CN109228497A - 冲压机台实时应力监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲压机台实时应力监测方法及系统，所述方法包括以下步骤：通过FPGA分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据并通过人机界面进行显示；通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置，所述MCU根据所述压力值及角度值校准配置对冲压机台的压力值及/或角度值进行校准，并将冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示。本发明实现了全面监控冲压机台在生产过程中的力值变化情况，提高了产品的质量，保证了产品品质和良率。

Description

冲压机台实时应力监测方法及系统

技术领域

本发明涉及冲压机生产技术领域，特别是涉及一种冲压机台实时应力监测方法及系统。

背景技术

随着科技进步发展，传统冲压机台的产品生产方式已经不能满足客户对品质的要求，用户对产品质量要求日益剧烈。

现有技术中，传统冲压机台的生产方式只能凭经验或者经过多次验证来设置冲压参数，这样的生产方式没有详细可靠的数据分析作为依据，且由于机台磨损，机械老化等原因造成产品在长期生产过程中冲压力值不一致，使得冲压机生产误差大，产品生产质量没有可靠保证，也没法保证产品良率，影响了生产效率，且增加了生产成本。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种冲压机台实时应力监测方法及系统，能实现全面监控冲压机台在生产过程中的力值变化情况，并根据应力值变化情况制定生产参数，提高产品的质量，保证产品品质和良率。

本发明提供一种冲压机台实时应力监测方法，包括以下步骤：

通过FPGA分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；

通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据并通过人机界面进行显示；

用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置，所述MCU根据所述压力值及角度值校准配置对冲压机台的压力值及/或角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测方法中，所述用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置，所述MCU根据所述压力值及角度值校准配置对冲压机台的压力值及/或角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示的步骤具体包括：

用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值校准配置，所述MCU根据所述压力值校准配置对冲压机台的压力值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值通过人机界面进行显示；

用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置，所述MCU根据所述角度值校准配置对冲压机台的角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的角度值通过人机界面进行显示。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测方法中，所述将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示的步骤之后包括：

用户通过人机界面选择时间模式或角度模式后，选择绘制曲线的通道及绘制周期，时间采样模式周期单位为时间，角度采样模式周期单位为角度值，所述MCU根据所述通道及绘制周期生成冲压机台压力值曲线。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测方法中，所述用户通过人机界面选择时间采样模式或角度采样模式，所述MCU根据时间采样模式或角度采样模式生成冲压机台压力值或角度值曲线并通过人机界面进行显示的步骤具体包括：

用户通过人机界面选择时间采样模式，所述MCU根据时间采样模式以时间的变化进行时间采集冲压机台点力值，生成冲压机台压力值随时间变化的曲线并通过人机界面进行显示。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测方法中，所述用户通过人机界面选择时间采样模式或角度采样模式，所述MCU根据时间采样模式或角度采样模式生成冲压机台压力值或角度值曲线并通过人机界面进行显示的步骤具体包括：

用户通过人机界面选择角度采样模式，所述MCU根据角度采样模式以角度的变化进行时间采集冲压机台压力值，生成冲压机台压力值随角度变化的曲线并通过人机界面进行显示。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测方法中，所述方法还包括：

用户通过人机界面选择绘制曲线的通道及绘制周期，所述MCU根据所述通道及绘制周期生成冲压机台压力值曲线。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测方法中，所述通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据并通过人机界面进行显示的步骤还包括：

用户通过人机界面设置各通道冲压机台压力的警戒值，所述MCU判断所述压力传感器信号数据是否超过警戒值，若是，则所述MCU控制冲压机台停止工作，并发送异常告警信息。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测方法中，所述方法还包括：通过人机界面将冲压机台配置参数归零。

另，本发明还提供一种冲压机台实时应力监测系统，所述系统包括：

信号采集单元，用于通过FPGA分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；

分析处理单元，用于通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据；

显示互动单元，用于将冲压机台实时应力数据通过人机界面进行显示，以及将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示；

校准配置单元，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置。

进一步，在上述的冲压机台实时应力监测系统中，所述校准配置单元包括：

压力配置子单元，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置；以及

角度配置子单元，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置。

本发明一种冲压机台实时应力监测方法及系统通过采用多通道多点应力采集，全面监控冲压机台在生产过程中的力值变化情况，并根据应力值变化情况制定生产参数，控制应力值变化范围，保证了生产中工艺参数，提高了产品的质量，保证了产品品质和良率。

附图说明

图1为本发明冲压机台实时应力监测方法的具体流程示意图；

图2为本发明冲压机台实时应力监测系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种冲压机台实时应力监测方法，包括以下步骤：通过FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据并通过人机界面进行显示；用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置，所述MCU根据所述压力值及角度值校准配置对冲压机台的压力值及/或角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示。本发明一种冲压机台实时应力监测方法及系统通过采用多通道多点应力采集，全面监控冲压机台在生产过程中的力值变化情况，并根据应力值变化情况制定生产参数，提高了产品的质量，保证了产品品质和良率，且提高用户的易读性，易操作性。

请参阅图1，图1是本发明冲压机台实时应力监测方法的具体流程示意图。所述方法具体包括：

步骤S101：在冲压机台中安装控制软件；

具体实现时，利用普通编程技术(如：C、C++、VC++、VHDL等)，开发一套控制软件(也可以是嵌入式形式)，在客户端软件中嵌入本发明冲压机台实时应力采集监控系统。本实施例中，通过在基于含有应力采集模块硬件的冲压机台控制统中嵌入此控制软件。

步骤S102：通过FPGA分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；

具体实现时，首先在冲压机台上安装多个压力传感器及角度编码器，压力传感器安装于易产生形变的冲压机台中部，螺丝锁紧或焊接，紧贴冲床，角度编码器安装于冲压机台转轴部位，所述压力传感器用于检测冲压机台在生产过程中的应力值，即根据应力变化和压力变化规律的一致性，从而间接监控压力值；所述角度编码器用于检测冲压机台在生产过程中的角度值，其中，所述角度值是指：冲压机台转轴转动角度的数值，冲床机台电机带动转轴转动，转轴转动一周为360°，转动一周为一个循环，冲压机台生产过程的位置可以用角度值作为依据。利用VHDL开发语言控制FPGA分别对压力传感器信号及角度编码器信号(模拟信号)进行采集，并对采集到模拟信号进行数字化处理。

步骤S103：通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据并通过人机界面进行显示；

具体实现时，MCU通过与所述FPGA进行通信，所述FPGA将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号发送给MCU，所述MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，经过微控制器算法计算生成冲压机台实时压力数据，并以人机界面方式将冲压机台实时应力数据呈现出来，以进行数据监控分析。

步骤S104：用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值校准配置，所述MCU根据所述压力值校准配置对冲压机台的压力值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值通过人机界面进行显示；

具体实现时，所述MCU通过和人机界面进行通信，用户必须通过第三方经过认证可作为标准力值校准的压力监控仪器作为校准依据，在人机界面输入第三方提供的标准力值，MCU根据采集压力值信号和校准值比例关系自动进行压力值校准配置，然后把校准后的力值传递给人机界面呈现出来。

步骤S105：用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置，所述MCU根据所述角度值校准配置对冲压机台的角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的角度值通过人机界面进行显示；

具体实现时，所述MCU通过与人机界面进行通信，当冲压机台冲压位置打到上止点对应角度应为0°或下止点时对应角度应为180°，其位置和对应角度不一致时，用户必须在人机界面选择上止点或下止点校准配置，MCU根据采集角度值信号和冲压机台角度变化规律对信号进行角度值校准，然后把校准后的值传递给人机界面，以数字形式呈现出来。

步骤S106：用户通过人机界面选择时间采样模式或角度采样模式，所述MCU根据时间采样模式或角度采样模式生成冲压机台压力值或角度值曲线并通过人机界面进行显示；

具体实现时，用户可在人机界面选择时间采样模式或角度编码器采样模式把力值以曲线形式绘制呈现，时间采样模式以时间的变化进行时间点力值采集绘制曲线呈现于人机界面。角度编码器采样模式以角度(0～360°)变化进行角度点力值采样绘制曲线呈现于人机界面。

即所述步骤S106具体包括：

用户通过人机界面选择时间采样模式，所述MCU根据时间采样模式以时间的变化进行时间采集冲压机台点力值，生成冲压机台压力值随时间变化的曲线并通过人机界面进行显示。

所述步骤S106还包括：

用户通过人机界面选择角度采样模式，所述MCU根据角度采样模式以角度的变化进行时间采集冲压机台压力值，生成冲压机台压力值随角度变化的曲线并通过人机界面进行显示。

步骤S107：用户通过人机界面选择时间模式或角度模式后，选择绘制曲线的通道及绘制周期，时间采样模式周期单位为时间，角度采样模式周期单位为角度值，所述MCU根据所述通道及绘制周期生成冲压机台压力值曲线。

具体实现时，用户可在人机界面选择时间采样模式或者角度采样模式，选择各通道曲线是否绘制，可选择绘制周期。曲线绘制周期内，MCU根据周期数据自动判断其最大值，最小值；用户也可选择周期内某个点的当前游标值显示；也可选择余晖保留上一次的绘制曲线的痕迹。

即所述步骤S107具体包括：

所述MCU判断曲线绘制周期内冲压机台压力值的最大值及最小值。最大值和最小值在人机界面呈现出来，客户可以周期内最大值最小值为依据，调整冲压机台生产过程中的产品受力极限值，保证产品品质。

即所述步骤S107还包括：

用户选择曲线绘制周期内一定位点，所述MCU生成显示当前游标值定位点的冲压机台压力值。

所述步骤S103之后还包括：

用户通过人机界面设置各通道冲压机台压力的警戒值，所述MCU判断所述压力传感器信号数据是否超过警戒值，若是，则所述MCU控制冲压机台停止工作，并发送异常告警信息。

其中，所述MCU根据异常告警信息进行保存到Flash，或者生成文档方式通过USB导出到U盘，导出的文档可通过电脑，手机查看。

所述步骤S107还包括：

用户将采集力值曲线数据进行保存，具体可包括：

通过Flash写入保存，或通过截图然后通过USB协议把图片导出U盘保存。

所述步骤S107还包括：

用户将冲压机台的配置参数存储到Flash中，或从Flash中把参数配置读取出来；或者将所述配置参数导出U盘，或将导出的参数导入到MCU里。

升级文件可进行U盘升级，MCU根据USB协议把编译生成的可执行文件，烧写到MCU，FPGA及人机界面里面。

本发明方法还包括：

用户通过人机界面将冲压机台配置参数归零。

即用户可在人机界面配置显示归零，零点跟踪，开机置零，手动置零，MCU根据配置进行运算，控制压力传感器使用久后，传感器信号性能损耗导致的零位误差问题。

另，本发明还提供一种冲压机台实时应力监测系统，其包括：信号采集单元10，用于通过FPGA分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；分析处理单元20，用于通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据；显示互动单元30，用于将冲压机台实时应力数据通过人机界面进行显示，以及将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示；校准配置单元40，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置。

所述校准配置单元40包括：压力配置子单元50，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置；以及

角度配置子单元60，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置。

本发明冲压机台实时应力监测系统还包括：

参数曲线生成单元70，用于通过人机界面选择时间采样模式或角度采样模式，所述MCU根据时间采样模式或角度采样模式生成冲压机台压力值或角度值曲线并通过人机界面进行显示。

异常报警单元80，用于通过人机界面设置各通道冲压机台压力的警戒值，所述MCU在判断所述压力传感器信号数据超过警戒值的情况下控制冲压机台停止工作，并发送异常告警信息。

相比于现有技术，本发明冲压机台实时应力监测方法及系统具有如下有益效果：

1、将采用高精度压力传感器的形变从而产生的压力变化信号，并通过运算放大信号源，通过一系列电路处理，减少零漂，减少力值误差，力值更接近实际力值。

2、将放大后的信号采用FPGA进行采集，提高采集的信号稳定性，提高采集速度。

3、将采用人机界面方式把数据呈现，提高用户的易读性，易操作性。

4、将采用多种数据采样方式，提高用户可选择性，客户根据实际情况更合理选择适合生产的采样方式。

综上，本发明冲压机台实时应力监测方法及系统通过采用多通道多点应力采集，全面监控冲压机台在生产过程中的力值变化情况，并根据应力值变化情况制定生产参数，控制应力值变化范围，保证了生产中工艺参数，提高了产品的质量，保证了产品品质和良率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过FPGA分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；

通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据并通过人机界面进行显示；

用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置，所述MCU根据所述压力值及角度值校准配置对冲压机台的压力值及/或角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示。

2.根据权利要求1所述的冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，所述用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置，所述MCU根据所述压力值及角度值校准配置对冲压机台的压力值及/或角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示的步骤具体包括：

用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值校准配置，所述MCU根据所述压力值校准配置对冲压机台的压力值进行校准，并将校准后的冲压机台的压力值通过人机界面进行显示；

用户通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置，所述MCU根据所述角度值校准配置对冲压机台的角度值进行校准，并将校准后的冲压机台的角度值通过人机界面进行显示。

3.根据权利要求2所述的冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，所述将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示的步骤之后包括：

用户通过人机界面选择时间采样模式或角度采样模式，所述MCU根据时间采样模式或角度采样模式生成冲压机台压力值或角度值曲线并通过人机界面进行显示。

4.根据权利要求3所述的冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，所述用户通过人机界面选择时间采样模式或角度采样模式，所述MCU根据时间采样模式或角度采样模式生成冲压机台压力值或角度值曲线并通过人机界面进行显示的步骤具体包括：

用户通过人机界面选择时间采样模式，所述MCU根据时间采样模式以时间的变化进行时间采集冲压机台点力值，生成冲压机台压力值随时间变化的曲线并通过人机界面进行显示。

5.根据权利要求3所述的冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，所述用户通过人机界面选择时间采样模式或角度采样模式，所述MCU根据时间采样模式或角度采样模式生成冲压机台压力值或角度值曲线并通过人机界面进行显示的步骤具体包括：

用户通过人机界面选择角度采样模式，所述MCU根据角度采样模式以角度的变化进行时间采集冲压机台压力值，生成冲压机台压力值随角度变化的曲线并通过人机界面进行显示。

6.根据权利要求1所述的冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

用户通过人机界面选择时间模式或角度模式后，选择绘制曲线的通道及绘制周期，时间采样模式周期单位为时间，角度采样模式周期单位为角度值，所述MCU根据所述通道及绘制周期生成冲压机台压力值曲线。

7.根据权利要求1所述的冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，所述通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据并通过人机界面进行显示的步骤还包括：

用户通过人机界面设置各通道冲压机台压力的警戒值，所述MCU判断所述压力传感器信号数据是否超过警戒值，若是，则所述MCU控制冲压机台停止工作，并发送异常告警信息。

8.根据权利要求1所述的冲压机台实时应力监测方法，其特征在于，所述方法还包括：通过人机界面将冲压机台配置参数归零。

9.一种冲压机台实时应力监测系统，其特征在于，所述系统包括：

信号采集单元，用于通过FPGA分别采集冲压机台的压力传感器信号及角度编码器信号，并将数字化处理后的压力传感器信号及角度编码器信号数据发送给MCU；

分析处理单元，用于通过MCU对所述压力传感器信号及角度编码器信号数据进行处理，生成冲压机台实时应力数据；

显示互动单元，用于将冲压机台实时应力数据通过人机界面进行显示，以及将校准后的冲压机台的压力值及/或角度值通过人机界面进行显示；

校准配置单元，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的压力值及/或角度值校准配置。

10.根据权利要求9所述的冲压机台实时应力监测系统，其特征在于，所述校准配置单元包括：

压力配置子单元，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置；以及

角度配置子单元，用于通过所述人机界面分别进行冲压机台的角度值校准配置。