一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，涉及金属加工领域，包括以下步骤：对实验数据进行最小二乘平滑滤波；将滤波后实验数据进行标准归一化处理；通过窗口向量法提取标准归一化值的向量转角数据；对向量转角数据进行最小二乘平滑滤波获得转角滤波值；提取转角滤波值的峰值特征点；过滤邻近的峰值特征点；基于峰值特征点进行数据分段；基于各段数据进行弹性模量识别。本发明专利技术以多次加载卸载弯曲工艺力行程曲线为例，验证了弹性模量在线确定的实用性，在实际生产工艺中，可以利用这种方法来高效的识别曲线的特征点，节省大量的时间和资源成本，提高产品的生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法
本专利技术涉及金属加工领域，尤其是一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法。
技术介绍
随着德国工业4.0的提出，智能化时代的到来已经成为全球的共识。掌握被控对象的信息是生产线上智能控制的前提，被控对象的信息是被控对象数据的高度抽象。在高强度材料的弯曲成形工艺中，弹性模量会随着塑性变形发生变化，如果可以自动确定板材在加工过程中弹性模量的变化，那么就可以减小甚至消除弹性模量变化导致的产品回弹后一致性差问题出现的可能。一般的弹性模量测定均采用线下标定的方式进行，在获取材料的单向拉伸实验数据基础上，由人工来多次提取计算弹性模量相应的变化值，过程繁琐且精度较低，提取结果不稳定。其次，智能加工要求做嵌入式程序，人工的干预对实现智能化加工不利。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，通过稳定、精确的识别过程来确定曲线变化的弹性模量，避免弹性模量变化导致的产品回弹后一致性差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，包括以下步骤：步骤1：对实验数据进行最小二乘平滑滤波；步骤2：将滤波后实验数据进行标准归一化处理；步骤3：通过窗口向量法提取标准归一化值的向量转角数据；步骤4：对向量转角数据进行最小二乘平滑滤波获得转角滤波值；步骤5：提取转角滤波值的峰值特征点；步骤6：过滤邻近的峰值特征点；步骤7：基于峰值特征点进行数据分段；步骤8：基于各段数据进行弹性模量识别。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤1中，在加工得到多组实验数据后，选择滤波窗口为nF＝2mF+1，采用k-1次多项式对窗口内的实验数据点进行拟合其中，j＝i-mF,i-mF+1,...,i+mF，此处，i为实验数据的索引，i＝mF+1,mF+2,...,s，s为实验数据的总组数，为实验载荷拟合值；代入窗口内nF组数据，得到nF个方程，构成k-1次线性方程组；为保证线性方程组有解，一般有nF≥k；如下，其中，为残差；上式用矩阵表示为YF＝XFAF+EF(3)求得AF的最小二乘解为其中，为XF的转置矩阵；故J的滤波值为第i个点的滤波后值为将其作为新载荷值窗口步进值为1，求解下一个窗口，直到所有点的滤波值全部求解完成。本专利技术技术方案的进一步改进在于：在步骤2中，其中，第i组滤波数据为为Fi滤波后的值，为滤波后最大值，为滤波后最小值，hmax为hi滤波后最大值，hmin为hi滤波后最小值，为hi滤波后的归一化值，Finorm为滤波后的归一化值。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤3中，选择窗口宽度为nR＝2mR+1或对于窗口中心点第i个点的窗口内前mR+1组标准化后的力行程数据其中，j＝i-mR,i-mR+1,...,i；利用最小二乘法拟合一条直线，直线方程为F＝C1h+D1(9)其中，F为载荷，h为行程，C1为拟合直线的斜率，D1为拟合直线的截距；对第i个点的窗口内后mR+1组标准化后的力行程数据其中，j＝i，...,i+mR-1,i+mR；利用最小二乘法拟合一条直线，直线方程为F＝C2h+D2(10)其中，C2为拟合直线的斜率，D2为拟合直线的截距；将第i-mR个点的行程代入直线方程(9)，求得一个拟合载荷值获得点将第i+mR个点的行程代入直线方程(10)，求得一个拟合载荷值获得点结合窗口中心点求得向量两向量的转角αo计算公式为将计算得到的转角值αo作为此时窗口中心点行程对应的转角值；设置窗口步进值为1，求解下一个窗口，直到所有的转角值全部求解完成。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤4中，向量转角数据的滤波窗口的宽度为nα＝2mα+1，采用k-1次多项式对窗口内的数据点进行拟合：其中，此处，i为向量转角数据的索引,i＝mα+1,mα+2,...,t,t为向量转角数据的总组数；为转角拟合值；代入窗口内nα组数据，得到nα个方程，构成k-1次线性方程组，为保证线性方程组有解，一般有nα≥k；如下，其中，为残差；上式用矩阵表示为Yα＝XαAα+Eα(15)求得Aα的最小二乘解为其中，为Xα的转置矩阵；故J的滤波值为第i个点的转角滤波值为窗口步进值为1，求解下一个窗口，直到所有点的转角滤波值全部求解完成。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤5中，设某个行程hi处的滤波后向量转角为利用下列条件提取特征点其中，i＝2,3,...,l；即共有l组滤波后的行程角度数据；当满足上式条件时，将此处的行程及其角度值保存；最终获得的峰值点为βij，其中，i＝1,2,...,q、j＝1,2，q为获得峰值点的组数；当j＝1时，这个二维数组存储转角峰值点的角度值，当j＝2时，存储其中转角峰值点对应的索引值。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤6中，在已提取的峰值点集合中，利用窗口和角度变化的阈值过滤相近的点；当相邻峰值点的角度值变化小于20％时，合并峰值点；如果相邻峰值点角度值之差超过20％，则判断两者的点序之差是否小于mα，如果小于，则合并峰值点，公式如下首先将β1,j(j＝1,2)，即第一组峰值点的转角值和其索引存储到γ1,j(j＝1,2)，然后判断其后一组转角值及其索引是否满足保存条件，如果满足，则保存到γij，如果不满足，则不保存；步进值为1，判断第二个点，过程相同，直到所有点均判断完成；最终，获得c组峰值点；经此过滤后的特征点即为要获得的特征点。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤7中，根据峰值点的筛选结果，在多次弯曲凸模加载卸载过程中，共有c组峰值点；根据加工过程中所得到的曲线形态特征，通过其转角确定：在一次弯曲凸模加载卸载过程中，第一个峰值点为弯曲过程材料的屈服点，第二个峰值点为凸模卸载起始点，第三个峰值点为凸模卸载终止点；根据上述特征，对弯曲加工数据进行分段处理，将各卸载数据段重新保存。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤8中，在将弹性加载段和各卸载段数据提取后，分别对每段的弹性模量进行重新确定；将弹性模量以指数形式描述为全量应变的函数，如下式Eu＝E0-(E0-Ea)[1-exp(-ξε)](20)其中，E0为材料默认弹性模量，Eu为材料实时弹性模量，Ea为饱和弹性模量，ξ为材料参数，ε为板材发生的应变；将V形弯曲简化成平面应变模型，以板材长度方向为x方向，以板厚方向为y方向，板材中央处为坐标原点；在横坐标x处，在凸模载荷产生的弯矩M作用下，回弹曲率与弯矩的关系如下其中，为弯矩M卸载后任意一点x处曲率半径；t为板材厚度，b为板材宽度；回弹后曲率的变化量进一步表达为：...

【技术保护点】
1.一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：对实验数据进行最小二乘平滑滤波；/n步骤2：将滤波后实验数据进行标准归一化处理；/n步骤3：通过窗口向量法提取标准归一化值的向量转角数据；/n步骤4：对向量转角数据进行最小二乘平滑滤波获得转角滤波值；/n步骤5：提取转角滤波值的峰值特征点；/n步骤6：过滤邻近的峰值特征点；/n步骤7：基于峰值特征点进行数据分段；/n步骤8：基于各段数据进行弹性模量识别。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对实验数据进行最小二乘平滑滤波；
步骤2：将滤波后实验数据进行标准归一化处理；
步骤3：通过窗口向量法提取标准归一化值的向量转角数据；
步骤4：对向量转角数据进行最小二乘平滑滤波获得转角滤波值；
步骤5：提取转角滤波值的峰值特征点；
步骤6：过滤邻近的峰值特征点；
步骤7：基于峰值特征点进行数据分段；
步骤8：基于各段数据进行弹性模量识别。


2.根据权利要求1所述一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，特征在于：步骤1中，在加工得到多组实验数据后，选择滤波窗口为nF＝2mF+1，采用k-1次多项式对窗口内的实验数据点进行拟合



其中，j＝i-mF,i-mF+1,...,i+mF，此处，i为实验数据的索引，i＝mF+1,mF+2,...,s，s为实验数据的总组数，为实验载荷拟合值；代入窗口内nF组数据，得到nF个方程，构成k-1次线性方程组；为保证线性方程组有解，一般有nF≥k；如下，



其中，为残差；上式用矩阵表示为
YF＝XFAF+EF(3)
求得AF的最小二乘解为



其中，为XF的转置矩阵；故J的滤波值为



第i个点的滤波后值为将其作为新载荷值窗口步进值为1，求解下一个窗口，直到所有点的滤波值全部求解完成。


3.根据权利要求1所述一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，其特征在于：在步骤2中，






其中，第i组滤波数据为为Fi滤波后的值，为滤波后最大值，为滤波后最小值，hmax为hi滤波后最大值，hmin为hi滤波后最小值，为hi滤波后的归一化值，为滤波后的归一化值。


4.根据权利要求1所述一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，其特征在于：步骤3中，选择窗口宽度为nR＝2mR+1或对于窗口中心点第i个点的窗口内前mR+1组标准化后的力行程数据其中，j＝i-mR,i-mR+1,...,i；利用最小二乘法拟合一条直线，直线方程为
F＝C1h+D1(9)
其中，F为载荷，h为行程，C1为拟合直线的斜率，D1为拟合直线的截距；
对第i个点的窗口内后mR+1组标准化后的力行程数据其中，j＝i，...,i+mR-1,i+mR；利用最小二乘法拟合一条直线，直线方程为
F＝C2h+D2(10)
其中，C2为拟合直线的斜率，D2为拟合直线的截距；
将第i-mR个点的行程代入直线方程(9)，求得一个拟合载荷值获得点将第i+mR个点的行程代入直线方程(10)，求得一个拟合载荷值获得点结合窗口中心点求得向量



两向量的转角αo计算公式为



将计算得到的转角值αo作为此时窗口中心点行程对应的转角值；设置窗口步进值为1，求解下一个窗口，直到所有的转角值全部求解完成。


5.根据权利要求1所述一种基于弯曲工艺的变模量模型参数的自动标定方法，其特征在于：步骤4中，向量转角数据的滤波窗口的宽度为nα＝2mα+1，采用k-1次多项式对窗口内的数据点进行拟合：



其中，此处，i为向量转角数据的索引,i＝mα+1,mα+2,...,t,t为向量转角数据的总组数；为转角拟合值；代入窗口内nα组数据，得到nα个方程，构成k-1次线性方程组，为保证线性方程组有解，一般有nα≥k；如下，



其中，为残差；上式用矩阵表示为
Yα＝XαAα+Eα(15)
求得Aα的最小二乘解为



其中，为Xα的转置矩阵；故J的滤波值为



第i个点的转角滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：段永川，田乐，乔海棣，官英平，杨柳，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13