CN112845672A - 一种金属板材自动调平方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属板材自动调平方法，涉及机械加工技术领域；该方法包括以下的步骤：S1、三维坐标点阵的生成，利用激光扫描待调平板材的表面，生成三维坐标点阵；S2、平面的拟合；S3、平面度的计算；S4、调平压力的计算；S5、板材变形类型的分析计算，根据三维坐标点与平面的垂直距离的值，对超出设定的平面度的坐标打上标志，再根据打上标志的坐标点，分析计算板材的变形类型；S6、板材的调平，根据板材的变形类型，生成单点压平路径，并在每个路径坐标点施加相应坐标点所需压平的压力，启动设备后进行压平工作；本发明的有益效果是：能够实现金属板材的自动调平，相比人工测量调平的方式，减小了调平误差，并提高了调平的效率。

Description

一种金属板材自动调平方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，更具体的说，本发明涉及一种金属板材自动调平方法。
背景技术
在机械加工领域，加工的铝板、铁板等金属板材，都需要对外表面进行平整度的检测，当外表面的平整度满足设定的要求后，才能判定为良品；当平整度不满足要求时，则需要对金属板材进行调平。
现有技术中，一般采用人工测量调平的方式，采用目测或借助液压机实现板材的调平，这种方式存在着误差大、效率低和人工劳动强度大的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种金属板材自动调平方法，能够实现金属板材的自动调平，相比人工测量调平的方式，减小了调平误差，并提高了调平的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属板材自动调平方法，其改进之处在于，该方法包括以下的步骤：
S1、三维坐标点阵的生成，利用激光扫描待调平板材的表面，生成三维坐标点阵，包括X轴方向坐标点、Y轴方向坐标点以及Z轴方向坐标点；
S2、平面的拟合，结合测量出的三维坐标点阵，采用最小二乘法拟合出平面；
S3、平面度的计算，将拟合的平面与三维坐标点阵中的每个坐标点逐一比对，运算出每个坐标点与平面的垂直距离；
S4、调平压力的计算，根据板材的特性，与平面的垂直距离综合计算后，得到每个坐标点需要调平时的压力；
S5、板材变形类型的分析计算，根据三维坐标点与平面的垂直距离的值，对超出设定的平面度的坐标打上标志，再根据打上标志的坐标点，分析计算板材的变形类型；
S6、板材的调平，根据板材的变形类型，生成单点压平路径，并在每个路径坐标点施加相应坐标点所需压平的压力，启动设备后进行压平工作。
进一步的，步骤S4中，包括以下的步骤：
S41、结合板材的材质和尺寸，根据实验，得到板材的不形变最小压力和不过压最大压力的数据；
S42、将多次实验得到的数据加入数据库内；
S43、通过调用数据库中的数据，同时结合计算的平面度，确定坐标点与平面的垂直距离，得到每个坐标点需要调平时的压力。
进一步的，步骤S5中，板材的变形类型包括但不限于：横向拱形、纵向拱形、左上右下对角拱形以及右上左下对角拱形。
进一步的，步骤S5中，每个坐标点沿X方向提取多个Z方向最高点坐标后，将提取点的轴方向坐标点和Y轴方向坐标点拟合成一条直线，根据直线的角度判断板材的变形类型：
当直线与X方向比对时角度≤20度且≥-20度时，板材的变形类型为横向变形；
当直线与X方向比对时角度≥70度且<110度时，板材的变形类型为纵向拱形；
当直线与X方向比对时角度<70度且>20度时，板材的变形类型为左上右下对角拱形；
当直线与X方向比对时角度≤200度且≥110度时，板材的变形类型为右上左下对角拱形。
进一步的，步骤S6中，根据板材的变形类型，生成单点压平路径的过程如下：
当板材的变形类型为横向变形时，压平路径为横向步进移动；
当板材的变形类型为纵向拱形时，压平路径纵向步进移动；
当板材的变形类型为左上右下对角拱形时，压平路径左上右下对角步进移动；
当板材的变形类型为右上左下对角拱形时，压平路径右上左下对角步进移动。
进一步的，步骤S5中，当板材的变形类型为横向变形，且变形量大于1mm时，在横向变形的起点、中点以及终点施加当前板材的最大压力，并再次进行测量；
当变形量小于1mm时，在横线变形的起点开始，每间隔压头直径的距离生成压平路径。
进一步的，步骤S3中，垂直距离的最大值代表当前待调平板材表面的平面度。
进一步的，步骤S4中，板材的特征包括但不限于：厚度、材质、抗拉强度、屈服强度以及硬度。
进一步的，步骤S6之后还具有以下的步骤：
S7、压平工作完成后，重复步骤S1至步骤S6，得到测量值，将测量值与前一次压平工作的测量值进行比对，根据测量值的变化更新参数数据库。
进一步的，步骤S5中，当所有三维坐标点与平面的垂直距离在区间0-0.5mm 内时，则结束。
本发明的有益效果是：本发明的此种金属板材自动调平方法，能够实现金属板材平整度的自动检测和调整，整个过程无需人工参与，实现了金属板材平整度的自动检测和调平，相比人工测量调平的方式，自动化程度高，减小了调平误差，并提高了调平的效率。
附图说明
图1为本发明的一种金属板材自动调平方法的流程示意图。
图2为本发明的一种金属板材自动调平方法的单点压平路径的轨迹的第一实施例。
图3为本发明的一种金属板材自动调平方法的单点压平路径的轨迹的第二实施例。
图4为本发明的一种金属板材自动调平方法的单点压平路径的轨迹的第三实施例。
图5为本发明的一种金属板材自动调平方法的单点压平路径的轨迹的第四实施例。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1所示，本发明揭示了一种金属板材自动调平方法，在本实施例中，该方法包括步骤S1-S7：
S1、三维坐标点阵的生成，利用激光扫描待调平板材的表面，生成三维坐标点阵，包括X轴方向坐标点、Y轴方向坐标点以及Z轴方向坐标点；
S2、平面的拟合，结合测量出的三维坐标点阵，采用最小二乘法拟合出平面；由于最小二乘法拟合出平面的方法已经属于现有技术中的公知常识，因此本实施例中则不再对其进行详细的描述；
S3、平面度的计算，将拟合的平面与三维坐标点阵中的每个坐标点逐一比对，运算出每个坐标点与平面的垂直距离；垂直距离的最大值代表当前待调平板材表面的平面度；
本实施例中，平面度的计算主要包括以下的内容：
步骤一、在基准面上取3个点分别为P1(x1、y1、z1)，P2(x2、y2、z2)，P3 (x3、y3、z3)，利用三点成面的公式计算出平面AX+BY+CZ+D＝0作为基准面；
其中，步骤一中：
1、P1的x，y坐标由人工输入，其余点由输入的x，y移动量计算得出；
2、所有点的Z坐标由激光测距仪提供；
3、计算平面公式时，须计算出A，B，C，D；
A＝y1*z2-y1*z3-y2*z1+y2*z3+y3*z1-y3*z2；
B＝x1*z2+x1*z3+x2*z1-x2*z3-x3*z1+x3*z2；
C＝x1*y2-x1*y3-x2*y1+x2*y3+x3*y1-x3*y2；
D＝x1*y2*z3-x1*y3*z2-x2*y1*z3+x3*y1*z2+x2*y3*z1-x3*y2*z1；
步骤二、在计算面上取3个点分别是P4(x4、y4、z4)，P5(x5、y5、z5)，P6 (x6、y6、z6)，利用点到平面的距离公式分别求出D1，D2，D3，然后计算D1，D2， D3的平方差，通过平方差的大小来判断计算面与基准面之间的平行度。
其中，步骤二中：
1、计算点到面的距离公式是：
D＝abs(ax0+by0+cz0+d)/sqrt(a*a+b*b+c*c)；
2、计算平方差公式为：Avg＝(D1+D2+D3)/3；
Var＝((D1-Avg)^2+(D2-Avg)^2+(D3-Avg)^2)/3；
3、假设Par为设定的公差，则Par与Var之间的转换公式为：
Var＝(4*Par*Par)/9，其中Var即为设定的Var的上限(利用求极限法求出的)。
4、程序运行界面显示的测量值为Display＝Max(D1，D2，D3)-Min(D1，D2， D3)，理由为Display在Par之内才能算计算面的上下浮动的合理范围之内要是 Display大于Par，则肯定表示在Par之内。
S4、调平压力的计算，根据板材的特性，与平面的垂直距离综合计算后，得到每个坐标点需要调平时的压力；在本实施例中，板材的特征包括但不限于：厚度、材质、抗拉强度、屈服强度以及硬度。
本实施例中，步骤S4包括步骤S41-S43：
S41、结合板材的材质和尺寸，根据实验，得到板材的不形变最小压力和不过压最大压力的数据；
S42、将多次实验得到的数据加入数据库内；
S43、通过调用数据库中的数据，同时结合计算的平面度，确定坐标点与平面的垂直距离，得到每个坐标点需要调平时的压力。
S5、板材变形类型的分析计算，根据三维坐标点与平面的垂直距离的值，对超出设定的平面度的坐标打上标志，再根据打上标志的坐标点，分析计算板材的变形类型；
在本实施例中，板材的变形类型包括但不限于：横向拱形、纵向拱形、左上右下对角拱形以及右上左下对角拱形；并且，板材的变形类型分析过程如下：每个坐标点沿X方向提取多个Z方向最高点坐标后，将提取点的轴方向坐标点和Y轴方向坐标点拟合成一条直线，根据直线的角度判断板材的变形类型：
当直线与X方向比对时角度≤20度且≥-20度时，板材的变形类型为横向变形；
当直线与X方向比对时角度≥70度且<110度时，板材的变形类型为纵向拱形；
当直线与X方向比对时角度<70度且>20度时，板材的变形类型为左上右下对角拱形；
当直线与X方向比对时角度≤200度且≥110度时，板材的变形类型为右上左下对角拱形。
另外，步骤S5中，当板材的变形类型为横向变形，且变形量大于1mm时，在横向变形的起点、中点以及终点施加当前板材的最大压力，并再次进行测量；
当变形量小于1mm时，在横线变形的起点开始，每间隔压头直径的距离生成压平路径。
S6、板材的调平，根据板材的变形类型，生成单点压平路径，并在每个路径坐标点施加相应坐标点所需压平的压力，启动设备后进行压平工作。
进一步的，步骤S6中，根据板材的变形类型，生成单点压平路径的过程如下：
当板材的变形类型为横向变形时，压平路径为横向步进移动；如图2所示，其中阵列的圆圈代表坐标点，此时，压头的压平路径沿着虚线从左至右依次进行压平，并以行为单位，依次进行第一行至最后一行的压平操作；
当板材的变形类型为纵向拱形时，压平路径纵向步进移动；如图3所示，同样的，阵列的圆圈代表坐标点，压头的压平路径沿着竖向从上至下依次进行压平，并以列为单位，依次进行第一列至最后一列的压平；
当板材的变形类型为左上右下对角拱形时，压平路径左上右下对角步进移动；如图4所示，压头的压平路径沿虚线从左上角至右下角移动，以图4中的斜线为基础，对其余的坐标点进行压平，压平过程中的路径与斜线相平行；
当板材的变形类型为右上左下对角拱形时，压平路径右上左下对角步进移动；如图5所示，压头的压平路径沿虚线从左下角至右上角移动，以图5中的斜线为基础，对其余的坐便垫进行压平，压平过程中的路径与斜线相平行。
S7、压平工作完成后，重复步骤S1至步骤S6，得到测量值，将测量值与前一次压平工作的测量值进行比对，根据测量值的变化更新参数数据库。
另外，需要说明的是，在步骤S5中，当所有三维坐标点与平面的垂直距离在区间0-0.5mm内时，则结束。
本发明的此种金属板材自动调平方法，能够实现金属板材平整度的自动检测和调整，整个过程无需人工参与，实现了金属板材平整度的自动检测和调平，相比人工测量调平的方式，自动化程度高，减小了调平误差，并提高了调平的效率。可以针对不同材质、不同厚度、不同抗拉强度的金属板材进行整平，通过计算能够得到每个坐标点的压力，以及针对板材的变形类型设计出不同的压平路径，能够方便快速的实现板材的整平；整平速度快、效果好。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种金属板材自动调平方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
S1、三维坐标点阵的生成，利用激光扫描待调平板材的表面，生成三维坐标点阵，包括X轴方向坐标点、Y轴方向坐标点以及Z轴方向坐标点；
S2、平面的拟合，结合测量出的三维坐标点阵，采用最小二乘法拟合出平面；
S3、平面度的计算，将拟合的平面与三维坐标点阵中的每个坐标点逐一比对，运算出每个坐标点与平面的垂直距离；
S4、调平压力的计算，根据板材的特性，与平面的垂直距离综合计算后，得到每个坐标点需要调平时的压力；
S5、板材变形类型的分析计算，根据三维坐标点与平面的垂直距离的值，对超出设定的平面度的坐标打上标志，再根据打上标志的坐标点，分析计算板材的变形类型；
S6、板材的调平，根据板材的变形类型，生成单点压平路径，并在每个路径坐标点施加相应坐标点所需压平的压力，启动设备后进行压平工作。
2.根据权利要求1所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S4中，包括以下的步骤：
S41、结合板材的材质和尺寸，根据实验，得到板材的不形变最小压力和不过压最大压力的数据；
S42、将多次实验得到的数据加入数据库内；
S43、通过调用数据库中的数据，同时结合计算的平面度，确定坐标点与平面的垂直距离，得到每个坐标点需要调平时的压力。
3.根据权利要求1所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S5中，板材的变形类型包括但不限于：横向拱形、纵向拱形、左上右下对角拱形以及右上左下对角拱形。
4.根据权利要求3所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S5中，每个坐标点沿X方向提取多个Z方向最高点坐标后，将提取点的轴方向坐标点和Y轴方向坐标点拟合成一条直线，根据直线的角度判断板材的变形类型：
当直线与X方向比对时角度≤20度且≥-20度时，板材的变形类型为横向变形；
当直线与X方向比对时角度≥70度且<110度时，板材的变形类型为纵向拱形；
当直线与X方向比对时角度<70度且>20度时，板材的变形类型为左上右下对角拱形；
当直线与X方向比对时角度≤200度且≥110度时，板材的变形类型为右上左下对角拱形。
5.根据权利要求4所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S6中，根据板材的变形类型，生成单点压平路径的过程如下：
当板材的变形类型为横向变形时，压平路径为横向步进移动；
当板材的变形类型为纵向拱形时，压平路径纵向步进移动；
当板材的变形类型为左上右下对角拱形时，压平路径左上右下对角步进移动；
当板材的变形类型为右上左下对角拱形时，压平路径右上左下对角步进移动。
6.根据权利要求5所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S5中，当板材的变形类型为横向变形，且变形量大于1mm时，在横向变形的起点、中点以及终点施加当前板材的最大压力，并再次进行测量；
当变形量小于1mm时，在横线变形的起点开始，每间隔压头直径的距离生成压平路径。
7.根据权利要求1所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S3中，垂直距离的最大值代表当前待调平板材表面的平面度。
8.根据权利要求1所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S4中，板材的特征包括但不限于：厚度、材质、抗拉强度、屈服强度以及硬度。
9.根据权利要求1所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S6之后还具有以下的步骤：
S7、压平工作完成后，重复步骤S1至步骤S6，得到测量值，将测量值与前一次压平工作的测量值进行比对，根据测量值的变化更新参数数据库。
10.根据权利要求1所述的一种金属板材自动调平方法，其特征在于，步骤S5中，当所有三维坐标点与平面的垂直距离在区间0-0.5mm内时，则结束。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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