冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统转让专利
申请号 : CN201811613364.1
文献号 : CN109604375B
文献日 : 2020-05-12
发明人 : 张浩 , 孙付仲
申请人 : 南京工大数控科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.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(1)上的检测工装以及用于检测数据分析的检测系统,其特征在于:所述检测工装包括安装在所述冲压机身(1)外壁两侧的滑轨(2),每个所述滑轨(2)的外表面均设置有承接滑座(3),两个所述承接滑座(3)之间安装有悬挂支撑架(4),所述悬挂支撑架(4)的底部安装有分度刻盘(5),所述分度刻盘(5)的底端安装有激光测距测头(6),所述分度刻盘(5)的一端安装有分度刻盘步进电机(51),所述滑轨(2)的顶部开设有V形滑道(21),所述滑轨(2)的底部安装有齿条(22),所述承接滑座(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),所述承接滑座(3)的内壁顶端设置有卡块(33),所述承接滑座(3)外壁靠近所述支撑架伺服电机(31)一侧设置有连接轴(34),所述承接滑座(3)内壁安装有小齿轮(35),所述小齿轮(35)的外壁安装有连接筒(36);所述悬挂支撑架(4)安装在所述连接轴(34)上;所述支撑架伺服电机(31)的输出轴和所述连接轴(34)同轴设置;所述小齿轮(35)和所述齿条(22)啮合;所述小齿轮伺服电机(32)的输出轴和所述连接筒(36)同轴设置;所述分度刻盘(5)和所述悬挂支撑架(4)转动连接;所述分度刻盘步进电机(51)的输出轴和所述分度刻盘(5)焊接固定。
2.根据权利要求1所述的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统,其特征在于: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。
3.根据权利要求2所述的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统,其特征在于: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。
4.根据权利要求1-3任一所述的冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统,其特征在于:具体操作步骤如下:
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:将分度刻盘步进电机(51)接入电源使其工作,分度刻盘步进电机(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;
倾斜角测量模块采用几何三角法,激光测距测头测量边长a、b,同时控制激光测距测头张角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(6)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,激光测距测头误差应该控制在±
5mm以内,激光测距测头张角α误差应控制在±1°以内,以满足角度测量要求。
说明书 :
冲压钢板弯曲坡度多工位自动检测系统
技术领域
背景技术
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。
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。
发明内容
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。
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刻盘步进电机,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。
下:
的分度刻盘运动至冲压机身下方;
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;
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。
盘运动至冲压机身下方。
动,便于调节激光测距测头的位置。
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
度刻盘;51、分度刻盘步进电机;6、激光测距测头。
具体实施方式
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。
定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
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。
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。
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。
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。
电机51,分度刻盘5和悬挂支撑架4转动连接,分度刻盘步进电机51的输出轴和分度刻盘5焊
接固定。
节安装在分度刻盘5上的激光测距测头6的测量角度。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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:
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。
支撑架4底部的分度刻盘5运动至冲压机身1下方;
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;
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。
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。