[发明专利]基于板料成形过程的随动闭环控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于板料成形过程的随动闭环控制系统，包括线性结构光发生装置、成像装置、信号处理器、图像处理器、运动控制单元、运动单元，线性结构光发生装置、成像装置、信号处理器固定在工作平台上，信号处理器的输出端与线性结构光发生装置的输入端电连接，成像装置的输出端与信号处理器的输入端电连接，信号处理器的输出端与图像处理器的输入端电连接，图像处理器的输出端与运动控制单元的输入端电连接，运动控制单元的输出端与运动单元电连接，运动单元驱动工作平台。本发明通过非接触式测量的方式获得板料的实时变形状况，结合板料成形要求，对随动对象的预设路径进行修正，可有效地减小加工头预设路径与实际加载路径间存在的误差。

技术领域

本发明涉及板料渐进成形加工领域，尤其涉及一种基于板料成形过程的随动闭环控制方法及系统。

背景技术

随着客户个性需求的增加，制造业从传统的规模化量产向以定制化为重点的多种类、小批量方向转变。渐进成形是根据板料成形过程的要求，编制数控程序，利用数控设备的进给系统，使板料按照给定的路径逐步成形，最终成形出所需的工件形状的板材加工技术。渐进成形技术的数字化和信息化，大大降低了板料成形过程对专用成形工具的依赖度，使得板料零件的柔性制造成为可能，为小批量，多品种，复杂零件的生产奠定了基础。因此，在制造业“个性化”发展的过程中，板材渐进成形引起了业界的关注。

柔性化的成形方式缩短了生产的准备周期，同时也增加了板料的成形难度，与整体成形相比，板料渐进成形过程中更易出现起皱和破裂等问题。为克服成形缺陷，渐进成形采用的加工头数量从最初的单个增至多个，例如公开号为CN105268831A的专利提出将成形工具头和辅助加工头分别置于板料的两侧，通过辅助加工头对板料的支撑来降低成形缺陷；公开号为CN103316981A专利提出采用上、下加工头，其中下加工头至少三个，通过独立驱动的上、下加工头间的运动配合，来提高成形精度和成形效率。

随着轻质难变形材料的盛行，综合温成形和渐进成形的温渐进成形的应用开始增多。成形过程中，塑性变形仅出现在加工头与板料的接触区域，因此温渐进成形通常采用局部加热方式，仅对变形区域材料进行加热，例如日本广岛大学的Ryutaro Hino等提出采用两套运动控制系统分别控制加工头和激光辅助加热工具，以此来实现对局部变形区的同步加热；公开号为CN105033462A专利提出在板料两侧分别设置喷丸激光和加热激光装置，实现对喷丸的区域进行局部加热，从而解决高强度高性能的板材的加工制造问题。

板料的成形是一个复杂的弹塑性变形过程，与整体变形相比，渐进成形中加工头反复的加载和卸载，降低了成形的稳定性，使得加工头实际的加载路径与预设值存在较大差异，进而影响成形零件的形状和尺寸精度。在渐进成形中，两个以上单独驱动加工头的辅助成形或辅助加热头的局部加热，在降低成形风险的同时，也对加工头的运动控制提出了更高的要求，也是柔性化成形方式中的难点。

发明内容

为了解决渐进成形中，加工头反复加载和卸载，影响成形稳定性的问题，本发明提供了一种基于板料成形过程的随动闭环控制系统及方法来解决上述技术问题。

一种基于板料成形过程的随动闭环控制系统，包括线性结构光发生装置、成像装置、信号处理器、图像处理器、运动控制单元、运动单元，所述的线性结构光发生装置、成像装置、信号处理器固定在工作平台上，所述的信号处理器的输出端与线性结构光发生装置的输入端电连接，所述的成像装置的输出端与信号处理器的输入端电连接，所述的信号处理器的输出端与图像处理器的输入端电连接，所述的图像处理器的输出端与运动控制单元的输入端电连接，所述的运动控制单元的输出端与运动单元电连接，所述的运动单元驱动工作平台运动。

所述的线性结构光发生装置包括激光发射器和位于所述激光发射器的光束发出端前方的第一透镜，所述的激光发射器的输入端与信号处理器的输出端电连接，所述的激光发射器的光束经过第一透镜汇聚到板料的变形区。