專利名稱：檢查和控制按可變曲率半徑連續(xù)地彎曲伸長工件的輥式彎曲機(jī)的方法和如此控制的機(jī)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢查和控制按可變曲率半徑連續(xù)地彎曲伸長工件的輥式彎曲機(jī) 的方法。此外，本發(fā)明涉及一種如此來控制的輥式彎曲機(jī)。
背景技術(shù)：
授予東京(日本)的Mitsubishi Denki的美國專利號4，761，979描述了一種尖 塔類的輥式彎曲設(shè)備，其具有適合于測量工件的曲率半徑的曲率測量單元，該曲率測量單 元包括至少三個安裝在探針保持器上的探針，該探針中的至少一個是移動探針，其線性位 移產(chǎn)生了相應(yīng)的電輸出信號，其余的探針是固定的探針。曲率測量單元的驅(qū)動缸朝向工件 移動探針保持器，直到所有的探針穩(wěn)固地接觸工件的表面，在該狀態(tài)中，電輸出信號被應(yīng)用 于計算和顯示單元來作為測定值，該測定值作為輸入值被操作者提供給計算機(jī)。計算機(jī)計 算出機(jī)器頂部輥的行程尺度，要求該機(jī)器頂部輥來獲得工件的期望的曲率半徑。此外，授予Cesena(意大利)的Promau s. r. 1.的歐洲專利N. 477 752描述了一 種用于彎曲鐵板的輥式彎曲機(jī)，其對于從輥式彎曲機(jī)中引出的工件使用三點(diǎn)式機(jī)械檢測設(shè) 備。該設(shè)備使得能夠檢查機(jī)器賦予鐵板的半徑，允許人們干預(yù)以進(jìn)行必需的校正。以BorlangeUi^W)的ORTIC AB的名義申請的歐洲專利申請EP 1 644140描述 了一種工藝過程監(jiān)視和控制的方法，該方法通過使用激光發(fā)送器類型的三個平行的非接觸 式測距儀并且通過測量到伸長工件上的彎曲表面的距離、通過以測量儀和測量距離之間的 固定距離為基礎(chǔ)來計算實(shí)際曲率半徑并且響應(yīng)所計算出的實(shí)際半徑和所期望的半徑之間 的關(guān)系來調(diào)整該彎曲機(jī)來將伸長工件連續(xù)彎曲成預(yù)定的半徑。顯然，在以上引用的文獻(xiàn)中，測量伸長工件的區(qū)段的實(shí)際半徑，但是當(dāng)不同于所測 量的區(qū)段的工件區(qū)段被彎曲時，校正和調(diào)整機(jī)器。然而，如果希望獲得的彎曲是預(yù)定的固定 半徑彎曲，則該方法可能是滿足的，因?yàn)檫@可能意味著僅工件的第一彎曲區(qū)段具有不同于 所期望的彎曲半徑的實(shí)際的彎曲半徑。在該情況下，損失可能包括丟棄該第一彎曲區(qū)段。相反地，當(dāng)希望按可變的曲率半徑來彎曲伸長工件時，例如，具有固定半徑的工件 的區(qū)段，該工件的區(qū)段被不同半徑的連接部分分開，或者通常，彎曲區(qū)段具有連續(xù)地變化的 半徑，那么測量該伸長工件區(qū)段的半徑是更加有益的，該伸長工件區(qū)段具有接近該機(jī)器在 那時正在加工的或者隨即加工的該彎曲區(qū)段的半徑。因此，本發(fā)明的主要目的是測量彎曲區(qū)段中的曲率半徑，該曲率半徑不是已經(jīng)形 成的實(shí)際彎曲區(qū)段的實(shí)際曲率半徑，而是正在由該機(jī)器形成的彎曲區(qū)段的曲率半徑。本發(fā)明的另一個目的是測量一點(diǎn)處的曲率半徑，該點(diǎn)最靠近被該機(jī)器彎曲變形的 點(diǎn)，其通常是用于將工件弓I出該機(jī)器的第三輥。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明在其第一方面中提供了一種檢查和控制按可變曲率半徑連續(xù)地彎曲伸長工件的輥式彎曲機(jī)的方法，該輥式彎曲機(jī)使用一系列用于彎曲的驅(qū)動輥，該方法包括 以下步驟在一個點(diǎn)處測量該伸長工件的距離，該點(diǎn)位于用于彎曲的所述系列驅(qū)動輥的下游 并且設(shè)置在一個測距儀的方向上，執(zhí)行該距離測量以在連續(xù)時刻中獲得所述一個點(diǎn)和該測 距儀的固定位置之間的距離；計算該伸長工件的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑；將所計算出的曲率半徑與在所述彎曲區(qū)段中所期望的曲率半徑相比較，并且確定 所述計算出的曲率半徑和所述期望的曲率半徑之間的差值，所述彎曲區(qū)段具有借助于測長 器與該伸長工件同心地測得的位置和長度；計算出上游輥必須經(jīng)受的位置變化，以便消除所述計算出的曲率半徑和所述期望 的曲率半徑之間的所述差值；基于所述計算出的位置變化來操作所述上游輥。在本發(fā)明的方法的第一實(shí)施例中，基于用于彎曲的所述系列輥中的至少一個輥相 對于待彎曲的該伸長工件的位置變化和該由測距儀所測得的距離變化來進(jìn)行該伸長工件 的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑的計算。特別是，通過一系列三階多項(xiàng)式函數(shù)來限定所述伸長 工件被沿其彎曲的曲線，所述函數(shù)是自然三次樣條函數(shù)，其需要至少三個點(diǎn)來在數(shù)學(xué)上被 限定出，基于可改變其位置的輥相對于待彎曲的該伸長工件的位置變化和由該測距儀所測 得的距離變化兩者構(gòu)成兩個點(diǎn)、作為相對于在先探測所測得的曲率或者弦長的角系數(shù)的變 化的笛卡兒圖表產(chǎn)生的第三點(diǎn)來獲得所述至少三個點(diǎn)。在本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例中，該伸長工件的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑的計算 是彎曲區(qū)段的中間曲率半徑的計算，該彎曲區(qū)段的中間曲率半徑在所述至少三個連續(xù)時刻 期間形成，所述中間半徑被包含在所述至少三個時刻的第一個中的彎曲半徑和所述至少三 個時刻的最后一個中的彎曲半徑之間。在本發(fā)明的第二方面提供了一種被控制來用于按可變曲率半徑連續(xù)彎曲伸長工 件的機(jī)器，使用一系列用于彎曲的驅(qū)動輥的機(jī)器包括一個測距儀，其用于測量位于用于彎曲的所述系列輥下游的該伸長工件的距離；計算機(jī)，其與其他部件一起被連接到該測距儀上，用于基于在連續(xù)時刻中所述距 離的測量并將所計算出的曲率半徑與彎曲區(qū)段中所期望的曲率半徑相比較來計算所述彎 曲區(qū)段的半徑；該計算機(jī)還被連接到測長器上，用于同心地測量所述彎曲區(qū)段到該伸長工件的長 度；該計算機(jī)還被連接到適合于操作用于彎曲的該系列驅(qū)動輥中的輥的操作裝置上， 以便基于所述測得的曲率半徑和所述彎曲區(qū)段中所期望的曲率半徑之間的差值、借助于測 長器來調(diào)整它。除了獲得更精確的校正值的優(yōu)點(diǎn)之外，特別是參考用于獲得具有可變曲率半徑的 彎曲區(qū)段的彎曲操作，根據(jù)本發(fā)明的方法和機(jī)器具有相對于先有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不需要例如 激光發(fā)送器的三個測距儀，而是僅需要一個。從而，實(shí)現(xiàn)了降低成本的結(jié)果。此外，相對于三個點(diǎn)接觸的測距儀，存在各種優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的優(yōu)點(diǎn)是更精確， 因?yàn)樵谝粋€點(diǎn)和一個方向上進(jìn)行測量。


將參照結(jié)合附圖的其優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明，其中圖1非常簡略并且局部地示出了輥式彎曲機(jī)的側(cè)視圖，其體現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明來檢 查和控制用于按可變曲率半徑連續(xù)地彎曲伸長工件的輥式彎曲機(jī)的方法；以及圖2特別按其改進(jìn)形式示出了圖1中的機(jī)器的放大細(xì)節(jié)圖。
具體實(shí)施例方式首先參見圖1，體現(xiàn)本發(fā)明的機(jī)器例如是尖塔狀的彎曲和成形機(jī)，并且包括一系列 的三個驅(qū)動輥1、2和3，它們中的至少一個是變形輥。待彎曲的伸長工件(例如，管T)沿由 箭頭F所指示的方向通過驅(qū)動輥。為了說明方便，輥1和3被固定在其位置上，而輥2可在 其豎直位置中調(diào)整并且可以基于在豎直方向上的追溯(retroactive)控制通過機(jī)器來控 制以移動。編碼器4與豎直可調(diào)整的輥2相關(guān)聯(lián)，并且用于測量管T通過一系列輥1、2和 3的位移的編碼器被指示為5。
非接觸式測距儀被總得指示為6，該非接觸式測距儀被固定在其位置上，例如，包 括激光發(fā)送器，其提供了相對于從機(jī)器引出的彎曲部的距離d。為了方便起見，示出了激光 儀6相對于板平面豎直的對準(zhǔn)方向y，下面將把該激光儀6作為非接觸式測距儀。然而，還 可以根據(jù)從輥3引出的管的半徑來選擇對準(zhǔn)方向，優(yōu)選地為了盡可能近地靠近輥3的引出 點(diǎn)，例如，沿圖1中表示為y’的線。根據(jù)所述示圖的機(jī)器還包括用于數(shù)據(jù)控制和處理的中央計算機(jī)7，其任務(wù)是在機(jī) 器運(yùn)動和彎曲圖之間產(chǎn)生通信，所述彎曲圖可以被圖解地通過視頻設(shè)備8插入，該視頻設(shè) 備8還可以是“觸摸屏”類型。該通信借助于數(shù)字模擬設(shè)備I/O和信號調(diào)理器來發(fā)生，該 信號調(diào)理器具有過濾和穩(wěn)定來自該機(jī)器的各種機(jī)械、液壓和電子部件的數(shù)字模擬信號的功 能。這些部件是已知的，于是沒有描述，或者非常概要地描述了它們。液壓缸9和比例閥10是用于移動輥2的系統(tǒng)的部件，依據(jù)編碼器4相對于由編碼 器5所提供的水平管運(yùn)動的探測并且依據(jù)由編碼器4、編碼器5和激光儀6所提供的彎曲的 探測，通過計算機(jī)7來控制該系統(tǒng)。 該機(jī)器可以在沒有以手動方式的任何檢查和追溯的情況下來工作。在該情況下，從圖形/數(shù)字設(shè)計，例如借助于已知的幾何原始曲線(例如，圓、橢圓 等)來繪制的曲線，來獲得函數(shù)，該函數(shù)描述了在伸長工件(例如，管或者棒)上將獲得的 確定的彎曲。由該函數(shù)，可獲得該彎曲的全長和小區(qū)段或者彎曲弧的長度和曲率半徑的對 應(yīng)值。例如，對于橢圓，通過公式Y(jié)NOT (Roger Maertens，2000) P = 4 (ay+by)1/y 與 y = log η(2)/log η(π/2)來計算周長。對于其他原始曲線，計算更復(fù)雜，例如，對于樣條函數(shù)，其中 對于每個多項(xiàng)式定義的間隔必須進(jìn)行計算。其中，例如可以確定材料棒的長度(這是必需 的)以獲得所期望的彎曲工件。下面將使用橢圓來作為一個可行的實(shí)例，因?yàn)槠涫菆A的過 大的簡單性和其他原始曲線的計算復(fù)雜性之間的折中。在下文中，計算為所需的彎曲的部分的弧的長度。這些長度被稱為“控制點(diǎn)”。密 切圓(osculator circle)的半徑的值與每個控制點(diǎn)有關(guān)。當(dāng)計算橢圓的實(shí)例時(在該情況下，已經(jīng)通過使用求解積分的辛普森方法來選擇兩個角度之間的弧的計算)R=主半軸r =副半軸Δ φ = (Φ^ΦΟ +20 ；y\ = ^(i sin ^1)2 +(/-COS^1)2y2 = ▽(及 sin(於 +Αφ))2 + (r COS^1 +Δ^))2y3 = V^sinW +2χΔ^))2 +(rcos(於 +2χΔ^))2^21 = sinC^i +20χΔ^))2 +(rcos(^, +20 χ Αφ))2ρ = ( Δ φ +3) X (yi+4y2+2y3+4y4+2y5+-+2y19+4y20+y21) = Φ ！和 Φ2 之間的弧長。對于每個弧，也就是說，曲線區(qū)段，相關(guān)的半徑(必須通過還參考角度的以下公式 來獲得該半徑)為(R2*sin2 ( Φ) +r2*cos2 (Φ))3/2/ (R*r)。然后，在待彎曲的棒的長度方向上，找出等于想從該相同棒上獲得的彎曲區(qū)段或 者橢圓的弧的間隔。橢圓的對應(yīng)曲線區(qū)段的半徑與棒的每個間隔有關(guān)。在操作期間，機(jī)器將 使中央輥2降下并且使棒移動，從而棒的每個范圍到達(dá)與對應(yīng)的曲率半徑相應(yīng)的高度。因 此，繼續(xù)加工，直到覆蓋橢圓的整個周長。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的追溯(retroaction)時，基于中央輥2的高度變化和激光儀 6的測量兩者，構(gòu)造在連續(xù)探測中屬于該彎曲的一系列的點(diǎn)。通過一系列的三階多項(xiàng)式函數(shù)來限定出該彎曲。這樣的函數(shù)需要至少三個在數(shù)學(xué) 上限定的點(diǎn)，該函數(shù)是自然三次樣條函數(shù)。從中央輥的位置變化和激光測量來獲得該點(diǎn)。然 后，給定兩個點(diǎn)，第三點(diǎn)將在作為相對于在先探測所測得的曲率的變化或者弦的角系數(shù)的 變化的笛卡兒圖表中產(chǎn)生。樣條函數(shù)的計算過程通過確定該序列點(diǎn)(其中，與管在這些點(diǎn) 處的連接有關(guān))的極值點(diǎn)上的二階導(dǎo)數(shù)的零值約束來確保單一解。所使用的測量方法允許 從單個檢查點(diǎn)開始高精度地測量和檢查可變半徑的弧。(請參閱http://en. wikipedia. org/wiki/Splinejnterpolation，特別是“三次樣條插值”、“三次樣條的極小性”和“利用 自然三次樣條的插值”的段落)。當(dāng)然，如同對于任何其他曲線一樣，除了二階導(dǎo)數(shù)上的兩個約束之外，該過程需要 通過連續(xù)測量給出的至少三個點(diǎn)。在該處理過程的結(jié)束時，在η個點(diǎn)上高精度地完全構(gòu)造 出所述曲線。因此，該方法不應(yīng)與使用三點(diǎn)弧測量儀的測量方法相混淆。根據(jù)逐步構(gòu)造的多項(xiàng)式，可以計算曲線的確定點(diǎn)X處的曲率半徑。在每個區(qū)段中， 曲率半徑或者密切圓的半徑通過以下公式來計算pm=d + (/:[邛 ￥
/ [X]此外，已知了曲率半徑相對于X值的數(shù)值，可以意義明確地限定出曲線，其二階導(dǎo) 數(shù)在符號上不會變化，而在機(jī)器操作中，不會發(fā)生凹度/凸度方面的變化。這樣，可以獲得 可與由初始圖形設(shè)計所得到的工作相匹配的結(jié)果。
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這在處理期間和最后的結(jié)果中是可能的。將在被加工的棒上獲得的半徑值與初始 圖形設(shè)計的曲線區(qū)段的半徑相比較是足夠的。如果這些數(shù)值匹配，則將形成與該設(shè)計精確 一樣的曲線，否則，計算出差值，并且依據(jù)所述差值再計算出用于中央輥的凹槽的新高度。參見圖2，根據(jù)該機(jī)器的結(jié)構(gòu)性改型詳細(xì)地描繪了圖1中的該機(jī)器的一部分。代替 非接觸式測距儀6，使用接觸式測距儀11。該接觸式測距儀可以是任何已知類型，例如，追 蹤點(diǎn)或者編碼器，或者其他類型，只要其可以被用于連續(xù)地測量在一系列驅(qū)動輥的下游被 加工的管T的距離。接觸式儀器11能夠沿單個方向探測管T相對于固定點(diǎn)的距離是足夠 的?？梢园醋詈线m的方式選擇該方向，例如，沿如圖所示的方向y或者y’。已經(jīng)在其實(shí)施例中或者在其改型中描述和描繪的根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器可以依照本 發(fā)明的方法的變型來操作。根據(jù)該變型，執(zhí)行伸長工件的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑的計算 以獲得在至少三個連續(xù)時刻期間所形成的彎曲區(qū)段的中間曲率半徑，該中間曲率半徑處于 至少三個時刻中的第一個中的曲率半徑和所述至少三個時刻中最后一個中的曲率半徑之 間。該方法類似于使用弧測量儀的方法，但是其通過單個激光儀或者在一個方向上的追蹤 點(diǎn)測量儀來體現(xiàn)。上述的測量和追溯方法可以如下來應(yīng)用。通過知道單個測量點(diǎn)，當(dāng)改變所使用的材料或者在加工階段發(fā)生機(jī)械改型時，可 以精確測量所制成的彎曲的定向和任何要進(jìn)行的校正。該方法允許補(bǔ)償由于使用的材料的彈性特性和在使用不同部件時發(fā)生的任何電 動機(jī)械變型所產(chǎn)生的誤差。根據(jù)彈性特征、在預(yù)設(shè)置步驟中計算出的系數(shù)來使用比例系數(shù)，增加系統(tǒng)的總精度。如由激光儀控制的伸長工件的裝配過程允許自動地減少生產(chǎn)中的材料浪費(fèi)。相同 的過程允許人們自主地決定材料的裝配長度。顯然，消除了由于待加工的材料在機(jī)器上定 位的所有誤差。此外，一個讀數(shù)點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)一步增加了機(jī)器的易操作性。該方法允許加工多個連續(xù)的管，以便獲得非常長的弧。在前面的說明中，考慮到體現(xiàn)該方法的機(jī)器是尖塔狀的環(huán)形輥，其中頂部驅(qū)動輥 是變形輥?？商鎿Q地，該變形輥是該機(jī)器的引出輥。應(yīng)理解，可以提供其他改型和變化，其全部落入到根據(jù)權(quán)利要求的本發(fā)明的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種檢查和控制按可變曲率半徑連續(xù)地彎曲伸長工件的輥式彎曲機(jī)的方法，該輥式彎曲機(jī)使用一系列用于彎曲的驅(qū)動輥，其特征在于，該方法包括以下步驟 在一個點(diǎn)處測量該伸長工件的距離，該點(diǎn)位于用于彎曲的所述系列驅(qū)動輥的下游并且設(shè)置在一個測距儀的方向上，執(zhí)行所述距離測量以在連續(xù)時刻中獲得所述一個點(diǎn)和該測距儀的固定位置之間的距離； 計算該伸長工件的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑； 將所計算出的曲率半徑與在所述彎曲區(qū)段中所期望的曲率半徑相比較，并且確定所述計算出的曲率半徑和所述期望的曲率半徑之間的差值，所述彎曲區(qū)段具有借助于測長器與該伸長工件同心地測得的位置和長度； 計算出上游輥必須經(jīng)受的位置變化，以便消除所述計算出的曲率半徑和所述期望的曲率半徑之間的差值；以及 基于所述計算出的位置變化來操作所述上游輥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于用于彎曲的所述系列輥中的至少一 個輥相對于待彎曲的該伸長工件的位置變化和該由測距儀所測得的距離變化來進(jìn)行該伸 長工件的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑的計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過一系列三階多項(xiàng)式函數(shù)來限定所述 伸長工件被沿其彎曲的曲線，所述函數(shù)是自然三次樣條函數(shù)，其需要至少三個點(diǎn)來在數(shù)學(xué) 上被限定出，基于可改變其位置的輥相對于待彎曲的該伸長工件的位置變化和由該測距儀 所測得的距離變化兩者構(gòu)成兩個點(diǎn)、作為相對于在先探測所測得的曲率或者弦長的角系數(shù) 的變化的笛卡兒圖表產(chǎn)生的第三點(diǎn)來獲得所述至少三個點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該伸長工件的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑 的計算是彎曲區(qū)段的中間曲率半徑的計算，該彎曲區(qū)段的中間曲率半徑在所述至少三個連 續(xù)時刻期間形成，所述中間半徑被包含在所述至少三個時刻的第一個中的彎曲半徑和所述 至少三個時刻的最后一個中的彎曲半徑之間。
5.一種用于按可變曲率半徑來連續(xù)彎曲伸長工件(T)的受控機(jī)器，該機(jī)器使用一系列 用于彎曲的驅(qū)動輥(1、2、3)，其特征在于，該機(jī)器包括-一個非接觸式測距儀(6、11)，其用于測量位于用于彎曲的所述系列輥下游的該伸長 工件⑴的距離；_計算機(jī)(7)，其與其他部件一起被連接到該測距儀(6、11)上，用于基于在連續(xù)時刻中 所述距離的測量并將所計算出的曲率半徑與彎曲區(qū)段中所期望的曲率半徑相比較來計算 所述彎曲區(qū)段的半徑；該計算機(jī)(7)還被連接到測長器(5)上，用于同心地測量所述彎曲區(qū)段到該伸長工件 ⑴的長度；該計算機(jī)(7)還被連接到適合于操作用于彎曲的該系列驅(qū)動輥(1、2、3)中的輥(2)的 操作裝置(9、10)上，以便基于所述測得的曲率半徑和所述彎曲區(qū)段中所期望的曲率半徑 之間的差值、借助于測長器(4)來調(diào)整它。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)器，其特征在于，所述測距儀(6)是非接觸式儀器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器，其特征在于，所述非接觸式儀器是包括處于單個方向 上的單個激光發(fā)送器的儀器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)器，其特征在于，所述測距儀(11)是處于單個點(diǎn)和處于單 個方向上的接觸式儀器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)器，其特征在于，所述測長器(4、5)是編碼器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)器，其特征在于，所述測距儀(6、11)按這樣的方式被固定 在其位置中，即，其測量方向在該機(jī)器的該引出輥附近橫跨該伸長工件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢查和控制用于在彎曲機(jī)中使用一系列用于彎曲的輥來按可變曲率半徑連續(xù)地彎曲伸長工件的輥式彎曲機(jī)的方法，包括在一點(diǎn)處測量所述伸長工件的距離的步驟，該點(diǎn)處于用于在連續(xù)時刻中彎曲的一系列輥的下游，計算所述伸長工件的每個彎曲區(qū)段的曲率半徑、將所計算出的曲率半徑與所期望的曲率半徑進(jìn)行比較并且確定它們之間的差值、計算上游輥必須經(jīng)歷的位置變化，以便消除所述差值并且基于所計算出的位置變化來操作上游處的輥。還描述了體現(xiàn)所述方法的一種機(jī)器。
文檔編號B21D7/08GK101952062SQ200980104917
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者A·卡波魯索, E·斯基亞蘭特, G·羅索 申請人:Cml國際有限公司