不仅可将单电源转换成对称输出的双电源，还能实现倍压和多倍压输出，icl7106的电源即由此获得，icl7106也是intersil公司生产的专门用于驱动lcd的双积分模数转换器，功耗极低，可由电池供电，芯片内部有时钟电路，外接阻容元件即可构成两级反相rc振荡器(图中r13、c1)，内部有基准电压发生电路，在v+与com之间有一个2.8v典型值的基准电压源，但考虑到其温度稳定性，本实施例中采用外接精密基准lm385-1.2v，再由分压器分压送到icl7106的差分基准输入端，icl7106的差分输入特性使得in+和in-可以接受在共模电压范围内的差分电压，在v-+1-v+-0.5范围内，a/d转换器具有86db的共模抑制比，图中wz、r6、r7分压接入测量输入in+端，wz用于调整量程下限。r8、c5组成低通滤波以滤去干扰，ws电位器用来微调显示满度以保证

vref+-vref-＝vm/2

vm为满量程，m1用于驱动小数点，dps用于选择小数点显示位置。

本实施例中的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统的检测系统在使用时，通过边长测距模块对钢板的边长测量，通过倾斜角测量模块对钢板的倾斜角进行测量，通过误差分析模块对测量数据的误差进行分析，通过数据储存模块对测量的数据进行储存，通过数据显示模块对测量的数据进行数显。

实施例5

作为本发明的第五种实施例，为了便于对钢板边长的距离进行测量，本发明人员设置有边长测距模块，作为一种优选实施例，如图6所述，边长测距模块包括脉冲激光发射模块、脉冲激光接受模块、脉冲计时模块和测距算法模块，脉冲激光发射模块用于发射脉冲激光，脉冲激光接受模块用于接受脉冲激光发射后形成的发射光线，脉冲计时模块用于计算脉冲激光发射到脉冲激光接受这段时间，测距算法模块用于对脉冲激光发射的距离进行计算。

本实施例中，脉冲激光发射模块采用splll90激光二极管，波长为905nm,峰值功率25w，脉冲式激光发射模块的电路如图8所示，首先555定时器发出一个脉冲信号74ls112芯片接收到此信号后使得其高低电平产生变化再通过改变电路中电阻和电容的大小，使脉冲的占空比发生变化，最终产生脉冲峰值为30ns。

进一步的，脉冲激光接受模块选择siliconsensor公司的ad500-9光电探测器,将接收电路中的微弱光信号转变为电信号，光电探测器的灵敏度、稳定性、响应时间直接关系到测量的精确性，是接收单元中重要元件，因此把它作为脉冲计时模块的触发信号，放大器选用德州仪器公司生产的ua733,它具有很强的快速处理能力，较高的增益稳定性和低相位失真，该芯片采用两级差分的形式，能够将信号放大10-400倍，ua733对信号放大的同时也带来了噪声，为了减少噪声的干扰，可采用美信公司生产的max913比较器，它具有高速和低耗的电平输出功能，通过设定一定的电平值来滤除多余的噪声，电路如图9所示。

具体的，脉冲计时模块基于时间数字转换芯片tdc-gp22设计，时间数字转换芯片tdc-gp22外接4mhz的石英晶振和32.768khz的基准时钟，32.768khz用来校准和控制时钟，和陶瓷晶振相比，石英晶振具有较高的稳定性和较小的频率误差，不用校准高速晶振，因此在测量时选用石英晶振，在脉冲计时模块中，本实施例选用stm32f103c8t6单片机，工作频率最高位为72mhz，存储器为64kb的flash程序储器和高达20kb的sram,包括2个spi口和2个i2c接口，支持串行单线调试和2种jtag接口调试模式，能满足低功耗的应用要求，具有低成本、低功耗、高性能和丰富库函数的stm32系列单片机，可以很容易地开发产品，本实施例中的stm32f103c8t6单片机主要用来控制脉冲激光的发射和接收，对数据进行采集和处理，通过中断信号将结果，送到处理器并计算出距离的精确值，由lcd显示出距离完成整个测量过程。

值得说明的是，脉冲的接收信号和发射信号分别由tdc-cp22的stop1和stop2两个端口控制，中断信号输入rstn引脚连接到单片机pa8引脚，低电平有效，未工作前需要对芯片进行复位，单片机的pa4-pa7引脚分别和tdc-gp22的使能ssn、数据输出so、数据输入si、时钟信号sck引脚连接，使用spi口完成数据通信，en_start是tdc-gp22的开始信号、en_stop1、en_stop2是停止信号使能端，它们分别是tdc-gp22的start、stop1、stop2的使能控制端与单片机的pb5--pb7引脚连接，intn为计时芯片的中断信号输出端和gnd都接地。vio和vcc引脚分别接3.3v的电源，ret、jtck、jnrst、jt-ms、jtdo、jtdi分别作为jtag的引脚，用于单片机调试和下载程序使用，值得注意的是，在使用stm32系列单片机时，所有的vs引脚须接地、vdd引脚须接vcc。

此外，测距算法模块描述如下：由脉冲激光发射模块发出一个持续时间极短的脉冲激光，经过待测距离l之后，被目标物体反射，发射脉冲激光信号(回波信号)被脉冲激光接受模块接收，脉冲计时模块通过计算脉冲激光发射和回波信号到达之间的时间间隔，即激光脉冲从脉冲激光发射模块到目标物体之间的往返时间t,即可计算出目标物体的距离l为，具体算法公式如下：

式中，c为光速。

本实施例中的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统的边长测距模块在使用时，通过脉冲激光发射模块发射脉冲激光，通过脉冲激光接受模块接受脉冲激光发射后形成的发射光线，通过脉冲计时模块计算脉冲激光发射到脉冲激光接受这段时间，通过测距算法模块对脉冲激光发射的距离进行计算。

一种冲压钢板弯曲坡度多工位自动测量系统在具体实施中的操作方法，具体如下：

s1、启动测量系统：启动激光测距测头6，完成系统自检和校准；

s2、悬挂支撑架4移动：将支撑架伺服电机31接通电源使其工作，支撑架伺服电机31工作带动连接轴34旋转，进而使得悬挂支撑架4在承接滑座3上旋转，并使得安装在悬挂支撑架4底部的分度刻盘5运动至冲压机身1下方；

s3、调节测量位置：将小齿轮伺服电机32接通电源使其工作，小齿轮伺服电机32的输出轴固定在连接筒36内，进而带动小齿轮35旋转，由于小齿轮35和齿条22啮合，小齿轮35在转动的同时，推动承接滑座3移动，通过卡块33在v形滑道21内滑动，实现承接滑座3在滑轨2上直线运动；

s4、调节测量角度：将分度转盘步进电机51接入电源使其工作，分度转盘步进电机51工作带动分度刻盘5转动，进而调节安装在分度刻盘5上的激光测距测头6的测量角度；

s5、检测分析：通过边长测距模块对钢板的边长测量，通过倾斜角测量模块对钢板的倾斜角进行测量，通过误差分析模块对测量数据的误差进行分析，通过数据储存模块对测量的数据进行储存，通过数据显示模块对测量的数据进行数显。

值得说明的是，步骤s5中检测步骤具体结合图7作出如下说明：

1)激光测距测头6完成参考面距离a测量；

2)分度转盘步进电机51控制分度转5旋转α度，保证激光测距测头6对准钢板边缘的测量点；

3)激光测距测头6完成距离b的测量；

4)分度转盘5回转，激光测距测头6返回初始位置，并再次正对钢板底平面；

5)重复1)-4)步，直至完成所有工位的弯曲坡度测量；

6)承载滑座3带动激光测距测头6返回滑轨2边缘后，悬挂支撑架4由支撑架伺服电机31驱动抬起，单次测量完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。