专利名称：基于机器视觉的柔性辊弯成形装置及校准方法
技术领域：
本发明涉及一种基于机器视觉的柔性辊弯成形装置及校准方法，属于辊弯成形技 术及设备领域，用于控制辊弯成形产品的回弹。
背景技术：
辊弯成形是通过串列布置的一系列轧辊将金属板材连续成形为具有一定断面几 何形状产品的加工方法。辊弯成形是一种节材、节能、高效的金属成形新工艺、新技术，拥有 广阔的应用领域，已成为大批量生产最常用的板金属加工方法之一。由于目前辊弯成形产品的材料由普通碳素钢向高强度钢方向发展，各种高强度钢 板在辊弯成型产品中的应用越来越广泛，而高强度钢在辊弯成形后的回弹量比传统钢板 大，这些回弹量势必会降低加工精度，所以对辊弯成型过程中的回弹控制是十分必要的。现有的技术中，申请号为200810243210. 8的中国发明专利，公开了一种冷弯成型 机组合辊结构，其上辊与上轴固定，下辊与下轴固定，辅助轴承座与辅助轴承座通过第一连 接板连接，特征是辅助轴承座通过轴承与上轴连接，第二连接板与辅助轴承座固定，小轴 与第二连接板固定，辅助辊通过轴承与小轴连接。其结构虽然在成型过程中避免了空弯，提 高了产品的表面质量，但是由于没有在线回弹控制装置，不能根据板材截面形状及时调整 轧辊角度进行回弹控制，需要进行离线检测，操作麻烦，浪费工时。申请号为200810064528. X的中国发明专利，公开了一种降低塑性回弹的金属加 工成形方法，该方法是先反向预成形加载，再进行加工成形来减少板料回弹将低塑性高强 度金属板料在加工成形前先沿反方向进行预成形加载，然后再将板料进行正向加工成形， 这样通过金属的包兴格效应使回弹显著地减小或消除。该方法具有至少以下缺陷要进行 两次加载，而且每次成形过程金属板料都要进行翻面，造成加工成形时间长，效率低。由于 不同板料的回弹是不同的，利用包兴格效应控制回弹，精度低，适应性差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术以上的缺点，设计了一种基于机器视觉的柔性辊 弯成形装置及校准方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于机器视觉的柔性辊弯成形装置，由成形机、机座、及连接在机座上的导 轨、校准装置、机器视觉检测装置及其计算机控制系统组成。其特征在于，成形机后配有控 制产品回弹的校准装置；机器视觉检测装置的三架检测装置分别安装在校准装置的两道次 机架的前后，并由计算机控制系统来处理机器视觉检测装置检测的数据，从而控制校准装 置的运动，对校准装置的校准角度进行在线调节，以满足不同尺寸、不同材料的产品的回弹 控制。所述校准装置的每道次校准机架都由左右两个机架组成，并可沿导轨左右滑动，调节 两个机架之间的距离，以满足不同尺寸、材料产品的校准。本发明的另一个发明目的是提供一种基于机器视觉的柔性辊弯成形校准方法。该校准方法包括以下步骤第一架机器视觉检测装置对辊弯成形产品的成形角度信号进行检测，经过计算机 控制系统的计算得到校准角度并产生伺服信号，然后通过计算机控制系统控制伺服电机驱 动校准装置的第一道次机架，对产品进行第一次校准；第二架机器视觉检测装置再对经过 一次校准后产品的成形角度进行检测，由计算机控制系统控制校准装置的第二道次机架， 对产品进行二次校准。这样经过两次调节，可以有效减小回弹造成的误差。第三架机器视 觉检测装置对二次校准后的成形产品进行最后的检测，并反馈给计算机控制系统，再进行 不断的调节，使产品质量达到更高的精度。这样就实现了辊弯成形过程的在线监测和调节。本发明具有以下技术效果1、由于本发明是基于机器视觉的校准装置，可以对板材辊弯成形过程中的变化进 行实时监测，提高了产品加工的可控性；2、由于本发明可以对板材在辊弯成形过程中的截面变化，适时调整轧辊角度，补 偿由于回弹造成的误差，提高了产品的精度；3、本发明操作简单，自动化程度高，效率提高，安全可靠。
图1是本发明辊弯成形装置的总体示意图。图2是本发明辊弯成形装置的校准装置的示意图。图3是本发明辊弯成形装置的校准装置的左机架主视图。图4是本发明辊弯成形装置的校准装置的左机架左视图。图5是本发明辊弯成形装置的校准装置的左机架俯视图。图6为本发明的实施例的示意图。图7为本发明的实施例的最终截面形状。图8为本发明的实施例的最终产品实体。图中1-带卷，2-板材，3-成形机，4-第一架机器视觉检测装置，5-校准装置第一 道次机架，6-第二架机器视觉检测装置，7-校准装置第二道次机架，8-第三架机器视觉检 测装置，9-计算机控制系统，10-机座，11-左、右机架，12-伺服电机，13-导轨，14-机体， 15-螺栓，16-蜗杆，17-蜗轮，18-弧形导轨，19-侧辊，20-侧辊轴端盖，21-内六角螺栓， 22-底辊端盖，23-滚针轴承，24-底辊轴，25-底辊，26-孔用弹性挡环，27-滚动轴承，28-套 筒，29-内辊轴，30-内辊座，31-内辊，32-内辊盖，33-滚针轴承，34-侧辊支架，35-螺栓， 36-蜗轮座，37-滚针轴承，38-保持架，39-回弹后的截面形状，40-校准时过弯的截面形状， 41-理想的截面形状。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明给予进一部说明。如图1、图2所示，本发明辊弯成形装置包括成形机3、机座10、固定在机座上的导 轨13、校准装置5、7、16、17、机器视觉检测装置4、6、8及其计算机控制系统9。如图3、图4所示侧辊19及其传动装置选用拥有自锁功能的蜗轮蜗杆作为校准装 置的可调机架5、7的驱动机构。蜗轮17用两个滚针轴承固定在蜗轮座36内。蜗轮17与
4保持架38固定侧辊支架34，同时蜗轮17与保持架38上都固定有一个弧形导轨18。侧辊 19内部装有两个滚针轴承33，同时用6个内六角螺栓21将侧辊轴端盖20固定，这样使得 侧辊固定在侧辊支架上的同时能够自由转动。如图3、图5所示，机架上固定有内辊轴29，两侧采用六边形设计，内辊轴29通过 套筒28将内辊31固定，所述内辊31装有滚动轴承27，其由孔用弹性挡环26固定。如图3、图5所示，机架上用6个内六角螺栓将底辊轴24固定，底辊轴24 —侧采用 六边型设计，其上装有两个滚针轴承23，其与底辊端盖22将底辊25固定。下面结合图1、2、3、4、5进一步说明基于机器视觉的柔性辊弯成形的校准方法。第一架机器视觉检测装置4对辊弯成形产品的成形角度进行检测，经过计算机控 制系统9计算得到校准角度并控制伺服电机12驱动校准装置的第一道次机架5对产品进 行第一次校准；第二架机器视觉检测装置6再对校准后的成形产品进行检测，再由计算机 控制系统9控制校准装置的第二道次机架7对产品进行第二次校准；第三架机器视觉检测 装置8对二次校准后的成形产品进行最后的检测，并反馈给计算机控制系统9，再进行不断 的校准调节，再进行不断的调节，使产品质量达到更高的精度，实现辊弯成形的在线监测和 调节。上面所述的机架对产品的校准实现过程如下伺服电机12驱动蜗杆17转动，蜗轮 16与保持架38在蜗杆的带动下沿弧形导轨18做周向运动，带动侧辊19转动，以改变轧辊 的角度，进而对产品进行校准。实施例在室温下采用3架成形方形件，每架成形角度依次为30°，60°，90°，机架间距 250mm。成形材料为Dogal 800DP，截面为对称U形截面，板材长度为600mm，宽度为72. 32mm, 厚度为0.8mm，成形弯角半径R取2mm。成形的速度设为5m/s。如图6中的41所示为产品 的理想形状。板材从轧辊中出来后板材会发生回弹，第一架视觉检测装置检测到的回弹角度为 2. 11°，如图6的39所示。然后把检测到的角度信号传递给计算机控制系统，计算机经过 计算，确定校准的道次和过弯角度。这里一道次可以校准完成。通过控制装置控制电机带 动蜗杆转动，进而带动蜗轮和保持架沿弧形导轨滑动，调节校准装置的机架角度，板材的过 弯角度如图6的40所示。然后用第三架视觉检测装置检测板材经过校准装置后，卸载的工 件角度90. 2°，产品最终的截面形状如图7、8所示。经过实验所得的数据，其控制回弹的效 果是弯曲角度经过调整后始终控制在90士0.3°。综上所述，本发明所述的基于机器视觉的柔性辊弯成形装置及校准方法，将机器 视觉检测装置应用到辊弯成形中，可以实现对板材的截面形状进行在线检测，进而通过校 准装置不断调整补给，达到很好地控制板材的回弹、提高精度的目的。本发明的加工范围和 精度都有了很大的提高，满足了实际工程的需要。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种基于机器视觉的柔性辊弯成形装置，由成形机(3)、机座(10)、固定在机座上的导轨(13)、校准装置(5)、(7)、(16)、(17)、机器视觉检测装置(4)、(6)、(8)及计算机控制系统组成(9)，其特征在于，校准装置(5)、(7)、(16)、(17)在导轨(13)上，机器视觉检测装置(4)、(6)、(8)在校准装置的可调机架(5)、(7)的前后，并由计算机控制系统(9)来处理机器视觉检测装置(4)、(6)、(8)检测的数据和控制校准装置(5)、(7)、(16)、(17)的运动。
2.根据权利1所述柔性辊弯成形装置，其特征在于，所述的校准装置(5)、(7)、(16)、 (17)由驱动机构(16)、(17)和可调机架(5)、(7)组成。
3.根据权利1所述柔性辊弯成形装置，其特征在于，所述的校准装置(5)、(7)、(16)、 (17)由两道次机架构成，每道次机架有左右两个机架(11)。
4.根据权利1所述柔性辊弯成形装置，其特征在于，所述校准装置(5)、(7)、(16)、(17) 由具有自锁功能的蜗轮蜗杆校准作为传动装置。
5.根据权利3所述柔性辊弯成形装置，其特征在于，所述的两道次的机架都由计算机 控制系统(9)控制，并可在伺服电机(12)带动下沿导轨(13)滑动，调整左右两个机架(11) 的距离。
6.根据权利1所述柔性辊弯成形装置，其特征在于，所述校准装置的机架(11)在蜗 轮(17)与保持架(38)上都固定一个弧形导轨(18)，侧辊支架(34)由蜗轮(17)与保持架 (38)固定；内辊轴(29)固定在机架(11)上，并通过套筒(28)、滚动轴承(27)、孔用弹性挡 环(26)固定；6个内六角螺栓将底辊轴(24)固定在机架(11)上，并用轴端盖(22)将底辊 (25)固定。
7.根据权利1所述柔性辊弯成形装置，其特征在于，所述机器视觉检测装置(4)、(6)、 (8)由分别安装在校准装置(5)、(7)前后的三个机器视觉检测装置(4)、(6)、(8)组成。
8.—种柔性辊弯成形校准方法，其特征在于，包括以下步骤第一架机器视觉检测装 置(4)对辊弯成形产品的成形角度进行检测，经过计算机控制系统(9)计算得到校准角度 并控制伺服电机(12)驱动校准装置的第一道次机架(5)对产品进行第一次校准；第二架机 器视觉检测装置(6)再对校准后的成形产品进行检测，再由计算机控制系统(9)控制校准 装置的第二道次机架(7)对产品进行第二次校准；第三架机器视觉检测装置(8)对二次校 准后的成形产品进行最后的检测，并反馈给计算机控制系统(9)，再进行不断的校准调节。
9.根据权利8所述的柔性辊弯成形校准方法，其特征在于，所述的机架对产品的校准 步骤是伺服电机驱动蜗杆17转动，蜗轮16与保持架38在蜗杆的带动下沿弧形导轨18做 周向运动，带动侧辊19转动，以改变轧辊的角度，进而对产品进行校准。
全文摘要
本发明公开了一种基于机器视觉的柔性辊弯成形装置及校准方法，属于辊弯成形技术及设备领域，用于控制辊弯成形产品的回弹。该柔性辊弯成形装置，其组成包括成形机、机座、固定在机座上的导轨、校准装置，机器视觉检测装置以及计算机控制系统。校准装置在导轨上，机器视觉检测装置在校准装置的前后，并由计算机控制系统来处理机器视觉检测装置检测的信号和控制校准装置的运动。通过上述装置，在辊弯成形过程中，板材经过成形机后，经过机器视觉检测装置和计算机控制系统的检测、控制后，由计算机控制系统控制校准装置进行两次校准，可以有效减小回弹造成的误差。该成形装置可以实现在线监测，提高加工产品的精度，操作方便，安全可靠。
文档编号B21D5/14GK101979174SQ20101027362
公开日2011年2月23日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者刘继英, 张颖, 胡猛, 艾正青, 韩飞 申请人:北方工业大学