工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统技术方案

一种工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统。工件被装夹在系统中，可以相对于压头沿着轴线移动和转动，同时有两个抵抗校直压力的支撑点。工件旋转时，系统检测旋转角度值和工件综合径向跳动值，经过处理生成工件轴线弯曲误差的标准空间模型，并自动生成最优的校直工艺方案和加工参数。在系统控制下，根据校直校直工艺方案和加工参数对工件进行高精度的压力校直工作，通过反向变形的方式修正检测到的工件轴线弯曲变形误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自动控制
的系统，具体是一种应用在工件轴线弯曲变形自动检测与校直的一体化集成控制系统。
技术介绍
在轴类工件的热处理后的加工过程中，要通过校直工序对工件轴线在热处理过程 中产生的弯曲变形进行修正。在校直以前，首先要对轴线的弯曲误差进行测量，根据测量结 果确定轴线的最大弯曲变形点、以及最大变形的开始点和结束点；然后在最大弯曲变形点 施加校直力、在起始点和结束点布置校直支撑点，促使其变形部位产生反向变形，从而补偿 热处理变形，使轴线的弯曲变形得到修正。 传统的直线度误差测量与校直有两种方法。 一种是将工件固定在两个具有旋转功 能的顶尖之间，然后用千分表侧头接触工件的旋转表面， 一边手动旋转工件， 一边通过人工 读数的方式记录最大径向跳动部位，并以此点作为轴线弯曲的最大点，施加校直压力促使 工件朝相反方向变形，从而对轴线弯曲进行修正；另一种方式是，通过位移传感器和数据处 理设备对工件的综合径向跳动进行检测和处理，标出最大误差与相对应的工件旋转角度， 并以此作为轴线弯曲误差的最大点，施加校直压力促使其朝相反方向变形，达到校直的目 的。 作为公知的常识，综合径向跳动误差的测量值包括两个分量。 一个分量是由实际 轴线相对于理论轴线的弯曲变形造成的，另一个分量是由工件截面轮廓误差造成的。下面 分别详细说明 假设工件的回转轮廓相对于实际轴线是没有截面形状误差的理论园形。在实际测 量时，工件的两个轴段所确定的两个旋转中心之间的连线作为理论轴线，为工件的径向跳 动测量提供参考基准，因此也是工件的旋转轴线。如果实际轴线相对于理论轴线存在弯曲 误差，那么测量点接触的工件回转轮廓面相对于回转轴线的距离就会根据实际轴线的弯曲 程度而变化，这个变化量就是因为实际轴线的弯曲变形所造成的径向跳动分量。这个径向 跳动分量表示了实际轴线的弯曲变形程度，是校直工序可以通过施加压力促使工件反向变 形加以修正的误差。 假设工件的实际轴线与理论轴线重合。这种情况下，如果工件的截面轮廓是没有 误差的理论圆形，则工件在围绕理论轴线即实际轴线进行旋转时，测量点所在的工件轮廓与旋转轴线之间的距离是一个恒定值，即径向跳动值为o。如果此时工件的截面轮廓是椭圆 形、三角形、矩形，或者存在毛剌、突起等形状，则径向跳动值不为o。这个径向跳动分量表示了截面轮廓误差，是无法通过校直工序进行校正的。 在实际情况下，一个工件往往同时存在上述两种误差，因此所测量的综合径向跳 动值包含了两种分量。在工件轴线弯曲变形检测过程中，我们把由于轴线弯曲变形造成的 径向跳动测量信号当作有效信号，而把由于工件截面形状误差造成的径向跳动测量信号当 作噪声干扰。 现有技术的两种方法均无法从综合径向跳动误差中分离出轴线弯曲误差分量和工件截面形状误差分量，而是将径向跳动综合误差完全等同于轴线弯曲造成的，并按照这个数值进行校直。这种不准确的测量数据处理模式势必降低校直加工精度。 中国专利200810032747. X(钻杆直度自动检测与矫直一体化控制单元)介绍了一种自动检测与故障诊断单元。该单元包括信号采集与处理模块、工艺控制模块、人机界面模块和动作逻辑控制模块。 其工艺控制模块依然没有解决从综合径向跳动误差中分离出轴线弯曲误差分量和工件截面形状误差分量的功能，无法获得精确的工件轴线弯曲误差的测量数据。 另外，其工艺控制模块中的工艺控制信息和参数的设置，依靠有经验的操作人员根据每个工件的材料和尺寸进行人工判断并现场输入来完成，大大限制了该单元的用户友好性。虽然该模块中的校直工艺模块具有自学习功能，但是其自学习功能的实现是基于每个工件的复检结果进行调整，增加了自学习过程中破坏工件的风险。并且，因该单元不具备自学习经验总结和积累功能，致使后续的加工工作无法从以往积累的经验中获益，不适应大批量高精度的生产需要。
技术实现思路
本专利技术为了克服无法从综合径向跳动误差中分离出轴线弯曲误差分量和工件截 面形状误差分量的不足，以及现有方案无法通过总结和积累以往经验提高后续加工的效率 和质量德缺点，提出一种工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统，使其具 备自动检测和生成工件轴线弯曲的空间数学模型、自动生成校直工艺方案、自动控制执行 单元完成校直动作、自动将以往工作经验添加到专家数据库系统的四大功能，实现了对工 件轴线弯曲变形进行高效率和高精度自动检测和校直的目标。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括如下七个单元工件支撑驱动单 元，工件误差检测单元，校直力驱动与控制单元，人机界面单元，误差诊断专家系统单元，校 直工艺方案专家数据库系统单元，工件检测与校直任务调度单元。 工件被装夹在工件支撑驱动单元的两个可旋转的顶尖之间，并在其驱动下可以与 压头进行相对移动，确保工件可以移动到压头的正下方，以便允许轴线最大弯曲部位承受 校直打击力，工件支撑驱动单元同时为工件在适当位置提供两个支撑点，用于抵抗压头施 加的校直压力，工件支撑驱动单元还要带动工件沿着理想轴线进行旋转；工件误差检测单 元主要检测两组数据，一是工件的理想旋转角度值和实际旋转角度值，通过比较两个值来 判断工件是否正确装夹，理想旋转角度值还用于标识工件轴线弯曲误差所对应的角度，另 外一组数据是工件的回转表面相对于旋转轴线的综合径向跳动值，这个综合径向跳动值包 含了轴线弯曲误差分量和截面形状误差分量，综合径向跳动值与旋转角度值同步矢量合 成，构成了工件一周范围内的综合径向跳动值二维数组；校直力驱动与控制单元将系统输 入动力转化为压头的直线打击力，并且通过控制模块、驱动模块和反馈模块实现精确的位 置控制，向工件施加所需要的校直压力；人机界面单元为用户输入工件信息和显示系统工 作状态提供了接口 ；误差诊断专家系统单元对工件检测数据进行时域/频域变换、误差构 成分析，从而提取出因工件轴线弯曲形成的径向跳动值，并通过参考专家系统中的经验判 断逻辑知识，形成工件轴线弯曲误差的标准空间模型；校直工艺方案专家数据库系统单元在工件轴线直线度误差的数学规范模型的基础上，结合当前工件的特点和加工条件，通过 参考专家数据库单元中的经验判断逻辑知识和长期积累的校直工艺参数数据库，自动生成 最优的校直工艺方案和加工参数。工件检测与校直任务调度单元是整个控制系统的核心， 用于处理各个单元的协同工作和并发任务，使各个单元能够合理有序地完成单元任务。 以上的工件支撑驱动单元、工件误差检测单元、校直力驱动与控制单元、人机界面 单元、误差诊断专家系统单元、校直工艺方案专家数据库系统单元，在工件检测与校直任务 调度单元的协调和控制下， 一体化协调地完成所有的工件检测与校直工作，而且工作效率 和工作精度都大大提高。 七个单元的内部结构和工作机制分别介绍如下 所述的工件支撑驱动单元包括工件装夹模块、工件旋转模块、工件支撑模块、工件 移动模块。工件装夹模块将工件可靠地定位和装夹，并通过固定工件两端的几何中心来确 定的理想轴线；工件旋转模块驱动工件围绕理想轴线进行旋转；工件移动模块带动工件作 相对于压头的移动。 所述的工件误差检测单元包括驱动端旋转角度监测模块、从动端旋转角度监测模 块、工件综合径向跳动测量模块、检测数据同步合成模块、时域/频域转换模块。驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统，其特征在于，包括如下七个单元：工件支撑驱动单元，工件误差检测单元，校直力驱动与控制单元，人机界面单元，误差诊断专家系统单元，校直工艺方案专家数据库系统单元，工件检测与校直任务调度单元，工件被装夹在工件支撑驱动单元的两个可旋转的顶尖之间，并在其驱动下可以与压头进行相对移动，确保工件可以移动到压头的正下方，以便允许轴线最大弯曲部位承受校直打击力，工件支撑驱动单元同时为工件在适当位置提供两个支撑点，用于抵抗压头施加的校直压力，工件支撑驱动单元还要带动工件沿着理想轴线进行旋转；工件误差检测单元主要检测两组数据，一是工件的理想旋转角度值和实际旋转角度值，通过比较两个值来判断工件是否正确装夹，理想旋转角度值还用于标识工件轴线弯曲误差所对应的角度，另外一组数据是工件的回转表面相对于旋转轴线的综合径向跳动值，这个综合径向跳动值包含了轴线弯曲误差分量和截面形状误差分量，综合径向跳动值与旋转角度值同步矢量合成，构成了工件一周范围内的综合径向跳动值二维数组；校直力驱动与控制单元将系统输入动力转化为压头的直线打击力，并且通过控制模块、驱动模块和反馈模块实现精确的位置控制，向工件施加所需要的校直压力；人机界面单元为用户输入工件信息和显示系统工作状态提供了接口；误差诊断专家系统单元对工件检测数据进行时域／频域变换、误差构成分析，从而提取出因工件轴线弯曲形成的径向跳动值，并通过访问专家系统中的经验判断逻辑知识，形成工件轴线弯曲误差的标准空间模型；校直工艺方案专家数据库系统单元在工件轴线直线度误差的数学规范模型的基础上，结合当前工件的特点和加工条件，通过访问专家数据库单元中的经验判断逻辑知识和长期积累的校直工艺参数数据库，自动生成最优的校直工艺方案和加工参数，工件检测与校直任务调度单元是整个控制系统的核心，用于处理各个单元的协同工作和并发任务，使各个单元能够合理有序地完成单元任务。...

【技术特征摘要】
一种工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统，其特征在于，包括如下七个单元工件支撑驱动单元，工件误差检测单元，校直力驱动与控制单元，人机界面单元，误差诊断专家系统单元，校直工艺方案专家数据库系统单元，工件检测与校直任务调度单元，工件被装夹在工件支撑驱动单元的两个可旋转的顶尖之间，并在其驱动下可以与压头进行相对移动，确保工件可以移动到压头的正下方，以便允许轴线最大弯曲部位承受校直打击力，工件支撑驱动单元同时为工件在适当位置提供两个支撑点，用于抵抗压头施加的校直压力，工件支撑驱动单元还要带动工件沿着理想轴线进行旋转；工件误差检测单元主要检测两组数据，一是工件的理想旋转角度值和实际旋转角度值，通过比较两个值来判断工件是否正确装夹，理想旋转角度值还用于标识工件轴线弯曲误差所对应的角度，另外一组数据是工件的回转表面相对于旋转轴线的综合径向跳动值，这个综合径向跳动值包含了轴线弯曲误差分量和截面形状误差分量，综合径向跳动值与旋转角度值同步矢量合成，构成了工件一周范围内的综合径向跳动值二维数组；校直力驱动与控制单元将系统输入动力转化为压头的直线打击力，并且通过控制模块、驱动模块和反馈模块实现精确的位置控制，向工件施加所需要的校直压力；人机界面单元为用户输入工件信息和显示系统工作状态提供了接口；误差诊断专家系统单元对工件检测数据进行时域/频域变换、误差构成分析，从而提取出因工件轴线弯曲形成的径向跳动值，并通过访问专家系统中的经验判断逻辑知识，形成工件轴线弯曲误差的标准空间模型；校直工艺方案专家数据库系统单元在工件轴线直线度误差的数学规范模型的基础上，结合当前工件的特点和加工条件，通过访问专家数据库单元中的经验判断逻辑知识和长期积累的校直工艺参数数据库，自动生成最优的校直工艺方案和加工参数，工件检测与校直任务调度单元是整个控制系统的核心，用于处理各个单元的协同工作和并发任务，使各个单元能够合理有序地完成单元任务。2. 根据权利要求1所述的工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统，其 特征是所述的工件支撑驱动单元包括工件装夹模块、工件旋转模块、工件支撑模块、工件 移动模块，工件装夹模块将工件可靠地定位和装夹，并通过固定工件两端的几何中心来确 定的理想轴线；工件旋转模块驱动工件围绕理想轴线进行旋转；工件移动模块带动工件作 相对于压头的移动。3. 根据权利要求1所述的工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统，其 特征是所述的工件误差检测单元包括驱动端旋转角度监测模块、从动端旋转角度监测模 块、工件综合径向跳动测量模块、检测数据同步合成模块、时域/频域转换模块，驱动端旋 转角度监测模块用于记录工件的理论旋转角度，从动端旋转角度监测模块用于记录工件的 实际旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩利生，牛俊华，
申请(专利权)人：韩利生，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]