CN106843175A - 一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统 - Google Patents

一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统，包括：用以采集数据的位移传感器和力传感器；与位移传感器和力传感器连接的高性能嵌入式处理器；主控机；与主控机连接的人机界面、现场总线接口、数据存储单元。本发明可高速同步采集压装过程中的拉力/压力信号和位移量信号，并拉力/压力信号和位移量信号快速响应，通过高速的闭环控制伺服电缸，实现定位、定压及限压定位等模式的精准压装；同时可监测分析拉力/压力信号、位移量信号以及两者的关系曲线图，按照预先设定的约束条件，实时检查和评估过程中产品的质量及品质，可在线检出不良品，最大实现压装的精益化。

Description

一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统
技术领域
本发明涉及压装设备领域，具体来说涉及一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统。
背景技术
压装是工业化制造中的主要工艺之一，广泛应用于汽车、电子、医疗器械、电机、家电、包装等各个行业的各种压入、装配、铆合等，例如马达组装，轴心、轴承压入，变压器成型等。高精准自动化的压装的方法和设备是提高工业自动化程度、制造能力，提高制程准确性，生产高可靠性产品的重要内容。
目前压装设备通常是采用非标设备定制的方式生产，通常采用PLC(可编程逻辑控制器)来控制设备，但由于受PLC扫描周期、模拟信号采样频率等所限，难以实现高精准的全闭环控制，而且在低于1k采样频率的情况下，无法监测压装过程中力-位移曲线的细微变化。因此，一般情况下，非标压装设备，或者采用开环粗狂式的控制方式，或者采用半闭环方法，难以实现精准压装的控制和监测。由于缺少有效的监测方法，难以通过工艺的过程监测来判别不良品和确保产品品质，不得不在次工序后增加抽检或全检工序来做事后的检测、管控，但事后的检测多数情况下仅仅是表观指标的检测，即使是全检也只能检测出部分的不良品，既浪费大量的人力物力，也难以确保全部产品的品质。
因而设计一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统十分必要。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统，可高速同步采集压装过程中的拉力/压力(Y信号)和位移量(X信号)，并对X信号和Y信号快速响应，通过高速的闭环控制伺服电缸，实现定位、定压及限压定位等模式的精准压装；同时可监测分析Y信号、X信号以及Y-X曲线，按照预先设定的约束条件，实时检查和评估过程中产品的质量及品质，可在线检出不良品，最大实现压装的精益化。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，包括：
用以采集数据的位移传感器和力传感器；通过位移传感器和力传感器采集压装过程中的位移量信号和拉力/压力信号；
与位移传感器和力传感器连接的高性能嵌入式处理器，高性能嵌入式处理器根据主控机指令，控制位移传感器和力传感器的采样频率、启动和停止操作，并把采集的数据传输到主控机；高性能嵌入式处理器通过闭环方式控制伺服电缸，实现定位、定压及限压定位模式的精准压装；
主控机；主控机控制所述高性能嵌入式处理器；主控机监测分析拉力/压力信号、位移量信号以及两者的关系曲线图，按照预先设定的约束条件，实时检查和评估过程中产品的质量及品质，在线检出不良品；
与主控机连接的人机界面、现场总线接口、数据存储单元。
本发明所述的力传感器和位移传感器能够采集但不仅限于以下传感器信号中的一种：μV，mV级的微弱电压信号，V级的模拟信号，电流信号。
本发明所述设备中可以使用但不限于以下力传感器：应变片式的拉力、压力及拉压力传感器，压电晶体传感器。
本发明所述设备中可以使用但不限于以下位移传感器：电阻式，光栅式，磁栅式位移传感器，磁致伸缩位移传感器等。
优选的，所述力传感器与仪表放大器连接，用以放大力传感器的输入信号；仪表放大器与模数转换器连接，将数据信号转换为数字信号；模数转换器与所述高性能嵌入式处理器连接；位移传感器输入差分式脉冲信号，位移传感器与高性能嵌入式处理器直接连接。
优选的，位移传感器和力传感器的采样频率范围为400Hz～500kHz。
优选的，嵌入式控制器控制8～32路并行输入端口，8～32路并行输出端口，1～4路RS232/R485/RS422接口，1～4路USB接口，1～2路CAN总线，1～2路工业以太网。
优选的，所述主控机通过USB与嵌入式控制器通讯，通过Profibus-DP或工业以太网等总线与上位机或服务器通讯，传输数据。
优选的，所述主控机包括中央控制器CPU、内存、存储设备。
优选的，所述主控机采用32位或64位处理器，双核以上，主频不低于400MHz。
优选的，所述主控机中采用机械硬盘、固态硬盘、SD卡、U盘、NAND FLASH或NORFLASH存储芯片中的一个或多个作为存储设备，容量不少于1Gb。
优选的，人机界面包括输入设备和输出设备。
优选的，人机界面中的输入设备可以是鼠标、或键盘、或电阻触摸屏或电容触摸屏；人机界面中的输出设备采用液晶显示屏。
本发明可高速同步采集压装过程中的拉力/压力信号和位移量信号，并拉力/压力信号和位移量信号快速响应，通过高速的闭环控制伺服电缸，实现定位、定压及限压定位等模式的精准压装；同时可监测分析拉力/压力信号、位移量信号以及两者的关系曲线图，按照预先设定的约束条件，实时检查和评估过程中产品的质量及品质，可在线检出不良品，最大实现压装的精益化。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
参见图1，设备主要包括力传感器10、位移传感器9、高速模数转换器11、伺服电缸系统8、高性能嵌入式处理器6、并行输出输入接口5、通讯接口7、主控机3、人机界面1、数据存储2、现场总线4等单元。
主控机3的系统采用ARM A9构架的IMX6Q处理器，核心板上主要包括中央处理器IMX6Q，4G Flash，2G RAM，系统通过SATA接口挂载120G SATA固态硬盘，主控机运行Linux内核Kernel 3.10.34。主控机运行Windows,Linux或Android等操作系统。主控机软件是用C++开发可以实现限制因子等参数设定、压装曲线实时显示、监测结果、数据保存等功能，可以预先设定1～32个用于评估装配过程及产品品质的限制因子，每一个限制因子可以使用X信号、Y信号和时间三个中其中两个的函数关系或者某一个的数值范围，如果符合条件则该限制因子的结果OK。如果一个装配过程中采集到的信号符合任何一个限制因子，则整个装配过程及产品品质评估结果为OK，否则结果为NG。并保存相关数据，实现装配过程的可追溯性。
主控机3通过USB与嵌入式控制器6通讯，通过Profibus-DP或工业以太网等总线与上位机或服务器通讯，传输数据。
人机界面1包括工业级电阻触摸屏和TFT液晶屏，采用的是京东方10.4吋BA104S01液晶屏，液晶屏和触摸屏外壳开模外协加工。人机界面包括输入设备和输出设备。人机界面中的输入设备可以是鼠标、或键盘、或电阻触摸屏或电容触摸屏；人机界面中的输出设备采用液晶显示屏。液晶屏尺寸不小于10吋。
力传感器10和位移传感器9能够采集但不仅限于以下传感器信号中的一种：μV，mV级的微弱电压信号，V级的模拟信号，电流信号。设备中可以使用但不限于以下力传感器：应变片式的拉力、压力及拉压力传感器，压电晶体传感器，扭矩传感器。设备中可以使用但不限于以下位移传感器：电阻式，光栅式，磁栅式位移传感器，磁致伸缩位移传感器，转角传感器，倾角传感器等。位移传感器和力传感器的采样频率范围为400Hz～500kHz。
高性能嵌入式处理器6包括基于Cortex M4核的Stm32F427单片机。高性能嵌入式处理器传感器数据接口X通道接光栅式的位移传感器9，输入差分式脉冲信号；数据采集通道Y接应变式的力传感器10，输入的微弱mV信号由仪表放大器INA101放大到0～5V信号，由高速模数转换器11转换IC ADS8330转变为数字信号,默认采样频率20k sps，采集数据通过USB总线传输到主控机3。高性能嵌入式控制器6还根据主控机指令，控制8～32路并行输入端口，8～32路并行输出端口，1～4路RS232/R485/RS422接口，1～4路USB接口，1～2路CAN总线，1～2路工业以太网。
高性能嵌入式处理器对位移量信号和拉力/压力信号的变化可快速响应，在最高采样频率500kHz时，嵌入式处理器对传感器信号的响应时间小于2.8微秒。
采用高性能嵌入式处理器和高速模数转换芯片的方式，而非通常的PLC(可编程逻辑控制器)或运动控制器等方式，从而可以实现真正微秒级的响应。
高性能嵌入式处理器根据主控机指令，控制位移传感器和力传感器的采样频率、启动和停止操作，并把采集的数据传输到主控机；高性能嵌入式处理器通过闭环方式控制伺服电缸，实现定位、定压及限压定位模式的精准压装；主控机监测分析拉力/压力信号、位移量信号以及两者的关系曲线图，按照预先设定的约束条件，实时检查和评估过程中产品的质量及品质，在线检出不良品；最大实现压装的精益化。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，包括：
用以采集数据的位移传感器和力传感器；通过位移传感器和力传感器采集压装过程中的位移量信号和拉力/压力信号；
与位移传感器和力传感器连接的高性能嵌入式处理器，高性能嵌入式处理器根据主控机指令，控制位移传感器和力传感器的采样频率、启动和停止操作，并把采集的数据传输到主控机；高性能嵌入式处理器通过闭环方式控制伺服电缸，实现定位、定压及限压定位模式的精准压装；
主控机；主控机控制所述高性能嵌入式处理器；主控机监测分析拉力/压力信号、位移量信号以及两者的关系曲线图，按照预先设定的约束条件，实时检查和评估过程中产品的质量及品质，在线检出不良品；
与主控机连接的人机界面、现场总线接口、数据存储单元。
2.根据权利要求1所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，所述力传感器与仪表放大器连接，用以放大力传感器的输入信号；仪表放大器与模数转换器连接，将数据信号转换为数字信号；模数转换器与所述高性能嵌入式处理器连接；位移传感器输入差分式脉冲信号，位移传感器与高性能嵌入式处理器直接连接。
3.根据权利要求1所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，位移传感器和力传感器的采样频率范围为400Hz～500kHz。
4.根据权利要求1所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，嵌入式控制器控制8～32路并行输入端口，8～32路并行输出端口，1～4路RS232/R485/RS422接口，1～4路USB接口，1～2路CAN总线，1～2路工业以太网。
5.根据权利要求1所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，所述主控机通过USB与嵌入式控制器通讯，通过Profibus-DP或工业以太网等总线与上位机或服务器通讯，传输数据。
6.根据权利要求5所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，所述主控机包括中央控制器CPU、内存、存储设备。
7.根据权利要求5所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，所述主控机采用32位或64位处理器，双核以上，主频不低于400MHz。
8.根据权利要求5所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，所述主控机中采用机械硬盘、固态硬盘、SD卡、U盘、NAND FLASH或NORFLASH存储芯片中的一个或多个作为存储设备，容量不少于1Gb。
9.根据权利要求1所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，人机界面包括输入设备和输出设备。
10.根据权利要求9所述的基于高端制造与过程监控的智能压装系统，其特征在于，人机界面中的输入设备可以是鼠标、或键盘、或电阻触摸屏或电容触摸屏；人机界面中的输出设备采用液晶显示屏。
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