專利名稱：智能彎管回彈伸長測量儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及造船、汽車、航空、鍋爐等工業部門中用于彎管機彎管時，對管子的回彈量和伸長量進行現場直接測量和計算其變化規律的智能測量儀器。
管子在造船、汽車、航空、鍋爐等各個工業領域中被廣泛地使用著，其中有許多是有彎曲形狀的管子，這些彎管必須使用彎管機或數控彎管機對管子進行彎曲加工才能獲得。因管子彎曲加工屬于彈塑性彎曲，彎曲卸荷后管子不僅會發生回彈，而且管子也會有所伸長。為了實現無余量彎管的加工工藝等，在一定工況下，準確測量出管子回彈與伸長的規律是需要解決的技術關鍵之一。目前這類裝置中具有代表性的是美國EATONLEONARD公司生產的VECTOR1管形測量機。該機的情況可見專利US3821525、US3974676及王立新編著的《矢量彎管》(國防工業出版社，1984)等文獻。該管形測量機實際上是一臺三座標測量機，它主要是用于航空、汽車等彎管構件的管形測量。根據文獻說明，該機也具有間接測量管子回彈量和根據回彈修正因素計算出某一形狀管子所需要的毛料長度，測量時需從彎管機上取下彎曲加工后的試件，放到管形測量機平臺上，用測量機的測頭對管子進行測量，可由所測得的管子成形角與彎管機轉臂角度建立近似的回彈變化關系。從上可見，其操作復雜，更為重要的是它不具備測取管子伸長變化規律的功能，所反映的不是管子本身的回彈規律。
其它僅有回彈測量功能的裝置有如下兩種其一是蘇聯專利SU836857所述的數控彎管機上附設在夾頭上的專門測管子回彈角的傳感裝置。該裝置只能裝在彎管機上使用，沒有測量管子伸長量的功能。其二是中國專利CN87200704.9所述的自動彎管角度直接測量裝置。該裝置也是專門附設在數控彎管機上測角度用的，比前者功能強，但也不具備測量管子伸長量的功能。
為了克服上述裝置不能直接測出管子本身回彈和伸長變化規律的弊端，實現在彎管機上直接測量管子回彈與伸長的變化規律，為無余量彎管等提供準確的數字依據，特發明了專門用于測量彎管機彎管時管子回彈與伸長的儀器-智能彎管回彈伸長測量儀。
用于管子彎曲加工時的智能彎管回彈伸長測量儀如

圖1所示，它包括三大部分測量機構、微計算機和支架組成。
測量機構包括測頭(1-A;1-B)、立軸(2-A;2-B;2-C)、肘節(3-A;3-B;3-C;4-A;4-B;4-C)、測量臂(5-A;5-B)和角度傳感器(6-A;6-B;6-C)。其特征在于兩測頭(1-A;1-B)通過與其相固聯的立軸(2-A;2-B)分別與肘節(3-A;3-B)固定聯接。兩肘節(3-A;3-B)與兩測量臂(5-A;5-B)一端的肘節(4-A;4-B)互相鉸接。兩測量臂(5-A;5-B)另一端肘節(4-C)與(3-C)也互相鉸接，使兩測頭(1-A;1-B)與兩測量臂(5-A;5-B)組成平面四桿機構。四桿機構的三個鉸接處均裝有角度傳感器。兩測頭(1-A;1-B)可以按一定基準面與管子(19)固定在一起，也可分離開。測量結果用數碼顯示、打印輸出和進行通訊。支架由兩個鉸接的支承臂(8;11)和底座(16)組成，轉臂(8;11)可相對于底座(16)作水平轉動、升高或降低。
一種可供選用的支架由帶肘節(7;9;10;12)的支承臂(8;11)、立軸(13)、套筒柱(14)、止動螺栓(15)、底座(16)、調節水平用螺栓(17)和水平水準泡(18)組成。水平臂(8)與(11)兩者鉸接，可作相對水平轉動，支承臂(11)通過立軸(13)支持在套筒柱(14)中，可上下調節高度，調后用止動螺栓(15)緊固，支承臂(11)可繞套筒柱(14)作水平轉動，套筒柱(14)固定在底座(16)上。
測量機構的立軸(2-C)可方便地插在支架上支承臂(8)的肘節(7)上的軸孔中或從中取出，由于支架從機構上保證了支承臂(8)在空間旋轉或移動時能始終保持水平狀態，因此支架不僅能支持放置測量機構，而且可滿足測量機構工作時的使用高度調節與運動要求，也保證了測量機構工作時始終處于水平狀態。
測量機構肘節A處的結構見圖2。肘節(4-A)與肘節(3-A)之間用滾動軸承(25)聯接，并用檔圈(24)將兩者聯在一起，兩者可相對轉動;角度傳感器(6-A)殼體與端蓋(26)用螺釘聯接固定，端蓋(26)與肘節(4-A)用螺釘聯接固定，軸(23)一端與角度傳感器(6-A)的軸用聯軸節(22)聯接固定，另一端與立軸(2-A)用螺釘固定聯接;立軸(2-A)上端與肘節(3-A)用螺釘固定聯接;下端與測頭(1-A)用螺釘固定聯接;測量臂(5-A)與肘節(4-A)固定聯接。彎管時，管子直邊帶動測頭(1-A)旋轉，測頭(1-A)相對于測量臂(5-A)的轉角由角度傳感器(6-A)測出。
測量機構肘節B處結構與肘節A處結構相同。測量機構肘節C處結構如圖3所示。其與肘節A處結構相似，不同在于肘節(4-C)與測量臂(5-A)固定聯接;肘節(3-C)與測量臂(5-B)固定聯接;肘節(3-C)下端與立軸(2-C)用螺釘固定聯接。
彎管機進行管子彎曲時，管子是在水平面內彎曲，能滿足管子(19)彎曲時運動要求的測量機構，其測頭(1-A;1-B)因為是固定裝在管子彎頭外的直邊上，所以管子彎曲時，管子直邊帶動測頭(1-A;1-B)轉動與平移，此時測量臂(5-A;5-B)也會有相對轉動，這時鉸接處的三個角度傳感器(6-A;6-B;6-C)將分別測出相應肘節處的轉角，并通過電纜將轉角信號傳送給微計算機進行計算，即可迅速給出所需要的數據。
使用方法如下1.調整好彎管機。
2.從被加工管材中取一試件，放到彎管機上，用夾頭(21)夾住管子(19)，用水平水準泡(18)將儀器調好水平，然后將本儀器的測頭(1-A;1-B)貼合固定在管子(19)上彎頭附近的兩直邊上(見圖1)，對該彎頭進行兩次大小不同角度(例如先進行30°的彎曲，令其回彈，再進行90°的彎曲，再令其回彈)的彎曲。
3.數據測取與計算步驟。
(1)測頭(1-A;1-B)處桿長a和d的計算a和d的計算如圖4所示。當測頭兩貼合面距肘節中心距離均為H，設管子直徑為D時，則桿長a和d的數值為a＝d＝H+ (D)/2(2)直管DE段軸線長度L的測量
如圖5所示，管子未彎之前，進行直管DE段軸線長度L的計算。這時測量機構與管子組成ACBED五邊形，邊長a、b、c、d均為已知或已求出，其肘節A、B、C三處轉角可由角度傳感器(6-A;6-B;6-C)測出，即∠DAC、∠ACB、∠CBE也為已知;由測頭(1-A;1-B)結構可知AD、BE兩桿均為垂直于管子(19)的軸線，則∠ADE、∠BED均為直角。
對ACBED五邊形作輔助線可得△ABC、△ABD、△DBE，利用余弦定理和正弦定理可逐一求解各三角形的未知邊和未知角，使成為已知，則最后直管DE可求。故未彎管時管子軸線長度L＝DE。
(3)彎管機試彎小角度θ1時，管子實際彎曲角θ1的測量如圖6所示，將管子(19)的兩直邊軸線延長相交于F點，同樣對多邊形ACBEFD作輔助線，可得△ABC、△ABD、△DBE、△DEF，仍利用余弦定理和正弦定理逐一求解各三角形的未知邊和角，則彎曲角θ1＝180°-∠DFE。
(4)彎管機試彎小角度θ1時，管子回彈后的實際成形角θO1的測量如圖7所示，此時彎管機夾頭(21)松開，管子得以回彈，回彈后的成形角為θO1，與前(3)進行相同的處理計算，則成形角θO1＝180°-∠DFE。
(5)彎管機試彎大角度θ2時，管子實際彎曲角θ2的測量方法同前(3)。
(6)彎管機試彎大角度θ2時，管子回彈后的實際成形角θO2的測量方法同前(4)。
(7)管子回彈規律的計算因管子的彎曲角θ與成形角θ0在工程彎角范圍為一直線關系，即可利用(3)、(4)、(5)、(6)結果建立管子回彈規律的直線方程，即θ＝K1θ0+C1其中K1= (θ2-θ1)/(θ02-θ01)C1＝θ1-K1θO1(8)管子回彈后彎曲半徑R0的計算
管子進行彎模(20)半徑R的彎曲，回彈后管子半徑增大為R0R0＝K1R(9)成形角為θO1時，管子延伸拉長后軸線L01的計算如圖7所示，在前面測量計算的基礎上，且考慮回彈后半徑增大為R0＝K1R，則DE段管子彎曲回彈后其軸線長增大為L01，其L01=DF+FE-2ROtg (θ01)/2 + (πROθ01)/(180°)此時管子伸長量△L1為△L1＝L01-L(10)成形角度為θ02時，管子延伸拉長后軸線L02的計算方法同(9)，其管子軸線又增大為L02，其L02=DF+FE-2ROtg (θ02)/2 + (πROθ02)/(180°)此時管子伸長量△L2為△L2＝L02-L(11)管子伸長規律的計算因管子的伸長量△L與成形角θ0在工程彎角范圍為一直線關系，故利用(4)、(6)、(9)、(10)結果可建立管子伸長規律的直線方程，即△L＝K2θ0+C2其中K2= (△L2-△L1)/(θ02-θ01)C2＝△L1-K2θ01至此，數據計算結束，便獲得了該工況下管子的回彈與伸長變化規律。
該儀器也可兼作校核彎管機的檢驗儀器或改進后作為數控彎管機的檢測裝置等使用。
本發明的主要優點1.使用本發明所述的儀器能在彎管機現場直接測量出管子本身的回彈、伸長變化規律，因而可為無余量彎管等工藝提供準確的數字依據。
2.使用本儀器只要從一批管材中取一個試件，通過一個彎頭的兩次彎曲就能獲得所需要加工管材的回彈與伸長規律，方法簡便可靠。
3.本發明一臺可供多臺彎管機使用，通用性好，造價低。
附圖1智能彎管回彈伸長測量儀示意圖1-測頭2-立軸3-肘節4-肘節5-測量臂6-角度傳感器7-肘節8-支承臂9-肘節11-支承臂12-肘節13-立軸14-套筒柱15-止動螺栓16-底座17-調節水平用螺栓18-水平水準泡19-管子20-彎模21-夾頭附圖2測量機構肘節A處結構圖22-聯軸節23-軸24-檔圈25-滾動軸承26-端蓋附圖3測量機構肘節C處結構圖附圖4測頭處桿長計算示意圖附圖5直管軸線長度測量示意圖附圖6彎管角度測量示意圖附圖7成形角度測量示意圖
權利要求
1.用于管子彎曲加工的智能彎管回彈伸長測量儀，由測量機構、微計算機和支架組成。測量機構包括測頭(1-A；1-B)、立軸(2-A；2-B；2-C)、肘節(3-A；3-B；3-C；4-A；4-B；4-C)、測量臂(5-A；5-B)和角度傳感器(6-A；6-B；6-C)。其特征在于兩測頭(1-A；1-B)通過與其相固聯的立軸(2-A；2-B)分別與肘節(3-A；3-B)固定聯接。兩肘節(3-A；3-B)與兩測量臂(5-A；5-B)一端的肘節(4-A；4-B)互相鉸接。兩測量臂(5-A；5-B)另一端的肘節(4-C)與(3-C)也互相鉸接，使兩測頭(1-A；1-B)與兩測量臂(5-A；5-B)組成平面四桿機構。四桿機構的三個鉸接處均裝有角度傳感器。
2.根據權利要求1所述的測量儀，其特征在于測頭(1-A;1-B)可以按一定基準面與管子(19)固定在一起，也可分離開。
3.根據權利要求1所述的測量儀，其特征在于測量結果用數碼顯示、打印輸出和進行通訊。
4.根據權利要求1所述的測量儀，其特征在于支架由兩個鉸接的支承臂(8;11)和底座(16)等組成，轉臂(8;11)可相對于底座(16)作水平運轉動、升高或降低。
全文摘要
本發明涉及造船、汽車、航空、鍋爐等工業部門中用于彎管機彎管時，對管子的回彈量和伸長量進行現場直接測量和計算其變化規律的智能測量儀器。本發明由測量機構、微計算機和支架組成。測量機構的兩個測頭能固定在被測管子彎頭的兩個直邊上，可隨時測出管子彎曲回彈前后的角度，并可根據測量機構的幾何關系，求出管子彎曲回彈后的伸長量；通過一個彎頭的兩次彎曲就能獲得所需加工管材的回彈與伸長規律，測量結果用數碼顯示、打印輸出和進行通訊；支架能支持放置測量機構，調節其使用高度和滿足其工作時的運動要求。
文檔編號G01B5/24GK1068419SQ9110467
公開日1993年1月27日 申請日期1991年7月8日 優先權日1991年7月8日
發明者王呈方 申請人:武漢水運工程學院