一种棒材大弯曲变形快速测量方法与流程

本发明涉及一种棒材大弯曲变形快速测量方法，它属于棒材矫直检测技术领域。适用于管、轴等棒材零件矫直工艺过程中的弯曲测量，也适用于管、轴等棒材弯曲加工时的测量。

背景技术：

管、轴等棒材零件在生产过程中，比如轧后、锻后以及热处理等环节中，由于各种因素的影响，往往会出现较大的弯曲变形，产生形状缺陷，为了减少弯曲变形、提高材料利用率、所以必须对该类零件进行矫直。针对管、轴等零件主要采用压力矫直工艺，即三点弯曲矫直理论实现矫直。

压力矫直工艺在矫直过程中，必须对工件的弯曲变形情况进行检测，以确定支点和压点的位置，并确定压点行程。传统的检测方法，通常需要棒材旋转，打表检测各截面径向跳动，通过计算公式得出棒材的弯曲度，才能确定支点和压点的位置。由于安装位置、棒材弯曲等原因，这种方法检测位置有限，且检测出的并非是圆截面的径向变化，所以检测误差大、精度低、工作量大、效率低，无法提供更高的检测精度和控制精度，使得压力矫直精度低、质量稳定性差，制约了压力矫直工艺的发展。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有棒材弯曲度的检测方法存在着检测误差大、精度低、工作量大和效率低的技术问题，提供一种高精度棒材大弯曲变形快速测量方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种棒材大弯曲变形快速测量方法，其利用激光扫描设备获取弯曲棒材各截面轮廓数据，经过数据滤波去噪，进行椭圆拟合，得到各截面椭圆中心坐标，同时以理想轴线中心点为原点，建立棒材理想轴线，用极坐标处理各截面中心与理想轴线的差值，获取棒材在轴向上的偏离角度和偏离半径即弯曲挠度，实现棒材整个轴向的弯曲测量和分析。

进一步地，所述快速测量方法的具体步骤为：

1)将弯曲棒材安置于测量平台支座上，并处于激光扫描设备的测量范围内；

2)在激光扫描设备测量范围内，弯曲棒材与激光扫描设备做相对直线运动，获取被测棒材表面轮廓数据；

3)对棒材各截面轮廓数据进行数据预处理，进行滤波去噪，剔除异常值；减少表面质量缺陷及其他干扰的影响；

4)对预处理后的棒材各截面轮廓数据进行椭圆拟合；在各截面椭圆拟合后可得到各截面椭圆中心坐标(xi,yi,zi)；

5)以棒材两端的扫描轮廓拟合的椭圆中心建立基准轴线；理想基准轴线各点坐标为(x′i,y′i,z′i)；

6)利用极坐标离散化处理的方法计算棒材的弯曲：在极坐标下，以理想轴线中心点(x′i,y′i)为原点，计算各截面实际测量中心与该处理想轴线中心的偏离情况，即实测中心点与理想中心点的差值(xi-x′i,yi-y′i)，将其转化为极坐标(θi,ri)；所获极坐标(θi,ri)中，θi表示偏离角度，ri表示偏离半径(代表两点间的距离)，即被测棒材在该截面的弯曲偏离程度；

7)将被测棒材各扫描截面的坐标(θi,ri)沿棒材轴向绘制出来，将棒材轴向各截面偏离角度和偏离半径进行完整描绘，从而获得棒材在轴向上的偏离角度和偏离半径，完成棒材整个轴向的弯曲测量。

进一步地，所述步骤2)中弯曲棒材与激光扫描设备做相对直线运动，获取被测棒材表面轮廓数据的方法为：

a、单台激光扫描设备相对弯曲棒材运动做单次扫描，获取棒材局部轮廓数据；

b、或使单台激光扫描设备相对于棒材截面垂直方向和水平方向做两次轴向扫描，获取棒材的截面轮廓数据；

c、或利用两台甚至多台激光扫描设备呈不同角度布置，沿棒材轴向做一次扫描，获取棒材截面轮廓数据。

本发明的有益效果是：

现有测量方法采用圆拟合，主要针对小弯曲变形进行检测，即只有在测量截面基本垂直于棒材轴线情况下，误差才相对较小。而本发明允许被测棒材存在较大弯曲，激光扫描平面不需要垂直于棒材轴线，测量时其扫描截面为椭圆截面，如图2所示，其拟合更加准确。

本发明利用激光扫描设备快速获取棒材各截面轮廓数据；并对各截面的轮廓数据进行数据预处理，经过滤波去噪，剔除异常值；对预处理后的轮廓数据进行椭圆拟合，计算出该截面拟合椭圆中心坐标；然后，利用棒材两端的拟合椭圆中心建立基准轴线。最后，采用极坐标下离散化处理的方法，获取棒材轴向各截面的弯曲情况，从而直接获取棒材在整个长度方向上的偏离角度和偏离半径即弯曲挠度，从而快速的获取被矫直棒材的弯曲情况。解决了现有棒材弯曲度的检测方法存在着检测误差大、精度低、工作量大和效率低的技术问题。与背景技术相比，本发明具有能在矫直过程中快速、高效的实现高精度弯曲检测，同时还能分析棒材尺寸参数、表面质量，为棒材生产、加工提供依据等优点。

附图说明

图1是本发明利用激光轮廓仪扫描被测棒材工作原理图；

图2是本发明采用椭圆拟合的基本原理图；

图3是本发明在计算过程中得到离散的椭圆中心坐标数据和建立的理想基准轴线图；

图4是本发明利用极坐标表示轴向各位置的偏离角度和偏离半径(弯曲挠度)图；

图中：1-激光扫描设备，2-激光扫描截面，3-被测棒材。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本实施例中的一种棒材大弯曲变形快速测量方法，其利用激光扫描设备1获取弯曲棒材3各截面轮廓数据，经过数据滤波去噪，进行椭圆拟合，得到各截面椭圆中心坐标，同时以理想轴线中心点为原点，建立棒材理想轴线，用极坐标处理各截面中心与理想轴线的差值，获取棒材在轴向上的偏离角度和偏离半径即弯曲挠度，实现棒材整个轴向的弯曲测量和分析。

所述快速测量方法的具体步骤为：

1)将弯曲棒材3安置于测量平台支座上，并处于激光扫描设备1的测量范围内；

2)在激光扫描设备测量范围内，弯曲棒材与激光扫描设备做相对直线运动，获取被测棒材表面轮廓数据；

3)对棒材各截面轮廓数据进行数据预处理，进行滤波去噪，剔除异常值；

4)对预处理后的棒材各截面轮廓数据进行椭圆拟合；如可采用非线性最小二乘法进行椭圆拟合，计算出该截面的拟合椭圆，并得到该截面拟合椭圆的中心坐标等椭圆参数；

5)以棒材两端的扫描轮廓拟合的椭圆中心建立基准轴线；

6)利用极坐标计算棒材的弯曲：在极坐标下，以理想轴线中心点为原点，计算实际测量中心与理想轴线中心的偏离情况；所获极坐标(θi,ri)中，θi表示偏离角度，ri表示偏离半径(两点间的距离)，从而反映被测棒材在该截面的弯曲偏离程度；

7)将被测棒材各扫描截面的坐标(θi,ri)沿棒材轴向绘制出来，将棒材轴向各截面偏离角度和偏离半径进行完整描绘，从而获得棒材在轴向上的偏离角度和偏离半径，完成棒材整个轴向的弯曲测量。

所述步骤2)中弯曲棒材与激光扫描设备做相对直线运动，获取被测棒材表面轮廓数据的方法为：

a、单台激光扫描设备相对弯曲棒材运动做单次扫描，获取棒材局部轮廓数据；

b、或使单台激光扫描设备相对于棒材截面垂直方向和水平方向做两次轴向扫描，获取棒材的截面轮廓数据；

c、或利用两台甚至多台激光扫描设备呈不同角度布置，沿棒材轴向做一次扫描，获取棒材截面轮廓数据。