CN110654057A - 一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法 - Google Patents

一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法 Download PDF

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高建波
王启武
李海明
贾中青
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Abstract

本发明属于控制技术和金属成形技术领域，具体涉及到一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法。本发明在滑块内部安装微调电机，微调电机连接一丝杆B，丝杆B与一微调装置连接，微调装置与滑块刚性连接：在伺服压力机的丝杆A处安装丝杆位置传感器，滑块处安装滑块位置传感器，微调装置处安装微调位置传感器，将测量反馈值传输给伺服压力机整机电控系统，通过一系列设置实现了自动测定。本发明对标定人员的技术要求大大降低，准确度和精确度较现有方案大幅提升，既保证了安全又节省了劳动力。

Description

一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法
技术领域
本发明属于控制技术和金属成形技术领域，具体涉及到一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法。
背景技术
连杆式伺服压力机在机体设计完成后，进入到试运行阶段，需要开展一项工作，对滑块位置和丝杆位置等进行标定。该工作需要将伺服压力机的传动机构部件的物理模型和数学模型分析完成后，记录滑块在下死点的位置，并且同时记录此时丝杆的位置。根据行程设定范围，可由数学公式推导出滑块和丝杆对应的位置信息。将上述的两个关键点的重要信息写入到压力机的控制系统中，使得滑块在下死点位置时，滑块位置信息和丝杆位置信息能满足数学公式的对应关系。控制步骤和过程如上所述，但在标定过程中需要用操作台上的手轮或者按钮进行操作使得主驱动伺服电机和微调电机能够运行在指定位置。缺点如下三点：一是由于大型伺服压力机的丝杆位置离地面高度较高，单人是无法完成标定工作，需要两个人员分别进行操作和位置记录工作，工作量较大而且危险；二是还有可能存在标定过程中数据出错的情况；三是标定人员还需要对伺服压力机的机械设计、传动部件和模型十分熟悉，要求较高。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种伺服压力机位置自动标定的装置，包括伺服压力机，伺服压力机的伺服电机分别与减速机和伺服驱动器连接，所述伺服压力机的滑块内部安装微调电机，微调电机与伺服压力机整机电控系统连接，接收伺服压力机整机电控系统命令，微调电机连接一丝杆B，丝杆B与一微调装置连接，微调装置与滑块刚性连接：所述伺服压力机的丝杆A处安装丝杆位置传感器，滑块处安装滑块位置传感器，微调装置处安装微调位置传感器，丝杆位置传感器、滑块位置传感器、微调位置传感器均与伺服压力机整机电控系统连接，并将测量反馈值传输给伺服压力机整机电控系统；所述伺服压力机整机电控系统与伺服驱动器连接，伺服压力机整机电控系统发送控制指令给伺服驱动器，并能从伺服驱动器接收反馈信息；所述伺服压力机整机电控系统与人机交互平台相连接，通过人机交互平台向伺服压力机整机电控系统下达控制指令，并显示当前标定状态；还包括放置在机械加工面上的工作挡块A，放置在工作台上的工作挡块B。
进一步的，所述伺服压力机为连杆式伺服压力机。
基于上述的伺服压力机位置自动标定的装置，一种伺服压力机位置自动标定的方法，包括以下步骤：
步骤一：首先将工作挡块A放在机械加工面上，将工作挡块B放在伺服压力机的工作台上，通过人机交互平台启动自动标定控制，伺服压力机整机电控系统开始执行自动标定程序；
步骤二：伺服驱动器接收到伺服压力机整机电控系统指令后，控制伺服电机使得丝杆A向下运行，当伺服电机达到扭矩阈值时，此时丝杆A的下表面位置
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 240322DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为工作挡块A的高度，
Figure 406730DEST_PATH_IMAGE004
为机械加工面的高度；
步骤三：伺服压力机整机电控系统读取丝杆位置传感器反馈的当前丝杆A位置
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，则丝杆位置传感器反馈值与丝杆A的下表面位置差值为
Figure 638997DEST_PATH_IMAGE006
，记为丝杆A的偏移量，存入伺服压力机整机电控系统内存中；
步骤四：根据滑块行程和丝杆A位置的对应关系，由丝杆A的位置
Figure 204846DEST_PATH_IMAGE001
得到此时滑块行程位置为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，存入伺服压力机整机电控系统内存中；
步骤五：进行完上述步骤后，伺服压力机整机电控系统发送命令给微调电机内的微调电机驱动器，微调电机驱动器控制微调电机动作，从而带动丝杆B和微调装置，使得滑块向下运动；当滑块运动到工作挡块B上表面且微调电机的扭矩达到阈值时，这时伺服压力机整机电控系统读取滑块位置传感器的反馈值为，则滑块位置传感器反馈值与滑块实际位置差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，记为滑块位置偏移量，存入伺服压力机整机电控系统内存中；
步骤六：步骤五中当滑块运动到工作挡块B上表面且微调电机的扭矩达到阈值时，此时伺服压力机整机电控系统读取微调位置传感器的反馈值为
Figure 379415DEST_PATH_IMAGE010
，则微调位置传感器的反馈值与闭模高度的差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，记为微调位置的偏移量，其中闭模高度
Figure 161295DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤七：步骤六之后，伺服压力机整机电控系统控制伺服驱动器使得伺服电机通过减速机带动丝杆A直线向上移动10mm的距离，定义为丝杆A的下死点位置，读取当前丝杆位置传感器的反馈值为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，同时伺服压力机整机电控系统读取此时滑块位置传感器反馈值
Figure 609463DEST_PATH_IMAGE014
，则根据标定的滑块位置偏移量，计算滑块下死点位置为：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，存入伺服压力机整机电控系统内存中，至此，三个位置传感器的标定工作全部完成。
本发明的有益效果：
一、对标定人员的技术要求大大降低；
二、1分钟内完成全自动标定过程，准确度和精确度较现有方案大幅提升；
三、标定过程由于自动化程度高，对标定工程师的操作安全性更有保证，且不用多人在压力机机体内协同标定，既保证了安全又节省了劳动力。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为丝杆位置和滑块行程对应关系图。
图中，1丝杆位置传感器，2丝杆A，3滑块，4微调电机，5微调位置传感器，6微调装置，7滑块位置传感器，8丝杆B，9机械加工面，10工作挡块A，11减速机，12伺服电机，13伺服驱动器，14伺服压力机整机电控系统，15人机交互平台，16工作挡块B，17工作台，18连杆LA,19连杆LB，20连杆LC。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均属于本发明的保护范围。
本发明包括伺服压力机，伺服压力机的动力来源依靠伺服电机12，伺服电机12通过机械刚性连接与减速机11相连，减速机11通过将旋转运动转变为直线运动带动丝杆A2进行上下运动，丝杆A2带动连杆LC20运动，使得连杆LA18和连杆LB19也做随动，最终可使滑块3完成上下运动。上述结构为伺服压力机常规结构，这里不再赘述。在滑块3内部安装微调电机4，微调电机4与伺服压力机整机电控系统14连接，接收伺服压力机整机电控系统14命令，同时微调电机4连接丝杆B8，控制丝杆B8的运动，丝杆B8与微调装置6连接，微调装置6与滑块3刚性连接。这样，通过微调电机4控制丝杆B8，然后丝杆B8带动微调装置6，微调装置6带动滑块3，进而控制滑块3的运动来进行闭模高度的调整。上述的伺服电机12可用于完成伺服压力机的行程运动，微调电机4用于完成调模运动。
本发明在丝杆A2处安装丝杆位置传感器1，滑块3处安装滑块位置传感器7，微调装置6处安装微调位置传感器5，上述的丝杆位置传感器1、滑块位置传感器7、微调位置传感器5均与伺服压力机整机电控系统14连接，分别将不同位置的测量值反馈给伺服压力机整机电控系统14。
伺服压力机整机电控系统14与伺服驱动器13连接，伺服压力机整机电控系统14发送控制指令给伺服驱动器13，并能从伺服驱动器13接收反馈信息。伺服驱动器13通过电缆与伺服电机12相连。
伺服压力机整机电控系统14与人机交互平台15相连接，通过人机交互平台15向伺服压力机整机电控系统14下达控制指令，并显示当前标定状态。
标定方法中需用到工作挡块A10，工作挡块A10为刚性物体且高度已知，工作挡块A10的高度记为
Figure 121085DEST_PATH_IMAGE003
，将工作挡块A10放置于机械加工面9上，机械加工面9的高度已知记为
Figure 989815DEST_PATH_IMAGE016
。
标定方法中还需用到工作挡块B16，同样工作挡块B16为刚性物体且高度已知，工作挡块B16的高度记为，将工作挡块B16放置于伺服压力机的工作台17上，以工作台17作为零参考面，工作挡块的高度即为此时滑块3实际位置。
本发明通过上述伺服压力机自动标定装置设计了一种自动标定方法，具体的步骤如下：
步骤一：首先标定人员将工作挡块A10放在机械加工面9上，将工作挡块B16放在伺服压力机的工作台17上，然后通过人机交互平台15启动自动标定控制，此时伺服压力机整机电控系统14开始执行自动标定程序。
步骤二：伺服驱动器13接收到伺服压力机整机电控系统14指令后，控制伺服电机12使得丝杆A2向下运行，由于工作挡块A10是刚性物体，当丝杆A2运行到工作挡块A10的位置处，伺服电机12的转矩由理想中的0N·m（实际中由于平衡杠的存在，转矩为很小的值）开始逐渐变大，当达到一定扭矩阈值，可判定此时丝杆A2已经接触到了挡块，扭矩阈值提前设定好，扭矩阈值需确保不会引起机械故障和变形，此时丝杆A2的下表面位置
Figure 150330DEST_PATH_IMAGE001
可根据工作挡块A10和机械加工面9得到，为：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
。
步骤三：伺服压力机整机电控系统14读取丝杆位置传感器1反馈的当前丝杆A2位置
Figure 234568DEST_PATH_IMAGE005
，则丝杆位置传感器1当前反馈值与丝杆A2的下表面位置差值为
Figure 975996DEST_PATH_IMAGE020
，记为丝杆A2的偏移量，存入伺服压力机整机电控系统14内存中。
步骤四：根据滑块3行程和丝杆A2位置的对应关系，由丝杆A2的位置
Figure 732469DEST_PATH_IMAGE001
可以得到此时滑块3行程位置为
Figure 725701DEST_PATH_IMAGE007
，存入伺服压力机整机电控系统14内存中。
滑块3行程和丝杆A2位置的对应关系
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，如附图2所示，横坐标表示丝杆A2位置，纵坐标 表示滑块3行程。滑块3行程和丝杆A2位置两者关系可以通过伺服压力机本身的连杆结构和丝杆A2位置然后通过现有数学公式推导计算得到，或者利用机械动力学仿真软件也可得到两者的对应关系，对于这些公知常识，这里本发明不再详细叙述。此对应关系一般在伺服压力机整机电控系统14内存中以一个二维表格的形式存在，通过查询这个二维表格可得在丝杆A2下表面与工作挡块A10接触时的滑块3行程位置，然后将其存入伺服压力机整机电控系统14内存中。
步骤五：进行完上述步骤后，然后伺服压力机整机电控系统14发送命令给微调电机4内的微调电机驱动器，微调电机驱动器控制微调电机4动作，从而带动丝杆B8和微调装置6，使得滑块3向下运动。当滑块3运动到工作挡块B16上表面，微调电机4的扭矩由微小值逐渐变大，达到阈值时，认为滑块3下表面接触到工作挡块B16的上表面。同样，阈值提前设定好，阈值需确保不会引起机械故障和变形。这时伺服压力机整机电控系统14读取滑块位置传感器7的反馈值为
Figure 188189DEST_PATH_IMAGE008
，则滑块位置传感器7反馈值与滑块3实际位置差值为
Figure 578588DEST_PATH_IMAGE024
，记为滑块3位置偏移量，存入伺服压力机整机电控系统14内存中。
步骤六：步骤五中当滑块3运动到工作挡块B16上表面且微调电机4的扭矩达到阈值时，此时伺服压力机整机电控系统14读取微调位置传感器5的反馈值为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，根据伺服压力机的基本概念，闭模高度为
Figure 201199DEST_PATH_IMAGE012
，则微调位置传感器5的反馈值与闭模高度的差值为
Figure 284430DEST_PATH_IMAGE026
，记为微调位置的偏移量。
步骤七：步骤六之后，伺服压力机整机电控系统14控制伺服驱动器13使得伺服电机12通过减速机11带动丝杆A2位置直线向上移动10mm的距离，定义为丝杆A2的下死点位置，读取当前丝杆位置传感器1的反馈值为
Figure 812233DEST_PATH_IMAGE013
，则可得丝杆A2的位置关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
。同时伺服压力机整机电控系统14读取此时滑块位置传感器7反馈值
Figure 616109DEST_PATH_IMAGE028
，则根据标定的滑块3位置偏移量，可计算滑块3下死点位置为：
Figure 375118DEST_PATH_IMAGE015
，存入伺服压力机整机电控系统14内存中。
至此，三个位置传感器的标定工作全部完成。
本发明解决的技术问题主要是实现连杆式伺服压力机的全自动标定过程，不需任何人为的记录过程，也不需要标定人员熟练掌握复杂的物理模型和数学公式推导过程，唯一需要标定人员操作的是将所用的工作挡块A10和工作挡块B16放在指定位置，并按下人机交互平台15的自动标定按钮，整个标定过程在1分钟内即可完成。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种伺服压力机位置自动标定的装置，包括伺服压力机，伺服压力机的伺服电机（12）分别与减速机（11）和伺服驱动器（13）连接，其特征在于：所述伺服压力机的滑块（3）内部安装微调电机（4），微调电机（4）与伺服压力机整机电控系统（14）连接，接收伺服压力机整机电控系统（14）命令，微调电机（4）连接一丝杆B（8），丝杆B（8）与一微调装置（6）连接，微调装置（6）与滑块（3）刚性连接：所述伺服压力机的丝杆A（2）处安装丝杆位置传感器（1），滑块（3）处安装滑块位置传感器（7），微调装置（6）处安装微调位置传感器（5），丝杆位置传感器（1）、滑块位置传感器（7）、微调位置传感器（5）均与伺服压力机整机电控系统（14）连接，并将测量反馈值传输给伺服压力机整机电控系统（14）；所述伺服压力机整机电控系统（14）与伺服驱动器（13）连接，伺服压力机整机电控系统（14）发送控制指令给伺服驱动器（13），并能从伺服驱动器（13）接收反馈信息；所述伺服压力机整机电控系统（14）与人机交互平台（15）相连接，通过人机交互平台（15）向伺服压力机整机电控系统（14）下达控制指令，并显示当前标定状态；还包括放置在机械加工面（9）上的工作挡块A（10），放置在工作台（17）上的工作挡块B（16）。
2.根据权利要求1所述的伺服压力机位置自动标定的装置，其特征在于：所述伺服压力机为连杆式伺服压力机。
3.根据权利要求1或2所述的伺服压力机位置自动标定的装置，一种伺服压力机位置自动标定的方法，包括以下步骤：
步骤一：首先将工作挡块A（10）放在机械加工面（9）上，将工作挡块B（16）放在伺服压力机的工作台（17）上，通过人机交互平台（15）启动自动标定控制，伺服压力机整机电控系统（14）开始执行自动标定程序；
步骤二：伺服驱动器（13）接收到伺服压力机整机电控系统（14）指令后，控制伺服电机（12）使得丝杆A（2）向下运行，当伺服电机（12）达到扭矩阈值时，此时丝杆A（2）的下表面位置
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中为工作挡块A（10）的高度，为机械加工面（9）的高度；
步骤三：伺服压力机整机电控系统（14）读取丝杆位置传感器（1）反馈的当前丝杆A（2）位置
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，则丝杆位置传感器（1）反馈值与丝杆A（2）的下表面位置差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，记为丝杆A（2）的偏移量，存入伺服压力机整机电控系统（14）内存中；
步骤四：根据滑块（3）行程和丝杆A（2）位置的对应关系，由丝杆A（2）的位置
Figure 329968DEST_PATH_IMAGE002
得到此时滑块（3）行程位置为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，存入伺服压力机整机电控系统（14）内存中；
步骤五：进行完上述步骤后，伺服压力机整机电控系统（14）发送命令给微调电机（4）内的微调电机驱动器，微调电机驱动器控制微调电机（4）动作，从而带动丝杆B（8）和微调装置（6），使得滑块（3）向下运动；当滑块（3）运动到工作挡块B（16）上表面且微调电机（4）的扭矩达到阈值时，这时伺服压力机整机电控系统（14）读取滑块位置传感器（7）的反馈值为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，则滑块位置传感器（7）反馈值与滑块（3）实际位置差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，记为滑块（3）位置偏移量，存入伺服压力机整机电控系统（14）内存中；
步骤六：步骤五中当滑块（3）运动到工作挡块B（16）上表面且微调电机（4）的扭矩达到阈值时，此时伺服压力机整机电控系统（14）读取微调位置传感器（5）的反馈值为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，则微调位置传感器（5）的反馈值与闭模高度的差值为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，记为微调位置的偏移量，其中闭模高度；
步骤七：步骤六之后，伺服压力机整机电控系统（14）控制伺服驱动器（13）使得伺服电机（12）通过减速机（11）带动丝杆A（2）直线向上移动10mm的距离，定义为丝杆A（2）的下死点位置，读取当前丝杆位置传感器（1）的反馈值为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，同时伺服压力机整机电控系统（14）读取此时滑块位置传感器（7）反馈值
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，则根据标定的滑块（3）位置偏移量，计算滑块（3）下死点位置为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，存入伺服压力机整机电控系统（14）内存中，至此，三个位置传感器的标定工作全部完成。
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