CN101288934B - 监控压装力和位移的伺服压装机 - Google Patents

Abstract

监控压装力和位移的伺服压装机，属于机械装配装置，现有技术存在压装结果需要另外的检测设备进行检测等缺陷，本发明的动力装置包括受嵌入式工控系统控制的伺服电机和与伺服电机传动配合的驱动件，驱动件与压装头通过螺纹配合；在压装头上安装有向嵌入式工控系统发送信号的压力传感器并连接有位移传感器，嵌入式工控系统上连接有显示器和控制键盘。本发明采用伺服电机作为源动力，配备压力传感器和位移传感器，以嵌入式工控系统为控制系统核心，具有压入速度稳定可调、压装力和压入位移控制精确方便、压装力-位移曲线实时显示、压装同时进行合格判定、合格判定方式科学多样等优点。

Description

监控压装力和位移的伺服压装机

技术领域

本发明涉及到一种机械装配装置，具体的说是一种监控压装力和位移的伺服压装机。 

技术背景 

传统的压装机采用电机、液压元件和气动元件作为驱动单元，采用可编程逻辑器件或其他低压电器构成控制电路，操作功能简单，并不具备检测能力。以电机作为驱动的压装机难以实现压力控制，压入位移通常采用机械定位实现，而机械定位通常对工件的加工尺寸要求较高，并且调节不够方便，费时费力；液压和气动压装机的压装力也只能通过调节液压油或压缩空气的压力进行间接控制，压入位移的控制基本上也是通过机械定位实现。液压压装机由于液压管路在长期使用以后会存在管路的泄漏问题，易对工作现场和工件造成污染。传统的压装机存在以下缺点：1、不具备压装力和压入位移的检测功能，压装结果需要另外的检测设备进行检测。2、不能检测压装力随压入位移改变的变化情况，不能对压入过程进行监控。3、采用机械定位，难以精确控制压入位移，调节困难。4、采用控制介质压力实现对压装力的粗放控制，难以实现精确控制。5、压入(返回)速度调节困难。 

随着我国现代化工业的发展，特别是汽车和电子等行业的发展，对于装配的精密程度要求越来越高，不仅要求保证压入位移，同时也要保证压装力以及监控压装过程，在压装的同时完成对压装过程和结果的检测；而且，对于设备的柔性要求提高，希望通过设备的设置参数的修改，实现多种型号同类型产品在同一台设备上的装配加工。嵌入式工控系统的出现，为满足这些新的要求提供了有效途径。嵌入式工控系统专门针对工业现场应用设计，其标准化的机械结构和电路设计使其具有良好的抗震性，可靠性、稳定性和使用寿命；而其较强的数学运算、逻辑处理能力为实现复杂的检测控制功能提供了可能，使应用其作为控制核心的设备具有智能判定能力。

伺服电机具有速度调节方便，定位精度高，控制响应迅速等优点，已广泛应用于各种精密加工和检测设备中，本发明应用其作为驱动能有效保证高定位精度，稳定的压装速度，结合压力传感器能形成对压装力的闭环控制。 

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术存在的压装结果需要另外的检测设备进行检测等缺陷，提供一种监控压装力和位移的伺服压装机。为此，本发明采用以下技术方案： 

监控压装力和位移的伺服压装机，包括机架、设于机架上的驱动装置和由驱动装置驱动而在机架上动作的压装头，其特征是所述的驱动装置包括受嵌入式工控系统控制的伺服电机和与伺服电机传动配合的驱动件，所述的驱动件与所述的压装头通过螺纹配合；在所述的压装头上安装有向所述嵌入式工控系统发送信号的压力传感器并连接有位移传感器，所述的嵌入式工控系统上连接有显示器和控制键盘；为了使所述的压装头结构更为合理，将其制成组装结构，即所述的压装头包括压头和位移件，压头装配在位移件上，位移件与所述的驱动件通过螺纹配合；为了使位移件能够按照合理的设计动作，所述的机架上设有导向结构，所述的位移件导向在所述的导向结构上。 

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征： 

压入过程中压力和位移信号被采集到嵌入式工控系统中，经过处理后在显示屏上绘制出压装力-位移曲线。 

压入动作有位移停止和荷重停止两种停止方式：位移停止指压入位移达到设定值后，压入动作停止；荷重停止指压入荷重达到设定值后，压入动作停止。 

压装合格有矩形判定或斜率判定两种判定方式：矩形判定指压装力-位移曲线完全通过设定矩形判定框且最后一点位于矩形判定框内，判定合格；斜率判定指压入力-位移曲线在设定的两条已知斜率的警戒线之间，判定合格。 

所述的驱动件与所述的压装头通过螺纹配合的方式，可以是在所述的驱动件上设置有外螺纹，所述的压装头上设置有内螺纹；也可以是在所述的驱动件上设置有内螺纹，所述的压装头上设置有外螺纹。 

为了简化结构，所述的驱动件呈杆状，并轴向定位在所述的机架上。 

所述的压力传感器位于压头的内端，利于感应压力且具有比较好的防护能力，避免受到损坏。 

所述的机架上设有导向结构，所述的位移件导向在所述的导向结构上可以通过两种方式实现：一是所述的导向结构为外套筒构件，所述的位移件为内套筒构件且位于所述的外套筒构件内，在内套筒构件和外套筒构件上设置有相互配合的防转结构。二是所述的导向结构为外套筒构件，所述的位移件为内套筒构件且位于所述的外套筒构件内，在内套筒构件上设置有防转结构。 

本发明将压装力信号和位移信号输入到所述嵌入式工控系统中，所述嵌入式工控系统中安装控制系统软件对输入压装力和位移信号进行平滑滤波，并按照设计的控制策略和合格判定方法进行检测控制，并将压装力-位移曲线实时显示于所述显示操作面板上；而且通过控制系统软件可以实现两种压装停止方式：一种是达到设定的压装力后停止，另外一种是达到设定的压入位移后停止；压装停止后，自动判定压装是否合格；压装合格判定也有两种方式，一种是在压装力-位移直角坐标系中设定一个或多个矩形判定框，当被实际压装过程中获得的压装力-位移曲线全部通过时，则判定压装合格，另外一种合格判定方式是在压装力-位移直角坐标系中设定两条斜率相同，截距不同的警戒线，当实际压装过程中获得的压装力-位移曲线在两条警戒线之间，则判定压装合格，这两种合格判定方式与传统的先压装后检测的压装合格判定方式相比较，更加科学，可以避免压装过程中由于工件的尺寸和形位误差造成的先紧后松或先松后紧等情况，提高压装质量。 

本发明采用伺服电机作为源动力，配备压力传感器和位移传感器，以嵌入式工控系统为控制系统核心，具有压入(返回)速度稳定可调、压装力和压入位移控制精确方便、压装力-位移曲线实时显示、压装同时进行合格判定、合格判定方式科学多样等优点。 

附图说明

图1：本发明的机械结构示意图。 

图2：本发明的测控信号流程框图。 

图3：本发明的两种合格判定方式，(a)图为矩形判定，(b)图为斜率判定。 

图中： 

1.机架，2.伺服电机，3.同步带，4.驱动件，5.位移传感器，6.滑杆，7.位移件，8.导向结构，9.螺母，10.压力传感器，11.压头，12.矩形判定框，13.压装力—位移曲线，14.斜率判定的警戒线，15.滑套构件，A.压装头，F.压装力，S.位移。 

具体实施方式

如图1所示的监控压装力和位移的伺服压装机，基本结构包括机架1、设于机架1上的驱动装置和由驱动装置驱动而在机架1上动作的压装头A：动力装置包括受嵌入式工控系统控制的伺服电机2和与伺服电机2传动配合的驱动件4，驱动件4与压装头A通过螺纹配合；在压装头A上安装有向嵌入式工控系统发送信号的压力传感器10并连接有位移传感器5，嵌入式工控系统上连接有显示器和控制键盘。 

更为具体的： 

压装头A包括压头11和位移件7，压头11装配在位移件7上，为了令位移件7与驱动件4通过螺纹配合，压装头A还包括一个连接在位移件7上的螺母9； 

驱动件4上设置有外螺纹，因此驱动件4制成螺杆状并由轴承轴向定位在机架1上，借此结构，当螺杆状的驱动件4在机架1上转动时，即可通过螺纹驱动压装头A沿驱动件的轴向移动；伺服电机2通过同步带3带动驱动件转动； 

压力传感器10位于压头11的内端，其一端固定在位移件7上，另外一端与压头11固定，位移传感器5固定端固定在机架1上，活动端与位移件7连接；基于这样的结构，当位移件A移动时，位移传感器5产生位移信号并传输给嵌入式工控系统，而当压头11将压力施加在工件上时，压力传感器10产生压装力信号并传输给嵌入式工控系统； 

机架1上设有导向结构8，位移件7导向在导向结构8上：导向结构8为外套筒构件，此时将位移件7制成内套筒构件且位于外套筒构件内，在内套筒构件上设置有防转结构，该防转结构包括与位移件固定在一起的滑套构件15和与滑套构件滑动配合的滑杆6，因此，当位移件7沿驱动件的轴向移动时，并不转动，以便将压力平稳的施加在工件上，同时，基于此结构，前 述的位移传感器的活动端固定在位移件上。 

前述结构仅仅是本发明的一个具体实施方式，用于说明本发明的技术方案但并不将本发明的技术方案限于这种具体的结构形式，前述结构的多处部分是可以等同替换的，如为了实现驱动件与压装头通过螺纹配合，还可以在驱动件上设置有内螺纹，在压装头上设置有外螺纹，同样可以达到相同的技术效果；而所述的防转结构，还可以直接设置在内套筒构件和外套筒构件上，如在内套筒构件和外套筒构件上分别设置导向槽和导向筋；即使如此，也并非是对本发明保护范围的限制，而最终确定本发明的保护范围的，依然以权利要求的内容为准。 

本发明的测控信号流程如图2所示，位移信号和压装力信号分别由位移传感器和压力传感器检测得到，输入到嵌入式工控系统的A/D通道，经过嵌入式工控系统处理后，将压装力和压入位移以数字和曲线形式显示在显示屏上；伺服电机的驱动信号(行进位移和速度)由嵌入式工控系统提供，伺服电机的实际行进位移和速度参数返回到嵌入式工控系统中经处理后显示在显示屏上；操作命令以及参数通过操作键盘输入。 

本发明采用的合格判定方式如图3所示，提供两种合格判定方式，分别是矩形判定和斜率判定：矩形判定方式下，压装力—位移曲线13通过所有的矩形判定框12，判定压装合格；斜率判定方式下，压装力—位移曲线13在斜率判定警戒线15内，判定压装合格。 

进行压装前，首先通过键盘设置好判定方式，进行矩形判定则设置好矩形判定框的位置，进行斜率判定则需要设置好警戒线的位置，另外还需要设置好压装的速度等参数。然后通过操作键盘启动压装过程，伺服电机按照设定速度转动，通过同步带带动驱动件转动，使压装头向下直线运动，同时嵌入式工控系统读取位移信号和压装力信号，并进行处理和判断，当达到设定的压装力或者压入位移后，压头迅速返回，同时系统自动判定压装是否合格，合格则开始下一个压装过程，不合格，则报警。

Claims (10)

1.监控压装力和位移的伺服压装机，包括机架(1)、设于机架(1)上的驱动装置和由驱动装置驱动而在机架上动作的压装头(A)，其特征是所述的驱动装置包括受嵌入式工控系统控制的伺服电机(2)和与伺服电机(2)传动配合的驱动件(4)，所述的驱动件(4)与所述的压装头(A)通过螺纹配合；在所述的压装头(A)上安装有向所述嵌入式工控系统发送信号的压力传感器(10)并连接有位移传感器(5)，所述的嵌入式工控系统上连接有显示器和控制键盘；所述的压装头(A)包括压头(11)和位移件(7)，压头(11)装配在位移件(7)上，位移件(7)与所述的驱动件(4)通过螺纹配合；所述的机架(1)上设有导向结构(8)，所述的导向结构(8)为外套筒构件，所述的位移件(7)为内套筒构件且位于所述的外套筒构件内。

2.根据权利要求1所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是所述的压力传感器(10)和位移传感器(5)在所述的压装头(A)压入过程中分别产生压力信号和位移信号，该压力信号和位移信号经过嵌入式工控系统处理后在显示器上绘制出压装力-位移曲线。

3.根据权利要求2所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是所述的嵌入式工控系统设置有位移停止设定值，所述的压装头(A)在压入过程中的位移达到该位移停止设定值时停止压入。

4.根据权利要求2所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是所述的嵌入式工控系统设置有压力停止设定值，所述的压装头(A)在压入过程中的压力达到该压力停止设定值时停止压入。

5.根据权利要求2、3或4所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是显示器上有矩形判定框，所述的压装力-位移曲线完全通过设定的矩形判定框且最后一点位于矩形判定框内，判定合格。

6.根据权利要求2、3或4所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是显示器上有两条设定斜率的警戒线，所述的压装力-位移曲线位于该两条设定斜率的警戒线之间，判定合格。

7.根据权利要求1所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是所述的驱动件(4)上设置有外螺纹，所述的压装头(A)上设置有内螺纹。

8.根据权利要求1或7所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特 征是所述的驱动件(4)呈杆状，并轴向定位在所述的机架(1)上。

9.根据权利要求1所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是所述的压力传感器(10)位于压头(11)的内端。

10.根据权利要求1所述的监控压装力和位移的伺服压装机，其特征是在所述的内套筒构件上设置有防转结构，该防转结构包括与所述的内套筒构件固定在一起的滑套构件(15)和与该滑套构件配合的滑杆(6)。 

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