一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统和方法技术方案

技术编号:21217695 阅读:53 留言:0更新日期:2019-05-28 22:58
本发明专利技术涉及一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统和方法。系统包括数控系统以及与其连接的摆臂系统、半径测量系统;方法包括半径测量系统将实时测量的三个传感器位置反馈到数控系统中;数控系统根据三个传感器位置得到实际的芯轴半径;并根据半径测量系统的结构得到实际的芯轴轴心与半径测量系统中心之间的偏心值;根据实际的芯轴半径对摆臂系统的水平运动速度进行补偿,根据偏心值对摆臂系统缠绕芯轴半径进行补偿,实现速度耦合控制。本发明专利技术可以大大改善实际的生产效率,把原本是手动操作和半自动操作的装置提升为全自动操作,提高了精度的同时也提高了产品质量。

A Speed Coupled Control System and Method for Radius and Eccentricity Compensation

The invention relates to a speed coupling control system and method for radius and eccentricity compensation. The system includes CNC system, pendulum arm system and radius measurement system connected with it; the method includes radius measurement system, which feeds back the real-time position of three sensors to CNC system; CNC system obtains the actual radius of the mandrel according to the position of three sensors; and according to the structure of the radius measurement system, obtains the deviation between the actual mandrel center and the center of the radius measurement system. The center value; the horizontal motion speed of the swing arm system is compensated according to the actual core radius, and the winding core radius of the swing arm system is compensated according to the eccentricity value to realize the speed coupling control. The invention can greatly improve the actual production efficiency, elevate the device originally manual and semi-automatic operation to full automatic operation, improve the accuracy and improve the product quality.

【技术实现步骤摘要】
一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统和方法
本专利技术应用于海洋油管成型过程中帘布材料的自动缠绕,同时也适合于其它有芯胶管成型制备技术中的材料自动缠绕,具有普遍性。
技术介绍
中国橡胶行业整体规模不算大,但其用户却都是国家经济发展的支柱产业,如汽车、煤炭、石油、机械等。近年来,随着中国经济的高速增长,市场对石油、汽车、煤炭等行业的需求持续旺盛,中国橡胶软管制造行业也得以实现持续快速的发展。在海洋石油开采使用的专用设备方面,大型海上输油管线是不可缺少的重要配套产品。海上输油管线多用于船及船岸油气输送,由于其柔性较大,主要承受沿管线长度方向的拉力,管线具有多层加强尼龙帘布和单根螺旋缠绕的加强钢筋,结构形式与制造工艺较为复杂。针对这种海油管的生产,国内外已有相对成熟的生产设备及工艺,但都处于手工或半自动化状态,自动化、智能化水平亟待提高。海洋输油软管作为海洋工程装备中的一种关键设备,目前在世界范围内的生产,还处于半自动化的状态。因此,自主研发海洋输油软管智能成型装备变得非常有意义,不仅能够使整个海油管制造业智能制造装备更加完善,而且可以辐射到其他行业,可以引发其他自动化水平比较低的行业生产理念的变革,接受创新,改变现有的半自动化的生产模式,提高制造业的整体自动化水平。综上所述,实现帘布等材料自动缠绕成型是软管智能成型装备的核心,该专利技术的实现,将大大提高海洋输油软管的生产效率及产品质量,为我国海上石油开采做出巨大的贡献,为国家创造出更大的经济效益。同时,可广泛应用于橡胶软管制造的企业中,改变橡胶软管的制造模式,装备达到国际先进水平,并可向国外推广。专利技术内容针对上述技术不足,本专利技术的目的提供一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制方法。该方法可以在复杂的轨道环境中,快速的提供给天车最短的移动路线。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统,包括数控系统以及与其连接的摆臂系统、半径测量系统;所述半径测量系统与摆臂系统设置于桁架上,用于同时水平移动;摆臂系统,用于供给缠绕材料,并根据半径的变化及时进行角度的调节;半径测量系统,用于对旋转的芯轴实时测量其半径,将自身位置反馈到数控系统中;数控系统,用于根据实时测量的芯轴半径发送控制命令至摆臂系统,实现摆臂系统与芯轴运动速度的耦合控制。所述半径测量系统包括三个激光位移传感器,设于半圆形框架上,所述半圆形框架与芯轴的轴线垂直;第一、第三个激光位移传感器分别设于平角边的两端,第二个激光位移传感器设于半圆上的中点处;三个激光位移传感器发射的激光交于半圆形圆心。所述摆臂系统包括摆动驱动机构、伸缩机构、逆止机构、张力检测机构、帘布夹紧牵引机构和剪切机构,所述摆动驱动机构设有可转动的空心轴,所述伸缩机构设有摆动臂和滑动臂,且所述摆动臂与所述空心轴固连,所述滑动臂可升降地安装于所述摆动臂上,所述逆止机构安装在所述摆动臂上,所述张力检测机构、帘布夹紧牵引机构和剪切机构均设置于所述滑动臂上,其中所述帘布夹紧牵引机构包括上夹紧机构和下夹紧机构,所述上夹紧机构设有可升降的上夹紧组件,所述下夹紧机构设有可水平移动的下夹紧组件和压辊,帘布由所述空心轴输出并经所述逆止机构转向后依次穿过所述张力检测机构、上夹紧机构、剪切机构和下夹紧机构。所述摆动驱动机构包括空心轴、摆动驱动装置、摆动传动机构、基板、空心轴座和支架,所述空心轴座和支架安装于所述基板上,所述空心轴安装在所述空心轴座内,所述摆动驱动装置安装在所述支架上,所述空心轴通过所述摆动驱动装置驱动旋转,且所述摆动驱动装置通过所述摆动传动机构传递转矩。所述伸缩机构包括摆动臂、滑动臂、伸缩驱动装置、伸缩传动机构、丝杠和丝母,其中所述滑动臂与所述摆动臂滑动连接,所述伸缩驱动装置和丝杠均安装在所述摆动臂上,所述丝杠通过所述伸缩驱动装置驱动旋转,且所述伸缩驱动装置通过所述伸缩传动机构传动转矩,与所述丝杠配合的丝母安装在所述滑动臂上。所述逆止机构包括逆止压紧气缸、压紧辊、逆止辊和安装支架,其中安装支架固装于所述摆动臂上,所述逆止压紧气缸和逆止辊安装在所述安装支架上,且所述压紧辊通过所述逆止压紧气缸驱动移动。一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制方法,包括以下步骤:半径测量系统将实时测量的三个传感器位置反馈到数控系统中;数控系统根据三个传感器位置得到实际的芯轴半径;并根据半径测量系统的结构得到实际的芯轴轴心与半径测量系统中心之间的偏心值;根据实际的芯轴半径对摆臂系统的水平运动速度进行补偿,根据偏心值对摆臂系统缠绕芯轴半径进行补偿,实现速度耦合控制。所述数控系统根据三个传感器位置得到实际的芯轴半径包括以下步骤:建立三点构成的平面方程,将三个激光测距传感器的测得位置(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)带入三点,得到芯轴中心坐标X,Y与芯轴截面圆的半径R;半径R即为实际的芯轴半径。所述对实现缠绕的摆臂系统的水平运动速度进行补偿通过以下公式实现:F=N*(2πR/tanα);其中,F代表摆臂系统的水平运动速度,R为实际的芯轴半径,α为设定的缠绕角度,即摆臂与芯轴轴线的夹角,N为芯轴每分钟的转动圈数。所述根据偏差值对摆臂系统缠绕芯轴半径进行补偿包括以下步骤:将偏心值(X,Y)的X与用于控制摆臂系统X径向轴的位置求和,用于补偿控制X径向轴的运动位置;将偏心值(X,Y)的Y按照L=Y/sinα得到摆臂延长补偿值,将摆臂延长补偿值与用于控制摆臂系统前端的伸缩机构的伸缩位置求和,用于摆臂延长的补偿控制。本专利技术具有以下有益效果及优点:1.本专利技术可以大大改善实际的生产效率,把原本是手动操作和半自动操作的装置提升为全自动操作,提高了精度的同时也提高了产品质量。2.可以实现橡胶软管成型制备中的材料自动缠绕,提高产量和质量,或可领先于国际水平。3.通过半径测量系统能够弥补因芯轴机械强度不足所导致的生产产品精度下降所带来的不利因素。且能够满足因半径连续变化而需要实时调节轴运动位置补偿的控制需求。附图说明图1为本专利技术的结构示意图,图2为图1中本专利技术的右视图,图3为图1中的摆动驱动机构示意图,图4为图3中的摆动驱动机构左视图,图5为图1中的伸缩机构示意图,图6为图5中的伸缩机构右视图,图7为图1中的逆止机构示意图,图8为图1中的张力检测机构示意图,图9为图1中的帘布夹紧牵引机构示意图,图10为图9中的帘布夹紧牵引机构右视图,图11为图1中剪切机构中的剪切组件示意图,图12为本专利技术的工作状态示意图。其中,1为摆动驱动机构,101为摆动传动机构,102为轴承,103为空心轴,104为空心轴座,105为摆动驱动装置,106为支架,107为基板,108为张紧轮;2为伸缩机构,201为摆动臂,202为伸缩传动机构,203为伸缩驱动装置,204为滑动臂,205为丝杠,206为丝母,207为安装架,208为滑轨,209为滑块;3为逆止机构,301为逆止压紧气缸,302为压紧辊,303为逆止辊,304为安装支架;4为张力检测机构,401为导向辊,402为安装座,403为张力传感器;5为剪切机构,501为剪切横移气缸,502为剪切气缸,503为剪切安装座,504为动剪刀,505为静剪刀;6为帘布夹紧牵引机构,601为下支架,602为平移气缸,603为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统,其特征在于包括数控系统以及与其连接的摆臂系统、半径测量系统;所述半径测量系统与摆臂系统设置于桁架上,用于同时水平移动;摆臂系统,用于供给缠绕材料,并根据半径的变化及时进行角度的调节;半径测量系统,用于对旋转的芯轴实时测量其半径,将自身位置反馈到数控系统中;数控系统,用于根据实时测量的芯轴半径发送控制命令至摆臂系统,实现摆臂系统与芯轴运动速度的耦合控制。

【技术特征摘要】
1.一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统,其特征在于包括数控系统以及与其连接的摆臂系统、半径测量系统;所述半径测量系统与摆臂系统设置于桁架上,用于同时水平移动;摆臂系统,用于供给缠绕材料,并根据半径的变化及时进行角度的调节;半径测量系统,用于对旋转的芯轴实时测量其半径,将自身位置反馈到数控系统中;数控系统,用于根据实时测量的芯轴半径发送控制命令至摆臂系统,实现摆臂系统与芯轴运动速度的耦合控制。2.根据权利要求1所述的一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统,其特征在于所述半径测量系统包括三个激光位移传感器,设于半圆形框架上,所述半圆形框架与芯轴的轴线垂直;第一、第三个激光位移传感器分别设于平角边的两端,第二个激光位移传感器设于半圆上的中点处;三个激光位移传感器发射的激光交于半圆形圆心。3.根据权利要求1所述的一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统,其特征在于所述摆臂系统包括摆动驱动机构(1)、伸缩机构(2)、逆止机构(3)、张力检测机构(4)、帘布夹紧牵引机构(6)和剪切机构(5),所述摆动驱动机构(1)设有可转动的空心轴(103),所述伸缩机构(2)设有摆动臂(201)和滑动臂(204),且所述摆动臂(201)与所述空心轴(103)固连,所述滑动臂(204)可升降地安装于所述摆动臂(201)上,所述逆止机构(3)安装在所述摆动臂(201)上,所述张力检测机构(4)、帘布夹紧牵引机构(6)和剪切机构(5)均设置于所述滑动臂(204)上,其中所述帘布夹紧牵引机构(6)包括上夹紧机构和下夹紧机构,所述上夹紧机构设有可升降的上夹紧组件(612),所述下夹紧机构设有可水平移动的下夹紧组件(606)和压辊(605),帘布由所述空心轴(103)输出并经所述逆止机构(3)转向后依次穿过所述张力检测机构(4)、上夹紧机构、剪切机构(5)和下夹紧机构。4.根据权利要求1所述的胶管帘布缠绕机械手,其特征在于:所述摆动驱动机构(1)包括空心轴(103)、摆动驱动装置(105)、摆动传动机构(101)、基板(107)、空心轴座(104)和支架(106),所述空心轴座(104)和支架(106)安装于所述基板(107)上,所述空心轴(103)安装在所述空心轴座(104)内,所述摆动驱动装置(105)安装在所述支架(106)上,所述空心轴(103)通过所述摆动驱动装置(105)驱动旋转,且所述摆动驱动装置(105)通过所述摆动传动机构(101)传递转矩。5.根据权利要求3所述的一种可进行半径与偏心补偿的速度耦合控制系统,其特征在于:所述伸缩机构(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员:夏筱筠田滨滨宋佳曹新月徐菲菲果翔郑伟王素菊
申请(专利权)人:中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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