JCO成型管形在线闭环控制方法、系统、装置转让专利
申请号 : CN202011626362.3
文献号 : CN112859735B
文献日 : 2022-04-08
发明人 : 何志伟 , 黄继庆 , 张占国 , 徐刚 , 李立 , 陈小伟 , 魏耀华 , 冯伟华 , 张志明 , 孙磊 , 郑红梅 , 刘华光
申请人 : 中国石油天然气集团有限公司 , 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 , 巨龙钢管有限公司 , 南京巨龙钢管有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种JCO成型管形在线闭环控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S100,基于待成型钢板的尺寸和力学性能参数,获取待成型钢板变形后的变形数据,基于所述变形数据确定预设钢管的预设成型轮廓、预设压制道次和每个压制道次的预设压下量;所述变形数据包括待成型钢板变形后的应力、应变、变形量和回弹量;
步骤S200,根据所述预设压下量对待成型钢板进行压制,获取压制成型过程中待成型钢板的成型截面数据,并拟合出待成型钢板的实际成型轮廓;所述成型截面数据包括轮廓数据,所述轮廓数据包括直线段和圆弧段,两条所述直线段分别位于所述圆弧段的两端,所述圆弧段两侧的直线段之间的夹角为卷曲角;
步骤S300,将拟合出的实际成型轮廓和预设成型轮廓进行对比,获取实际成型轮廓与预设成型轮廓的卷曲角度差值;所述“获取实际成型轮廓与预设成型轮廓的卷曲角度差值”的方法为:
步骤S310,基于每个压制道次的所述轮廓数据,分离出直线段数据和圆弧段数据;
步骤S320,依据所述直线段数据,基于预设的运算规则计算出两条直线段之间的夹角;
步骤S330,基于步骤S320获取的所述夹角,确定当前压制道次实际成型轮廓的卷曲角度与理论卷曲角度的差值;
步骤S400,依据步骤S300获取的卷曲角度差值,根据预设的调整规则调整下一次压制道次的压下量,直至完成所有压制道次的压制;所述预设的调整规则为卷曲角度差值与下一次压制道次的压下量的映射关系。
2.根据权利要求1所述的JCO成型管形在线闭环控制方法,其特征在于,所述预设的运算规则包括最小二乘法,依据所述直线段坐标,通过最小二乘法拟合出所述轮廓数据中直线段的方程,并计算出两条直线段之间的夹角。
3.根据权利要求1所述的JCO成型管形在线闭环控制方法,其特征在于,步骤S100中所述的待成型钢板的力学性能参数包括抗拉强度、抗弯强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、冲击韧度、泊松比中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的JCO成型管形在线闭环控制方法,其特征在于,步骤S100中所述的“获取待成型钢板变形后的变形数据”的方法为通过有限元分析获取。
5.根据权利要求1所述的JCO成型管形在线闭环控制方法,其特征在于,步骤S200中“获取压制成型过程中待成型钢板的成型截面数据”的方法为:通过激光视觉传感器获取。
6.根据权利要求5所述的JCO成型管形在线闭环控制方法,其特征在于,所述激光视觉传感器的参数线性偏差为200μm,检测速率为v,v∈(200次/s,4000次/s)。
7.一种JCO成型管形在线闭环控制系统,其特征在于,该系统包括数值模拟仿真模块、执行模块、图像采集模块、闭环反馈模块;
所述数值模拟仿真模块,配置为基于待成型钢板的力学性能参数计算并获取预设钢管的预设成型轮廓、预设压制道次和每个压制道次的预设压下量;
所述执行模块,配置为基于预设成型轮廓、预设压制道次和每个压制道次的预设压下量对所述待成型钢板进行卷制成型处理;
所述图像采集模块,配置为获取压制成型过程中待成型钢板的成型截面数据,并将获取的所述成型截面数据发送至所述闭环反馈模块;所述成型截面数据包括轮廓数据,所述轮廓数据包括直线段和圆弧段,两条所述直线段分别位于所述圆弧段的两端,所述圆弧段两侧的直线段之间的夹角为卷曲角;
所述闭环反馈模块,配置为基于当前压制道次的所述成型截面数据,获取待成型钢板的实际成型轮廓与预设成型轮廓的卷曲角度差值,并根据预设的调整规则控制执行模块,以调整下一次压制道次的压下量,直至完成所有压制道次的压制,其中,获取待成型钢板的实际成型轮廓与预设成型轮廓的卷曲角度差值的具体方法为:基于每个压制道次的所述轮廓数据,分离出直线段数据和圆弧段数据,依据所述直线段数据,基于预设的运算规则计算出两条直线段之间的夹角,基于获取的所述夹角,确定当前压制道次实际成型轮廓的卷曲角度与理论卷曲角度的差值。
8.一种存储装置,其中存储有多条程序,其特征在于,所述程序适用于由处理器加载并执行以实现权利要求1‑6任一项所述的JCO成型管形在线闭环控制方法。
9.一种处理装置,包括处理器、存储装置;处理器,适用于执行各条程序;存储装置,适用于存储多条程序;其特征在于,所述程序适用于由处理器加载并执行以实现权利要求1‑6任一项所述的JCO成型管形在线闭环控制方法。
说明书 :
JCO成型管形在线闭环控制方法、系统、装置
技术领域
背景技术
量。JCO成型是大口径直缝埋弧焊管制造的关键工序,JCO成型精度决定了每根钢管的圆度
精度,目前国内企业JCO成型都是基于“理论计算”+“人工经验修正”来确定成型工艺参数。
能确切地知道每一步压制后钢板的实际变形,在一根钢管连续成型过程中不能根据每一步
压制后实际变形情况进行自动调整,来保证成型精度。在实际生产过程中需要工人不停地
观察与不时地测量,钢管成型精度更多地依赖原材料性能的一致性与工人的经验,这将导
致难以保证JCO成型管形精度的稳定性。
方法。
发明内容
的预设压下量;所述变形数据包括待成型钢板变形后的应力、应变、变形量和回弹量;
轮廓数据;
与下一次压制道次的压下量的映射关系。
中的“获取实际成型轮廓与预设成型轮廓的卷曲角度差值”的方法为:
夹角。
块,以调整下一次压制道次的压下量,直至完成所有压制道次的压制。
法。
实现上述技术方案中任一技术方案所述的JCO成型管形在线闭环控制方法。
合软件拟合出成型的实际轮廓;通过压下量调整反馈系统将成型的实际卷曲角度与理论卷
曲角度进行对比,预测出下一步成型的压下量,使成型管形向工艺设定的理想管形逼近。本
申请能够在JCO成型过程中实时检测钢板变形情况,并预测钢管压制管形,实现在线实时调
整成型工艺参数,最终实现钢管成型管形的闭环控制,保证钢管成型精度,提高钢管成型效
率和成型质量,减轻施工人员劳动强度。
附图说明
具体实施方式
实施例。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并
非旨在限制本发明的保护范围。
的预设压下量;所述变形数据包括待成型钢板变形后的应力、应变、变形量和回弹量;
际成型轮廓中的两条直线段之间夹角,即卷曲角,该夹角的角度为卷曲角度;所述成型截面
数据包括轮廓数据,该轮廓数据包括轮廓的长度、数值、坐标、曲率和斜率等;
与下一次压制道次的压下量的映射关系。
均的合适的加工数值。而后基于得到的加工数值,对同一批次的钢板大批量进行生产,而实
际上每张钢板即使材质相同、尺寸相同、钢级相同,其在实际成型生产过程中也会存在差
异,而采用本申请的方法能够对每张钢板的实际成型过程进行监测,实现闭环反馈控制,对
每张钢板进行定制化加工,能够有效提高加工质量和加工精度,同时减少施工人员劳动强
度。
成型轮廓、预设压制道次和每个压制道次的预设压下量。具体地,待成型钢板尺寸包括长
度、宽度、厚度;力学性能参数包括抗拉强度、抗弯强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、冲
击韧度、泊松比中的一种或多种。
ABAQUS)中,而后对待成型钢板的成型过程进行数值模拟,得到钢板变形后的应力、应变、变
形量和回弹量等数据。而后,通过获得该待成型钢板成型后的预设钢管的预设成型轮廓、预
设压制道次和每个压制道次的预设压下量。
过程中的反弹变形时,压制出上述理想成型形状,即使压制后的形状与不考虑反弹变形时
模拟出的理想成型形状相符,由此确定实际压制所需要的压下量,参阅图4。
逼近,构成拟合圆,然而实际加工时,加工后的钢管的实际轮廓并非为标准的圆形,而是由
若干个圆弧段和直线段构成的拟合圆。本申请通过高速激光视觉传感器3实时采集压制成
型过程中每个压制道次下待成型钢板的成型截面数据,并通过管形拟合软件(例如
CurveExpert曲线拟合软件)拟合出待成型钢板4的实际成型轮廓。在本申请的优选实施例
中,激光视觉传感器3的参数线性偏差为200μm,检测速率为v,v∈(200次/s,4000次/s)。更
进一步地,本申请的激光视觉传感器Z轴分辨率12.4μm~160μm,X轴分辨率68μm~246μm。可
以理解的是,中控系统5为计算机,其内部存储有管形拟合软件、图像处理软件、JCO成型系
统、压下量反馈调整系统等。
摄像机等。其中,成型截面数据包括轮廓数据;优选地,待成型钢板在成型过程中的实际轮
廓数据包括圆弧段和直线段,钢板成型后得到的预设钢管的实际轮廓数据中的圆弧段的数
量与压制道次相同,即每下压一次即可得到一个圆弧段,具体参阅图2,本申请中JCO成型系
统包括上模具1和下模具2,其中,上模具1的作用面包括向下模具2方向凸起的圆弧面,上模
具1在压制待成型钢板4时其圆弧面与待成型钢板4抵触并施加压力以使得钢板卷曲并形成
圆弧段,而上模具1未与待成型钢板4接触的部分的轮廓为直线段,两条直线段分别位于圆
弧段的两端,卷曲角度即为两条直线段之间的夹角角度。
值。
直线段的x坐标和y坐标数据,通过最小二乘法拟合出所述轮廓数据中直线段的方程:
制道次下的轮廓数据中的第一直线段斜率k1和第二直线段斜率k2。
与下一次压制道次的压下量的映射关系。本申请“获取实际成型轮廓与预设成型轮廓的卷
曲角度差值”的方法相比于现有技术中的测量弦高的加工方法更加精准,其能够通过实时
的卷曲角度比对提高加工精度。
边线数据中圆弧段的中心坐标;依据圆弧段的中心坐标,基于预设的运算规则计算出两条
直线段之间的夹角和圆弧段所在圆的半径;具体地,预设的运算规则包括最小二乘法,依据
所述圆弧段的中心坐标,通过最小二乘法拟合出所述边线数据中直线段的方程和圆弧段所
在圆的方程,并计算出两条直线段之间的夹角和圆弧段所在圆的半径。基于获取的所述夹
角和所述半径,确定当前压制道次实际成型轮廓所在拟合圆的半径和圆心坐标,并获取其
与预设成型轮廓所在拟合圆的半径的差值和圆心坐标差值。依据上述获取的半径差值和圆
心坐标差值,根据预设的调整规则调整下一次压制道次的压下量,直至完成所有压制道次
的压制;其中预设的调整规则为半径差值与下一次压制道次的压下量的映射关系以及圆心
坐标差值与下一次压制道次的压下量的映射关系。
够分别与执行模块和图像采集模块通信连接;
整下一次压制道次的压下量,直至完成所有压制道次的压制。
传输线、计算机和图像处理软件等。其能够实时采集JCO成型过程中钢板压制成型的截面数
据,并将数据发送至闭环反馈模块,闭环反馈模块包括管形拟合软件和压下量调整反馈模
块,其能够通过管形拟合软件拟合出成型的实际轮廓,并计算出成型参数;通过压下量调整
反馈模块将成型的实际轮廓与理论轮廓模型进行对比,预测出下一步成型的工艺参数即压
下量,使成型管形向工艺设定的理想管形逼近。该系统在JCO成型过程中实时检测钢板变形
情况,并预测钢管压制管形,实现在线实时调整成型工艺参数,最终实现钢管成型管形的闭
环控制。所述压下量调整反馈模块是根据数值模拟仿真模块考虑反弹变形时给出的理想形
状与拟合软件所计算出的实际成型形状比较,确定下一步的压下量,将此压下量反馈给成
型机控制系统,从而形成闭环反馈。
后的形状是由中间的圆弧段和圆弧两边的直线段三部分组成,压制后数据采集曲线如图5
所示,图5中左右两条长竖线之间的部分为圆弧段,两条长竖线以外的部分为两条直线段。
系数示意图,其中横坐标表示为数据点,纵坐标表示为相关系数,相关系数接近于1表示该
点位于直线段上,相关系数小,表示该点位于圆弧段上。管形拟合软件通过最小二乘法拟合
出直线的方程,并计算出圆弧两边直线的夹角,由此计算出每道压制后的成型角。
机控制系统,从而形成闭环反馈。
执行以实现上述实施例中的JCO成型管形在线闭环控制方法。
此不再赘述。
测的同时动态调整下一次压制道次理论压下量,使每一压制道次压制成型后的内弧几何尺
寸都能更加趋近理论值,从而保证成型后的管型具有更高的几何尺寸精度;有效降低了因
管型不良和报废造成的损失;本申请通过JCO成型管形在线闭环控制系统有效提高了调型
效率,从而提高钢管成型效率。
应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编
程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD‑ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介
质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地
描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行,取决于技术
方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法
来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述装置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。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于
描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,
可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言,可根据具体情况理解上述术语在
本发明中的具体含义。
素,或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些
更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。