型板成型在线检测方法研究

王月张礼康朱永苗郭琪琪杨超

航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司陕西西安710000

摘要：检测技术是判别板材成形是否达到所需形状的检测手段，通过检测，可以获得板材成形与理论形状的差别，计算出板材上各点回弹量，为冲压模具的二次调形提供数据，是板材冲压成形过程中最基本、最不可少的步骤。

关键词：接触式测量；非接触式测量；点扫描

0引言

检测技术是曲板冲压成形重要的反馈手段，也是判别曲板最终成形精度、成形质量的检验依据。针对曲板冲压成形加工特点、工作环境、精度要求，如何选择合适的检测（测量）方法及手段，实现曲板形状的实时在线检测以及高精度快速检测，是我们必须考虑的及解决的重要问题。根据我们10年来在曲板成形加工中使用的检测方法，以及实际使用效果，以及各种检测方法存在的问题，本文对主要的测量方法进行了分析对比。

1、基于激光位移传感器的单点扫描测量方法

为了实时检测冲压成形的板材形状，在小型船舶三维数控弯板机样机中，有专门的三维激光扫描测量装置。这种测量方法使用激光位移传感器实现对三维坐标的测量，测量设备的组成如图1-1所示。

图1测量设备结构

图1中，4-1表示激光位移传感器、4-2表示Y方向移动滑块和4-3则表示X方向移动横梁。通过4-2和4-3控制传感器的位置，测量板材指定位置的三维坐标。

这种测量方法对于被测物体的距离有一定的要求，当距离较小时，偏移量很大可能超出测量范围。而当距离较大时，偏移量很小，这种情况下为了得到较为准确的测量结果，对检测器的灵敏度要求较高，因此为了得到满意的测量结果，需要将测量装置与待测物体之间的距离保持在适当范围内。

对于曲度板这种板材各位置与测量设备的距离变化的情况，使用图1-1中的测量系统，测量系统与被测物之间的距离为固定值，无法准确的测量板材所有位置的距离值。由于激光扫描测量装置的y轴固定在可移动上压模上，故在推模过程中，即可完成对三维曲面形状的检测。

2、基于磁致位移传感的多点并行接触测量方法

由于激光位移传感器测量精度有限，影响考虑回弹系数后调形形状的准确性，故在本次研究中，将前期使用的激光位移传感器更换为磁致位移传感器（图2-1，测量精度可达0.1mm），且增加传感器个数至22个，使用并联测量，可大大提高测量效率。

图2-1基于磁致位移传感器的多点并行测量装置，1-滑轨2-行走伺服电机3-支柱4-升降伺服电机，5-磁致位移传感器（共22个）6-横梁7-导轨

整个测量机构固定在机架的导轨上，由高精度接触式磁致位移传感器、直线导轨和滚珠丝杠组成的导架及伺服电机构成。工作时，整个测量装置（机构）在行走伺服电机的驱动下，从原始零位伸向下模上的成形外板，然后逐行回撤，扫描测量。控制系统能实时在线检测冲压成型的板材形状，并将测得的数据上传至控制电脑，实时计算修正值并指导下一次的调形量。磁致位移传感器在z方向的测量精度在可达0.1mm之间。

一旦测量结果与理论值的差别在预先设置的一定范围内，则可认为成形形状满足要求，冲压加工可结束或转入下一段的加工过程中。

3、基于激光位移传感器的点扫描随动测量方法

前面已介绍了基于激光位移传感器的点扫描测量方法，其主要不足是其测量效率低，且只能在某一测量范围内才能保持较高的测量精度。

基于三角测量法的激光位移传感器的测量量程范围，有一个起始测量距离，还有一个最大测量距离。而且，精度越高的激光位移传感器，其量程范围越小。

通常的激光位移传感器，其测量量程只有200mm左右。因此可见，对大幅面的曲面板材，其Z方向的位移一般会超过激光位移传感器的量程。一旦超过量程，激光传感器的测量精度就无法保证，测量数据误差就会很大，超过形状检测及模具调形的要求。

为解决以上问题，我们提出一种新的测量方法，即随动测量方法。

随动的激光位移测量系统解决了测量距离超过测量量程的带来的测量精度问题，添加了竖直方向的运动控制，保证每个测量位置处的测量距离都在最佳量程范围内。

4、综合对比结果

基于激光位移传感器的单点扫描测量结果：

1、测量范围：只要测量装置平面行程足够大，可以覆盖整个工装面，满足测量范围的要求。

2、测量精度：在传感器的量程范围内，测量精度能够保证。

3、测量速度：由于采用单点测量方法，只能一排一排、一点一点地单点扫描测量，其测量速度慢，测量耗时长。

基于磁致位移传感的多点并行接触测量结果：

运行过程中磁致传感器测头与板材接触，接触过程中，存在测头与板边缘及下模缝隙卡住的情况，需人工干预处理。且接触式测量很难测量到板的边缘。

基于激光位移传感器的点扫描随动测量结果：

调节激光扫描间隙，提高了测量速度及数据采集量，通过PLC专门高速采集相关数据，为今后边缘处理创造了基础。

综上所述，非接触测量比接触测量手段要快，测量效率比较低，但测量精度普遍比接触测量法要低。

5、参考文献

[1]阿克塞尔多捏斯等.激光测量技术[M]，华中科技大学出版社，2017.

[2]吴贵生.实验设计与数据处理[M]，北京：冶金工业出版社，1997.

[3]丁珂珂.自动测量技术[M]，中国电力出版社，2007.

[4]栗军.实验设计的技术与方法[M]，上海：上海交通大学出版社，1987.