CN101952062B - 检查和控制辊式弯曲机的方法和如此控制的机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检查和控制用于在弯曲机中使用一系列用于弯曲的辊来按可变曲率半径连续地弯曲伸长工件的辊式弯曲机的方法，包括在一点处测量所述伸长工件的距离的步骤，该点处于用于在连续时刻中弯曲的一系列辊的下游，计算所述伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径、将所计算出的曲率半径与所期望的曲率半径进行比较并且确定它们之间的差值、计算上游辊必须经历的位置变化，以便消除所述差值并且基于所计算出的位置变化来操作上游处的辊。还描述了体现所述方法的一种机器。

Description

检查和控制辊式弯曲机的方法和如此控制的机器

技术领域

本发明涉及一种检查和控制按可变曲率半径连续地弯曲伸长工件的辊式弯曲机的方法。此外，本发明涉及一种如此来控制的辊式弯曲机。

背景技术

授予东京（日本）的Mitsubishi Denki的美国专利号4,761,979描述了一种尖塔类的辊式弯曲设备，其具有适合于测量工件的曲率半径的曲率测量单元，该曲率测量单元包括至少三个安装在探针保持器上的探针，该探针中的至少一个是移动探针，其线性位移产生了相应的电输出信号，其余的探针是固定的探针。曲率测量单元的驱动缸朝向工件移动探针保持器，直到所有的探针稳固地接触工件的表面，在该状态中，电输出信号被应用于计算和显示单元来作为测定值，该测定值作为输入值被操作者提供给计算机。计算机计算出机器顶部辊的行程尺度，要求该机器顶部辊来获得工件的期望的曲率半径。

此外，授予Cesena（意大利）的Promau s.r.l.的欧洲专利N.477752描述了一种用于弯曲铁板的辊式弯曲机，其对于从辊式弯曲机中引出的工件使用三点式机械检测设备。该设备使得能够检查机器赋予铁板的半径，允许人们干预以进行必需的校正。

以Borlange（瑞典）的ORTIC AB的名义申请的欧洲专利申请EP1644140描述了一种工艺过程监视和控制的方法，该方法通过使用激光发送器类型的三个平行的非接触式测距仪并且通过测量到伸长工件上的弯曲表面的距离、通过以测量仪和测量距离之间的固定距离为基础来计算实际曲率半径并且响应所计算出的实际半径和所期望的半径之间的关系来调整该弯曲机来将伸长工件连续弯曲成预定的半径。

显然，在以上引用的文献中，测量伸长工件的区段的实际半径，但是当不同于所测量的区段的工件区段被弯曲时，校正和调整机器。然而，如果希望获得的弯曲是预定的固定半径弯曲，则该方法可能是满足的，因为这可能意味着仅工件的第一弯曲区段具有不同于所期望的弯曲半径的实际的弯曲半径。在该情况下，损失可能包括丢弃该第一弯曲区段。

相反地，当希望按可变的曲率半径来弯曲伸长工件时，例如，具有固定半径的工件的区段，该工件的区段被不同半径的连接部分分开，或者通常，弯曲区段具有连续地变化的半径，那么测量该伸长工件区段的半径是更加有益的，该伸长工件区段具有接近该机器在那时正在加工的或者随即加工的该弯曲区段的半径。

因此，本发明的主要目的是测量弯曲区段中的曲率半径，该曲率半径不是已经形成的实际弯曲区段的实际曲率半径，而是正在由该机器形成的弯曲区段的曲率半径。

本发明的另一个目的是测量一点处的曲率半径，该点最靠近被该机器弯曲变形的点，其通常是用于将工件引出该机器的第三辊。

发明内容

因此，本发明在其第一方面中提供了一种检查和控制按可变曲率半径连续地弯曲伸长工件的辊式弯曲机的方法，该辊式弯曲机使用一系列用于弯曲的驱动辊，该方法包括以下步骤：

在一个点处测量该伸长工件的距离，该点位于用于弯曲的所述系列驱动辊的下游并且设置在一个测距仪的方向上，执行该距离测量以在连续时刻中获得所述一个点和该测距仪的固定位置之间的距离；

计算该伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径；

将所计算出的曲率半径与在所述弯曲区段中所期望的曲率半径相比较，并且确定所述计算出的曲率半径和所述期望的曲率半径之间的差值，所述弯曲区段具有借助于测长器与该伸长工件同心地测得的位置和长度；

计算出上游辊必须经受的位置变化，以便消除所述计算出的曲率半径和所述期望的曲率半径之间的所述差值；

基于所述计算出的位置变化来操作所述上游辊。

在本发明的方法的第一实施例中，基于用于弯曲的所述系列辊中的至少一个辊相对于待弯曲的该伸长工件的位置变化和该由测距仪所测得的距离变化来进行该伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径的计算。特别是，通过一系列三阶多项式函数来限定所述伸长工件被沿其弯曲的曲线，所述函数是自然三次样条函数，其需要至少三个点来在数学上被限定出，基于可改变其位置的辊相对于待弯曲的该伸长工件的位置变化和由该测距仪所测得的距离变化两者构成两个点、作为相对于在先探测所测得的曲率或者弦长的角系数的变化的笛卡儿图表产生的第三点来获得所述至少三个点。

在本发明的方法的第二实施例中，该伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径的计算是弯曲区段的中间曲率半径的计算，该弯曲区段的中间曲率半径在所述至少三个连续时刻期间形成，所述中间半径被包含在所述至少三个时刻的第一个中的弯曲半径和所述至少三个时刻的最后一个中的弯曲半径之间。

在本发明的第二方面提供了一种被控制来用于按可变曲率半径连续弯曲伸长工件的机器，使用一系列用于弯曲的驱动辊的机器包括：

一个测距仪，其用于测量位于用于弯曲的所述系列辊下游的该伸长工件的距离；

计算机，其与其他部件一起被连接到该测距仪上，用于基于在连续时刻中所述距离的测量并将所计算出的曲率半径与弯曲区段中所期望的曲率半径相比较来计算所述弯曲区段的半径；

该计算机还被连接到测长器上，用于同心地测量所述弯曲区段到该伸长工件的长度；

该计算机还被连接到适合于操作用于弯曲的该系列驱动辊中的辊的操作装置上，以便基于所述测得的曲率半径和所述弯曲区段中所期望的曲率半径之间的差值、借助于测长器来调整它。

除了获得更精确的校正值的优点之外，特别是参考用于获得具有可变曲率半径的弯曲区段的弯曲操作，根据本发明的方法和机器具有相对于先有技术的优点：不需要例如激光发送器的三个测距仪，而是仅需要一个。从而，实现了降低成本的结果。

此外，相对于三个点接触的测距仪，存在各种优点，其中最重要的优点是更精确，因为在一个点和一个方向上进行测量。

附图说明

将参照结合附图的其优选实施例来描述本发明，其中：

图1非常简略并且局部地示出了辊式弯曲机的侧视图，其体现了根据本发明来检查和控制用于按可变曲率半径连续地弯曲伸长工件的辊式弯曲机的方法；以及

图2特别按其改进形式示出了图1中的机器的放大细节图。

具体实施方式

首先参见图1，体现本发明的机器例如是尖塔状的弯曲和成形机，并且包括一系列的三个驱动辊1、2和3，它们中的至少一个是变形辊。待弯曲的伸长工件（例如，管T）沿由箭头F所指示的方向通过驱动辊。为了说明方便，辊1和3被固定在其位置上，而辊2可在其竖直位置中调整并且可以基于在竖直方向上的追溯（retroactive）控制通过机器来控制以移动。编码器4与竖直可调整的辊2相关联，并且用于测量管T通过一系列辊1、2和3的位移的编码器被指示为5。

非接触式测距仪被总得指示为6，该非接触式测距仪被固定在其位置上，例如，包括激光发送器，其提供了相对于从机器引出的弯曲部的距离d。为了方便起见，示出了激光仪6相对于板平面竖直的对准方向y，下面将把该激光仪6作为非接触式测距仪。然而，还可以根据从辊3引出的管的半径来选择对准方向，优选地为了尽可能近地靠近辊3的引出点，例如，沿图1中表示为y’的线。

根据所述示图的机器还包括用于数据控制和处理的中央计算机7，其任务是在机器运动和弯曲图之间产生通信，所述弯曲图可以被图解地通过视频设备8插入，该视频设备8还可以是“触摸屏”类型。该通信借助于数字模拟设备I/O和信号调理器来发生，该信号调理器具有过滤和稳定来自该机器的各种机械、液压和电子部件的数字模拟信号的功能。这些部件是已知的，于是没有描述，或者非常概要地描述了它们。

液压缸9和比例阀10是用于移动辊2的系统的部件，依据编码器4相对于由编码器5所提供的水平管运动的探测并且依据由编码器4、编码器5和激光仪6所提供的弯曲的探测，通过计算机7来控制该系统。

该机器可以在没有以手动方式的任何检查和追溯的情况下来工作。

在该情况下，从图形／数字设计，例如借助于已知的几何原始曲线（例如，圆、椭圆等）来绘制的曲线，来获得函数，该函数描述了在伸长工件（例如，管或者棒）上将获得的确定的弯曲。由该函数，可获得该弯曲的全长和小区段或者弯曲弧的长度和曲率半径的对应值。

例如，对于椭圆，通过公式YNOT（Roger Maertens，2000）P=4(a^y+b^y)1/y与y=logn(2)/logn(π/2)来计算周长。对于其他原始曲线，计算更复杂，例如，对于样条函数，其中对于每个多项式定义的间隔必须进行计算。其中，例如可以确定材料棒的长度（这是必需的）以获得所期望的弯曲工件。下面将使用椭圆来作为一个可行的实例，因为其是圆的过大的简单性和其他原始曲线的计算复杂性之间的折中。

在下文中，计算为所需的弯曲的部分的弧的长度。这些长度被称为“控制点”。密切圆（osculator circle）的半径的值与每个控制点有关。当计算椭圆的实例时（在该情况下，已经通过使用求解积分的辛普森方法来选择两个角度之间的弧的计算）：

R=主半轴

r=副半轴

Δφ=(φ₂-φ₁)÷20；

$y1=\sqrt{{\left(R\sin {\mathrm{\φ}}_1\right)}^2+{\left(r\cos {\mathrm{\φ}}_1\right)}^2}$

$y2=\sqrt{{\left(R\sin ({\mathrm{\φ}}_1+\mathrm{\Δ\φ})\right)}^2+{\left(r\cos {({\mathrm{\φ}}_1+\mathrm{\Δ\φ})}_{}\right)}^2}$

$y3=\sqrt{{\left(R\sin ({\mathrm{\φ}}_1+2\×\mathrm{\Δ\φ})\right)}^2+{\left(r\cos {({\mathrm{\φ}}_1+2\×\mathrm{\Δ\φ})}_{}\right)}^2}$

…

$y21=\sqrt{{\left(R\sin ({\mathrm{\φ}}_1+20\×\mathrm{\Δ\φ})\right)}^2+{\left(r\cos ({\mathrm{\φ}}_1+20\×\mathrm{\Δ\φ})\right)}^2}$

P=(Δφ÷3)×(y₁+4y₂+2y₃+4y₄+2y₅+...+2y₁₉+4y₂₀+y₂₁)=φ₁和φ₂之间的弧长。

对于每个弧，也就是说，曲线区段，相关的半径（必须通过还参考角度的以下公式来获得该半径）为：

（R²*sin²(φ)+r²*cos²(φ))3/2/(R*r)。

然后，在待弯曲的棒的长度方向上，找出等于想从该相同棒上获得的弯曲区段或者椭圆的弧的间隔。椭圆的对应曲线区段的半径与棒的每个间隔有关。在操作期间，机器将使中央辊2降下并且使棒移动，从而棒的每个范围到达与对应的曲率半径相应的高度。因此，继续加工，直到覆盖椭圆的整个周长。

当使用根据本发明的追溯（retroaction）时，基于中央辊2的高度变化和激光仪6的测量两者，构造在连续探测中属于该弯曲的一系列的点。

通过一系列的三阶多项式函数来限定出该弯曲。这样的函数需要至少三个在数学上限定的点，该函数是自然三次样条函数。从中央辊的位置变化和激光测量来获得该点。然后，给定两个点，第三点将在作为相对于在先探测所测得的曲率的变化或者弦的角系数的变化的笛卡儿图表中产生。样条函数的计算过程通过确定该序列点（其中，与管在这些点处的连接有关）的极值点上的二阶导数的零值约束来确保单一解。所使用的测量方法允许从单个检查点开始高精度地测量和检查可变半径的弧。（请参阅：http://en.wikipedia.org/wiki/Spline_interpolation，特别是“三次样条插值”、“三次样条的极小性”和“利用自然三次样条的插值”的段落）。

当然，如同对于任何其他曲线一样，除了二阶导数上的两个约束之外，该过程需要通过连续测量给出的至少三个点。在该处理过程的结束时，在n个点上高精度地完全构造出所述曲线。因此，该方法不应与使用三点弧测量仪的测量方法相混淆。

根据逐步构造的多项式，可以计算曲线的确定点X处的曲率半径。在每个区段中，曲率半径或者密切圆的半径通过以下公式来计算

$\mathrm{\ρ}\left[X\right]\frac{{(1+{\left(f^{\′}\right[X\left]\right)}^2)}^{3/2}}{f^{\′\′}\left[X\right]}$

此外，已知了曲率半径相对于X值的数值，可以意义明确地限定出曲线，其二阶导数在符号上不会变化，而在机器操作中，不会发生凹度／凸度方面的变化。这样，可以获得可与由初始图形设计所得到的工作相匹配的结果。

这在处理期间和最后的结果中是可能的。将在被加工的棒上获得的半径值与初始图形设计的曲线区段的半径相比较是足够的。如果这些数值匹配，则将形成与该设计精确一样的曲线，否则，计算出差值，并且依据所述差值再计算出用于中央辊的凹槽的新高度。

参见图2，根据该机器的结构性改型详细地描绘了图1中的该机器的一部分。代替非接触式测距仪6，使用接触式测距仪11。该接触式测距仪可以是任何已知类型，例如，追踪点或者编码器，或者其他类型，只要其可以被用于连续地测量在一系列驱动辊的下游被加工的管T的距离。接触式仪器11能够沿单个方向探测管T相对于固定点的距离是足够的。可以按最合适的方式选择该方向，例如，沿如图所示的方向y或者y’。

已经在其实施例中或者在其改型中描述和描绘的根据本发明的机器可以依照本发明的方法的变型来操作。根据该变型，执行伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径的计算以获得在至少三个连续时刻期间所形成的弯曲区段的中间曲率半径，该中间曲率半径处于至少三个时刻中的第一个中的曲率半径和所述至少三个时刻中最后一个中的曲率半径之间。该方法类似于使用弧测量仪的方法，但是其通过单个激光仪或者在一个方向上的追踪点测量仪来体现。

上述的测量和追溯方法可以如下来应用。

通过知道单个测量点，当改变所使用的材料或者在加工阶段发生机械改型时，可以精确测量所制成的弯曲的定向和任何要进行的校正。

该方法允许补偿由于使用的材料的弹性特性和在使用不同部件时发生的任何电动机械变型所产生的误差。

根据弹性特征、在预设置步骤中计算出的系数来使用比例系数，增加系统的总精度。

如由激光仪控制的伸长工件的装配过程允许自动地减少生产中的材料浪费。相同的过程允许人们自主地决定材料的装配长度。显然，消除了由于待加工的材料在机器上定位的所有误差。

此外，一个读数点的结果进一步增加了机器的易操作性。

该方法允许加工多个连续的管，以便获得非常长的弧。

在前面的说明中，考虑到体现该方法的机器是尖塔状的环形辊，其中顶部驱动辊是变形辊。可替换地，该变形辊是该机器的引出辊。

应理解，可以提供其他改型和变化，其全部落入到根据权利要求的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种检查和控制按可变曲率半径连续地弯曲伸长工件的辊式弯曲机的方法，该辊式弯曲机使用一系列用于弯曲的驱动辊，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-在一个点处测量该伸长工件的距离，该点位于用于弯曲的所述系列驱动辊的下游并且设置在一个测距仪的方向上，执行所述距离测量以在连续时刻中获得所述一个点和该测距仪的固定位置之间的距离；

-计算该伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径；

-将所计算出的曲率半径与在所述弯曲区段中所期望的曲率半径相比较，并且确定所述计算出的曲率半径和所述期望的曲率半径之间的差值，所述弯曲区段具有借助于测长器与该伸长工件同心地测得的位置和长度；

-计算出上游辊必须经受的位置变化，以便消除所述计算出的曲率半径和所述期望的曲率半径之间的差值；以及

-基于所述计算出的位置变化来操作所述上游辊。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于用于弯曲的所述系列辊中的至少一个辊相对于待弯曲的该伸长工件的位置变化和该由测距仪所测得的距离变化来进行该伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径的计算。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过一系列三阶多项式函数来限定所述伸长工件被沿其弯曲的曲线，所述函数是自然三次样条函数，其需要至少三个点来在数学上被限定出，基于可改变其位置的辊相对于待弯曲的该伸长工件的位置变化和由该测距仪所测得的距离变化两者构成两个点、作为相对于在先探测所测得的曲率或者弦长的角系数的变化的笛卡儿图表产生的第三点来获得所述至少三个点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该伸长工件的每个弯曲区段的曲率半径的计算是弯曲区段的中间曲率半径的计算，该弯曲区段的中间曲率半径在至少三个所述连续时刻期间形成，所述中间半径被包含在至少三个所述连续时刻的第一个中的弯曲半径和至少三个所述连续时刻的最后一个中的弯曲半径之间。

5.一种用于按可变曲率半径来连续弯曲伸长工件(T)的受控机器，该机器使用一系列用于弯曲的驱动辊(1、2、3)，其特征在于，该机器包括：

-一个测距仪(6、11)，其用于测量位于用于弯曲的所述系列辊下游的该伸长工件(T)的距离；

-计算机(7)，其与其他部件一起被连接到该测距仪(6、11)上，用于基于在连续时刻中所述距离的测量并将所计算出的曲率半径与弯曲区段中所期望的曲率半径相比较来计算所述弯曲区段的半径；

该计算机(7)还被连接到测长器(5)上，用于同心地测量所述弯曲区段到该伸长工件(T)的长度；

该计算机(7)还被连接到适合于操作用于弯曲的该系列驱动辊(1、2、3)中的辊(2)的操作装置(9、10)上，以便基于所述测得的曲率半径和所述弯曲区段中所期望的曲率半径之间的差值、借助于测长器(4)来调整它。

6.根据权利要求5所述的机器，其特征在于，所述测距仪(6)是非接触式仪器。

7.根据权利要求6所述的机器，其特征在于，所述非接触式仪器是包括处于单个方向上的单个激光发送器的仪器。

8.根据权利要求5所述的机器，其特征在于，所述测距仪(11)是处于单个点和处于单个方向上的接触式仪器。

9.根据权利要求5所述的机器，其特征在于，所述测长器(4、5)是编码器。

10.根据权利要求5所述的机器，其特征在于，所述测距仪(6、11)按这样的方式被固定在其位置中，即，其测量方向在该机器的该引出辊附近横跨该伸长工件。