[发明专利]一种高精度曲率测控装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及曲率测量控制技术，特别是一种高精度曲率测控装置及方法。

背景技术

肋骨冷弯机目前普遍采用的曲率测量方法是弦线测量法。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。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度曲率测量控制装置及方法，用于潜艇及船体肋骨的连续冷弯加工。

本发明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工控机中计数卡；所述直线位移传感器采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。

测控方法：

首先，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；

其次，通过三个直线位移检测机构检测肋骨加工过程中不同位置的三点第1～3变形量，分别将检测的第1～3变形量通过直线位移检测机构转换成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；

然后，由相邻弦夹角给定值和反馈值在工控机内作为闭环PID数字控制器的输入量和反馈量，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，控制量经插在工控机(存有测量控制程序)扩展槽上的模拟量输出卡转换成电流信号，通过执行机构控制成形轮前进或后退；

其中所述相邻弦夹角给定值的计算方法为：在给定的钢料曲线上，由一端开始，取第1起始点和第1中间点间的距离＝第1直线位移检测机构到第2直线位移检测机构的距离，即第1弦长，在第1起始点和第1中间点间的线段的延长线上取第1延长点，使第1中间点和第1延长点间的距离＝第2直线位移检测机构到第3直线位移检测机构的距离，即第2弦长，过第1延长点作第1起始点和第1延长点间的线段的垂线，交钢料曲线于第1结束点，则第1起始点和第1中间点间的线段与第1中间点和第1结束点间的线段组成相邻弦，它们之间的夹角为给定的相邻弦夹角，即第1弦长与第2弦长之间的第1相邻弦夹角；然后，取第2起始点，使第1起始点和第2起始点间的距离＝测量点位移量，以第2起始点为起点，重复上述步骤可计算出第2相邻弦夹角，依此类推，可计算一系列相邻弦夹角，即(第1～n相邻弦夹角)，直到第n+1结束点超出钢料曲线范围为止。

其中所述第i相邻弦夹角给定值计算公式：αi＝arctg((Yci-Ybi)/(Xci-Xbi))-arctg((Ybi-Yai)/(Xbi-Xai))；

其中(Xai，Yai)为第i起始点坐标，(Xbi，Ybi)为第i中间点坐标，(Xci，Yci)为第i延长点坐标；i＝1，2，3...n。

所述位移量为CNT4×2π×r/m，通过与安装在一个直线位移检测机构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，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；所述第1变形量为第1直线位移检测机构的计数值×p；所述第2变形量为第2直线位移检测机构的计数值×p；所述第3变形量为第3直线位移检测机构的计数值×p；其中p为直线位移检测机构的分辩率；所述相邻弦夹角反馈值计算公式为：αf＝arctg((x3-x2)/L2)-arctg((x2-x1)/L1)，其中L1为第1弦长；L2为第2弦长；