ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИБКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА

Предлагаемое устройство относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами, а именно к системам управления металлообрабатывающими станками.
Известно валковое листогибочное устройство, снабженное узлом измерения кривизны (патент США №4761979 кл. B21D 5/14, 1988), в котором узел измерения кривизны, реализующий контактный механический способ измерения радиуса кривизны поверхности, содержит каретку с возможностью перемещения вдоль прямой перпендикулярной поверхности обрабатываемого материала, держатель стержней размещенный на каретке, два компланарных неподвижных стержня закрепленных на противоположных концах держателя щупов, и подвижный стержень, перемещение которого в плоскости неподвижных стержней формирует, в зависимости от величины перемещения, выходной сигнал, который используется для вычисления радиуса кривизны.
Недостатком устройства является механический принцип измерения радиуса кривизны, не позволяющий производить измерения при высокой температуре обрабатываемого материала, и сложность конструкции узла измерения радиуса кривизны.
Известно лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек (патент СССР №1547488А1 кл. G01B 21/00, 1988), содержащее двухкоординатный механизм с двумя серводвигателями, оптическую измерительную головку, установленную с возможностью вращения вокруг своей оси на двухкоординатном механизме и состоящую из оптически связанного объектива, зеркальной пирамиды с виброприводом и четырех зеркал с приводом поворота, регистратор сигналов, состоящий из четырех цепей центровки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных фотоприемника, формирователя импульсов и фильтра низкой частоты, двух блоков вычитания, входы каждого из которых подключены к выходам двух соответствующих фильтров низкой частоты, и измерительной цепи, состоящей из последовательно соединенных формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу первого фотоприемника, и индикатора, входы серводвигателей подключены к выходам соответствующих блоков вычитания.
Недостатком устройства является то, что осуществляется измерение диаметра детали, что приводит к наличию относительно большой составляющей методической погрешности при использовании этого устройства в системе управления процессом гибки.
Известно устройство гибки длинных заготовок и способ управления этим устройством (патент США №7325427 кл. В21D 5/14, 2006), содержащее три параллельных бесконтактных лазерных дальномера, для измерения расстояния до поверхности материала, расположенных на стойке на равном расстоянии друг от друга, процессор, соединенный с дальномерами для вычисления реального радиуса гибки, выход которого подключен к исполнительному механизму, осуществляющему перемещение гибочных валков.
Недостатком устройства является наличие составляющей погрешности, обусловленной неоптимальной схемой измерения геометрических параметров, а также возможность получения грубых ошибок измерения вследствие наличия дефектов поверхности обрабатываемого листового материала.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является листогибочный пресс и способ гибки заготовок (патент ЕС №1914019А1 кл. B21D 5/02, 2008), в котором описано устройство управления листогибочным прессом, содержащее микропроцессор, выход которого подключен к силовому устройству листогибочного пресса, подключенный к микропроцессору источник излучения для излучения света вдоль поверхности заготовки, установленный с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси, подключенную к микропроцессору цифровую видеокамеру для получения изображения профиля участка заготовки, установленную с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси, и пульт управления, подключенный к микропроцессору.
Недостатком описанного устройства управления является относительно высокая методическая погрешность измерений, вызванная невозможностью перемещения камеры в горизонтальной плоскости, и поворота ее относительно оптической оси, а также наличием составляющей погрешности обусловленной термическим расширением материала.
В этой связи важной задачей является разработка оптико-электронного устройства управления процессом гибки листового материала, использующего бесконтактный способ измерения радиуса кривизны участка обрабатываемого материала, обладающего низкой погрешностью измерений, и позволяющего учитывать термические деформации обрабатываемого листового материала.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности измерения радиуса кривизны участка обрабатываемого материала, и, соответственно повышение качества готовых изделий.
Указанный технический результат достигается тем, что оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала содержит микропроцессор, выход которого подключен к силовому устройству, осуществляющему перемещение подвижных валков, источник излучения для излучения света вдоль поверхности листового материала, цифровую видеокамеру, подключенную к микропроцессору для получения изображения профиля участка листового материала, и пульт управления, подключенный к микропроцессору, при этом оно снабжено двухкоординатным механизмом позиционирования каретки, состоящим из рамы с вертикальными направляющими, соединенными посредством первого исполнительного механизма с горизонтальной направляющей, осуществляющего ее вертикальное перемещение, при этом горизонтальная направляющая, соединена с кареткой посредством второго исполнительного механизма, осуществляющего перемещение каретки по горизонтальной направляющей, причем цифровая видеокамера установлена на каретке двухкоординатного механизма позиционирования с возможностью поворота относительно оптической оси посредством третьего исполнительного механизма, при этом входы исполнительных механизмов подключены к выходам микропроцессора, ко входам которого подключены пирометр для измерения температуры листового материала, и датчики для определения положения подвижных валков.
Указанные отличия значительно повышают точность измерений, так как наличие двухкоординатного механизма позиционирования цифровой видеокамеры обеспечивает схему измерения с минимальной методической погрешностью, а наличие пирометра позволяет исключить систематическую составляющую погрешности, обусловленную термической деформацией обрабатываемого материала Повышение точности управляющего устройства позволяют улучшить качество выпускаемых изделий и исключить брак.
На фиг.1 представлен вид спереди схемы измерения предлагаемого устройства, на фиг.2 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.3 представлен вид сбоку схемы измерения предлагаемого устройства.
Оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала 1 (фиг.1), между неподвижным валком 2 и подвижными валками 3 и 4 состоит из цифровой видеокамеры 5, установленной на каретке 6 двухкоординатного механизма позиционирования, состоящего из рамы 7 с вертикальными направляющими 8, горизонтальной направляющей 9, соединенной с вертикальными направляющими 8 посредством первого исполнительного механизма 10, осуществляющего перемещение горизонтальной направляющей 9 в вертикальной плоскости. Каретка 6 двухкоординатного механизма позиционирования соединена с горизонтальной направляющей 9 посредством второго исполнительного механизма 11, осуществляющего перемещение каретки 6 вдоль горизонтальной направляющей 9. Цифровая видеокамера 5 установлена на каретке 6 двухкоординатного механизма позиционирования с возможностью поворота относительно оптической оси посредством третьего исполнительного механизма 12. Входы исполнительных механизмов 10, 11 и 12 подключены к выходам микропроцессора 13 (фиг.2). Для повышения контрастности изображения, получаемого цифровой видеокамерой 5 устройство содержит источник излучения 14 осуществляющий излучение света вдоль поверхности листового материала 1, расположенный так, чтобы листовой материал 1 находился между цифровой видеокамерой 5 и источником излучения 14, микропроцессор 13, датчики 15 и 16, для определения положения подвижных валков 3 и 4, пирометр 17 для измерения температуры листового материала 1, а также пульт управления 18, выходы датчиков 15 и 16, пирометра 17 и пульта управления 18 подключены к входу микропроцессора 13, выход микропроцессора 13 подключен к силовому устройству 19 осуществляющему перемещение подвижных валков 3 и 4.
Оптико-электронное устройство управления процессом гибки работает следующим образом.
p
p
p.
С помощью пульта управления 18 в микропроцессор 13 предварительно вводятся: требуемый радиус гибки R, механические свойства и толщина обрабатываемого материала 1, а также калибровочная характеристика цифровой видеокамеры 5. Введенные значения сохраняются в памяти микропроцессора 13. В процессе работы цифровая видеокамера 5 осуществляет преобразование изображения участка профиля обрабатываемого листового материала 1 освещенного источником излучения 14 в цифровые данные. Цифровые данные, описывающие полученные кадры изображения, поступают в микропроцессор 13, который обрабатывает получаемые изображения и осуществляет вычисление радиуса кривизны Rучастка листового материала 1, используя введенную на предварительном этапе калибровочную характеристику цифровой видеокамеры 5. Сигналы с датчиков 15 и 16 положения подвижных гибочных валков 3 и 4 поступают в микропроцессор 13, также в микропроцессор 13 поступает сигнал с пирометра 17. На основании сигнала с пирометра 17, микропроцессор 13 вычисляет текущую температуру T обрабатываемого листового материала 1, и приводит вычисленный радиус кривизны R листового материала 1 к нормальным условиям. На основании текущего положения подвижных валков 3 и 4, требуемого радиуса гибки R, механических свойств и толщины листового материала 1, и приведенного к нормальным условиям радиуса кривизны участка листового материала 1 микропроцессор 13 вычисляет значения перемещения подвижных гибочных валков 3 и 4, необходимую для достижения требуемого радиуса гибки листового материала 1, и формирует сигналы управления силовым устройством 19 для изменения положения подвижных гибочных валков 3 и 4. В процессе обработки каждого кадра изображения, поступающего с цифровой видеокамеры 5, микропроцессор 13 вычисляет значение Δx перемещения цифровой видеокамеры 5 вдоль горизонтальной направляющей 9, значение Δy перемещения горизонтальной направляющей 9 вдоль направляющих 8 рамы 7, и значение Δα угла поворота цифровой видеокамеры 5. Значение Δx, Δy и Δα выбираются микропроцессором 13 таким образом, чтобы обеспечить минимальную методическую погрешность вычисления радиуса кривизны RНа основании вычисленных значений Δx и Δy микропроцессор 13 формирует управляющие сигналы, поступающие на входы исполнительных механизмов 10 и 11, что приводит к изменению положения каретки 6 на горизонтальной направляющей, горизонтальной направляющей в вертикальной плоскости, и, соответственно, цифровой видеокамеры 5 в пространстве, в соответствии с вычисленными значениями Δx, Δy. На основании вычисленного угла поворота Δα микропроцессор 13 формирует управляющий сигнал для третьего исполнительного механизма 12 поворота цифровой видеокамеры 5, что приводит к изменению угла поворота цифровой видеокамеры 5 относительно поверхности обрабатываемого листового материала 1. Таким образом, предлагаемое оптико-электронное устройство управления процессом гибки листового материала позволяет повысить точность измерений и, соответственно, качество готовых изделий.