本发明属于工件矫直领域，具体涉及一种长管类组件矫直装置及矫直方法。
背景技术：
专用设备长管类组件是专用设备的重要组件，其直线度直接影响专用设备的性能。因此，有必要对专用设备长管类组件进行矫直。专用设备长管类组件是由两个直径不同的空心薄壁圆管嵌套而成，其中直径较小的圆管在加工过程中易受外力而发生弯折，进而影响整个专用设备长管类组件的直线度。专用设备长管类组件的材料主要为不锈钢，生产加工工艺会使其弹性模量不完全一致，在一定范围内存在一定的变化量，最终影响长管类组件的刚性。
现有专用设备长管类组件采用人工方式，利用机械设备进行手动矫直。矫直力大小及矫直时间完全由操作人员的经验决定，且无法检测矫直力的大小，也缺少通过计算获取矫直力的大小的有效方法。
技术实现要素：
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种长管类组件矫直装置及矫直方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种长管类组件矫直装置，包括执行机构和主控机构；所述执行机构包括压紧固定长管类组件的压紧气缸，对长管类组件端部执行下压的电动执行器，电动执行器输出端设置压力传感器，所述主控机构与电动执行器之间通过数字量io端口进行通讯，其与压力传感器通过串口通讯；所述主控机构与压紧气缸之间通过电磁气动阀连接。
在上述技术方案中，还包括对气缸压紧机构提供支撑的支架平台。
在上述技术方案中，所述主控机构为plc控制器。
在上述技术方案中，所述电动执行器输出端垂直于管类组件的轴线设置。
在上述技术方案中，所述电磁气动阀与主控机构之间通过数字量io端口进行通讯。
一种长管类组件的矫直方法，包括以下步骤：
（ⅰ）长管类组件及执行机构准备到位
在主控机构控制下，压紧长管类组件，电动执行器准备到位；
（ⅱ）通过矫直力算法获取理论矫直力
（ⅰ）模量检测法获取模量参数值
电动执行器执行下压操作，直至根据压力传感器检测的数据，判断出电动执行器接触长管类组件表面时，电动执行器下压固定量，并延时检测当前矫直力值，进而获得模量参数值e；
（ⅱ）分段下压增益法获得理论矫直力
根据模量参数e、最大端跳值h和进入同一区间的次数n，计算理论矫直力f；
（ⅲ）矫直力逼近法使实时矫直力等于理论矫直力
电动执行器持续下压，并根据实时矫直力值与理论矫直力f的差值动态调节电动执行器的步长和下压速度，使实时矫直力值快速逼近理论矫直力f；
（ⅲ）矫直完成
当实时矫直力值等于理论矫直力值时，保持下压状态，保持一段时间后，完成矫直。
在上述技术方案中，所述电动执行器执行下压操作过程中，在其接触长管类组件前，其下压动作的步长和下压速度会随着接近长管类组件而逐渐减小。
在上述技术方案中，所述模量参数值e等于检测当前矫直力值除以固定下压量。
在上述技术方案中，所述理论矫直力f=ky*[fx (n-1)*δf]，
其中：f表示理论矫直力，ky表示矫直力系数，fx表示基础矫直力，n表示该组件最大端跳值h第几次连续进入同一段取值范围，δf表示压力增量。
在上述技术方案中，所述基础矫直力fx根据长管类组件的最大端跳值h的取值范围决定；所述矫直力系数ky根据长管类组件的模量参数e的取值范围决定。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种以应用于专用设备长管类组件直线度调整的矫直装置及矫直力算法，针对专用设备长管类组件的结构和材料特点，进行长直管类组件矫直力的计算，采用气动压紧机构夹紧管类组件，利用电动执行器对其端部进行下压矫直；实现根据专用设备长管类组件的端部最大端跳值和调整次数，自动进行矫直力估算和矫直力增益，最后动态调整电动执行器参数，逼近矫直力，完成专用设备长管类组件的矫直。根据试验和现场应用情况，该矫直装置和矫直力算法可以满足专用设备长管类组件直线度调整的各项需求。
附图说明
图1是本发明长管类组件矫直装置的结构示意图；
图2是本发明长管类组件矫直装置中主控机构与各部件的通讯连接示意图；
图3是本发明实施例2中长管类组件矫直过程的流程图。
其中：
1压紧气缸2支架平台
3电动执行器4压力传感器
5电磁气动阀6主控机构
7长管类组件。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明长管类组件矫直装置及矫直力算法的技术方案。
实施例1
如图1所示，一种长管类组件矫直装置，包括执行机构和主控机构6；所述执行机构包括压紧固定长管类组件7的压紧气缸1，对长管类组件7端部执行下压的电动执行器3，电动执行器3输出端设置压力传感器4，压紧气缸1下方设置提供支撑的支架平台2；
所述主控机构6与电动执行器3之间通过数字量io端口进行通讯，利用脉冲控制电动执行器3的下压量和下压速度，利用数字量io控制电动执行器3的启停复位，并接收来自电动执行器3的复位信号和行程到位信号。
所述主控机构6与压力传感器4通过串口通讯，其通过主控芯片上的ad通道实时采集来自压力传感器4的电压信号，计算得到电动执行器3对长管类组件7的实时矫直力。
所述主控机构6与压紧气缸1之间通过电磁气动阀5连接，电磁气动阀5与主控机构6之间通过数字量io端口进行通讯。主控机构6通过数字量io端口控制电磁气动阀5的开闭，从而控制压紧气缸1对长管类组件7进行压紧动作。
所述主控机构6作为控制核心，除了负责控制其他几个部分，还负责专用设备长管类组件的模量检测算法、分段下压增益算法和下压逼近算法的实现。
所述主控机构6为plc控制器。
所述电动执行器3输出端轴线垂直于管类组件7的轴线。
本发明装置的的工作原理：
本申请矫直装置是在长管类组件端部一点进行矫直，通过主控机构控制气缸压紧长管类组件，再通过电动执行器在一点下压对长管类组件的直线度进行调整，同时通过压力传感器实时反馈矫直力。
实施例2
以实施例1为基础，一种长管类组件矫直方法，包括以下步骤：
（ⅰ）长管类组件及执行机构准备到位
首先开机上电，主控机构控制系统初始化，电动执行器执行复位动作，在主控机构控制下，电磁气动阀打开，进而压紧气缸发生动作压紧长管类组件；
（ⅱ）通过矫直力算法获取理论矫直力
（ⅰ）模量检测法获取模量参数值
电动执行器下压，其下压动作的步长和下压速度会随着接近长管类组件而越来越小，以使得判定接触长管类组件时，不会产生较大的矫直力。在电动执行器下压的过程中，压力传感器持续检测矫直力大小，当矫直力小于等于0.1n时，继续持续检测；当矫直力大于0.1n时，判断电动执行器接触长管类组件表面；接触长管类组件后，电动执行器下压固定量，然后延时检测当前矫直力值，并利用此矫直力值除以固定下压量，得到模量参数值e；
（ⅱ）分段下压增益法获得理论矫直力
根据模量参数e、最大端跳值h和进入同一区间的次数n，计算理论矫直力f；
具体为：首先根据表1和表2的取值范围，确定基础矫直力fx和矫直力系数ky，然后利用公式1-1，计算得到理论矫直力f=ky*[fx (n-1)*δf]，
其中，f表示矫直力，ky表示矫直力系数，由长管类组件的模量参数e的取值范围决定，fx表示基础矫直力，由长管类组件的最大端跳值h的取值范围决定，n表示该组件最大端跳值h第几次连续进入同一段取值范围，δf表示压力增量。
表1最大端跳值h和基础矫直力fx对应关系表
表2模量参数e和矫直力系数fy对应关系表
分段下压增益法可以自动适应不同刚性（表征材料弹性模量）的长管类组件，且由于设置了矫直力增量，可以更好的适应不同长管类组件的矫直；表1和表2中的具体数据值根据实际长管类组件的材料弹性模量确定。最大端跳值h取值范围和模量参数e取值范围由大量实际试验和经验得到。
（ⅲ）矫直力逼近法使实时矫直力等于理论矫直力
电动执行器持续下压，并根据实时矫直力值与理论矫直力f的差值动态调节电动执行器的步长和下压速度，使实时矫直力值快速逼近理论矫直力f；
（ⅲ）矫直完成
当实时矫直力值等于理论矫直力值时，保持下压状态，保持一段时间后，电动执行器复位，电磁气动阀动作，压紧气缸发生动作松开长管类组件，完成矫直。
本发明矫直所采用的的最终矫直力通过模量检测法、分段下压增益法和矫直力逼近法三步计算调整后获得。模量检测法是在进行电动执行器与长管类组件的接触判定后，通过检测固定下压量时的矫直力大小，来近似计算长管类组件模量参数的一种方法。分段下压增算法是一种根据长管类组件的结构和材料属性，对其矫直力进行估算的一种方法，最终理论矫直力由基础矫直力和增益矫直力两部分组成。该分段下压增益算法可以自动适应不同刚性（表征材料弹性模量）的长管类组件，且由于设置了矫直力增量，可以更好的适应不同长管类组件的矫直。矫直力逼近算法是一种根据现有矫直力到最终矫直力的差距，动态调整电动执行器矫直步长和下压速度，不断逼近最终值的一种方法。
本实施例的具体矫直流程如图3所示，包括
（ⅰ）首先开机上电，则主控机构控制系统初始化，电动执行器执行复位动作。s1
（ⅱ）主控机构控制电磁气动阀打开，压紧气缸发生动作压紧专用设备长管类组件。s2
（ⅲ）电动执行器下压，其下压动作的步长和下压速度会随着接近长管类组件而越来越小，以使得判定接触长管类组件时，不会产生较大的矫直力。s3
（ⅳ）在电动执行器下压的过程中，压力传感器持续检测矫直力大小，当矫直力小于等于0.1n时，继续持续检测。s4
（ⅴ）当矫直力大于0.1n时，接触专用设备长管类组件表面。s5
（ⅵ）接触长管类组件后，电动执行器下压固定量1000um，然后延时检测当前矫直力值，并利用此矫直力值除以1000um固定下压量，得到模量参数值e。s6
（ⅶ）根据模量参数e、最大端跳值h和进入同一区间的次数n，计算矫直力f。则根据表1和表2的取值范围，确定基础矫直力fx和矫直力系数ky，然后利用公式1-1，得到矫直力f。s7
（ⅷ）电动执行器持续下压，并根据实时矫直力值与矫直力f的差值动态调节矫直步长和下压速度，使实时矫直力值快速逼近矫直力f。s8
（ⅸ）当实时矫直力值等于矫直力f时，保持下压状态。s9
（ⅹ）保持一段时间后，电动执行器复位，电磁气动阀动作，气缸发生动作松开长管类组件。s10
本发明矫直力算法的计算原理：
专用设备长管类组件的结构相似，均为长直薄壁空心嵌套圆管，其上开孔和凸台位置相同，其材料均为不锈钢材质，但由于加工处理过程中，其直线度和弹性模量存在个体差异，因此实际所材料的矫直力必须根据个体差异进行调整。本申请采用长管类组件的最大端跳值表征不同组件间的结构差异；采用模量检测算法得到的模量参数，来表征不同组件间的材料差异。利用长管类组件的结构和材料属性，结合现场试验结果，估算得到基础矫直力，再根据进入同一区间的次数，自动对基础矫直力进行增益，得到最终的理论矫直力。最后根据实时矫直力到最终矫直力的差距，动态调整电动执行器矫直步长和下压速度，不断逼近最终值。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于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，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
1.一种长管类组件矫直装置，其特征在于：包括执行机构和主控机构（6）；所述执行机构包括压紧固定长管类组件（7）的压紧气缸（1），对长管类组件（7）端部执行下压的电动执行器（3），电动执行器（3）输出端设置压力传感器（4），所述主控机构（6）分别与电动执行器（3）、压力传感器（4）之间进行通讯，其与压紧气缸（1）之间通过电磁气动阀（5）连接。
2.根据权利要求1所述的长管类组件矫直装置，其特征在于：还包括提供支撑的支架平台（2）。
3.根据权利要求1所述的长管类组件矫直装置，其特征在于：所述主控机构为plc控制器。
4.根据权利要求1所述的长管类组件矫直装置，其特征在于：所述电动执行器（3）输出端垂直于管类组件（7）的轴线设置。
5.根据权利要求1所述的长管类组件矫直装置，其特征在于：所述主控机构（7）与电动执行器（3）、电磁气动阀（5）之间通过数字量io端口进行通讯，其与压力传感器（4）通过串口通讯。
6.应用于权利要求1~5之一所述的长管类组件矫直装置的矫直方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）长管类组件及执行机构准备到位
在主控机构控制下，压紧长管类组件，电动执行器准备到位；
（ⅱ）通过矫直力算法获取理论矫直力
（ⅰ）模量检测法获取模量参数值
电动执行器执行下压操作，直至根据压力传感器检测的数据，判断出电动执行器接触长管类组件表面时，电动执行器下压固定量，并延时检测当前矫直力值，进而获得模量参数值e；
（ⅱ）分段下压增益法获得理论矫直力
根据模量参数e、最大端跳值h和进入同一区间的次数n，计算理论矫直力f；
（ⅲ）矫直力逼近法使实时矫直力等于理论矫直力
电动执行器持续下压，并根据实时矫直力值与理论矫直力f的差值动态调节电动执行器的步长和下压速度，使实时矫直力值快速逼近理论矫直力f；
（ⅲ）矫直完成
当实时矫直力值等于理论矫直力值时，保持下压状态，保持一段时间后，完成矫直。
7.根据权利要求6所述的长管类组件矫直方法，其特征在于：所述电动执行器（3）执行下压操作过程中，在其接触长管类组件（7）前，其下压动作的步长和下压速度会随着接近长管类组件而逐渐减小。
8.根据权利要求6所述的长管类组件矫直方法，其特征在于：所述模量参数值e等于检测当前矫直力值除以固定下压量。
9.根据权利要求6所述的长管类组件矫直方法，其特征在于：所述理论矫直力f=ky*[fx (n-1)*δf]，
其中：f表示理论矫直力，ky表示矫直力系数，fx表示基础矫直力，n表示该组件最大端跳值h第几次连续进入同一段取值范围，δf表示压力增量。
10.根据权利要求9所述的长管类组件矫直方法，其特征在于：所述基础矫直力fx根据长管类组件的最大端跳值h的取值范围决定；所述矫直力系数ky根据长管类组件的模量参数e的取值范围决定。
技术总结