[发明专利]工件轴线弯曲变形自动检测与校直一体化集成控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种自动控制技术领域的系统，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。

背景技术

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0。如果此时工件的截面轮廓是椭圆形、三角形、矩形，或者存在毛刺、突起等形状，则径向跳动值不为0。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。

发明内容

本发明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。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下七个单元：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。