CN113031524B - 一种基于三次样条的压装力包络线生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三次样条的压装力包络线生成方法，步骤包括(1)采集伺服压力机工作过程中的位移‑压装力工艺参数，形成装配位移‑压力工艺参数序列；(2)根据得到的所述装配位移‑压力工艺参数序列，计算初始包络线数据点；(3)结合实际压装过程动态力学特征，对所述初始包络线数据点进行去除噪声处理；(4)对去噪处理后的包络线数据点，使用三次样条插值法得到光滑的包络曲线和包络曲线函数组。本发明通过对多组装配位移‑压力工艺参数进行处理，生成其对应上下界包络线；通过对包络线分析，辅助确定特定位移对应的压装力范围，实现压装质量的精确控制。

Description

一种基于三次样条的压装力包络线生成方法
技术领域
本发明涉及压装力包络线生成方法，尤其涉及一种三次样条的压装力生成方法。
背景技术
伺服压力机是压装工艺的重要设备之一，其配备有压力、位移等传感设备，能够自动采集压装过程中的压装力、压装位移等工艺参数，其中，装配位移-压力工艺参数曲线能够反映产品的装配质量，压装力控制是保证压装质量的一项重要举措。而压装力控制需要获取特定压装位移下合理压装力范围。对历史压装工艺参数进行处理，生成压装力包络线，能为压装力控制提供有效方法。
实际压装制造时，伺服压力机会频繁运行，产生大量的包含压装过程动态力学特征的压装工艺参数，而现有技术对于压装力的研究大多只关注于从单次压装得到的一条压装曲线以寻找规律，且大部分压装质量控制中压装力范围设置只能凭借人工经验，对历史压装工艺参数的整体性分析较少。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种利用多组压装工艺参数精确控制压装质量的基于三次样条的压装力包络线生成方法。
技术方案：本发明的压装力包络线生成方法，步骤如下：(1)采集伺服压力机工作过程中的位移-压装力工艺参数，形成装配位移-压力工艺参数序列；(2)根据得到的所述装配位移-压力工艺参数序列，计算初始包络线数据点；(3)结合实际压装过程动态力学特征，对所述初始包络线数据点进行去除噪声处理；(4)对去噪处理后的包络线数据点，使用三次样条插值法得到光滑的包络曲线和包络曲线函数组。
进一步，所述步骤(1)中，首先将所述位移-压力工艺参数按照位移升序进行排序；在位移值相同的情况下，再根据压力值进行升序排序，得到一个有序列表。
进一步，所述步骤(2)中，遍历所述有序列表，在位移值相同时，选取压力值最大的数据点为所述位移的上界初始包络线数据点，选取压力值最小的数据点为所述位移的下界初始包络线数据点。
进一步，所述步骤(3)中，对所述初始包络线数据点进行去除噪声处理的步骤为：
(31)对所述初始包络线数据点进行去噪筛选，去除波动幅度较大部分的噪声峰点，将筛选后的数据点保留；
(32)考虑压装过程动态力学特征，对增压过程数据进行筛选；连续多个数据点升降趋势一致，则判定为增压过程数据点，保留得到的所述增压过程数据点；
(33)考虑压装过程动态力学特征，对保压过程数据进行筛选，设定斜率判断的连续点数N与斜率的阈值；对于每个数据点，该数据点与该数据点后N个数据点的斜率值，求得N个斜率的均值；如所述N个斜率的均值小于阈值，则保留所述数据点；
对包络线数据点按照步骤(31)、(32)和(33)进行筛选处理后，如处理结果满足要求，进行步骤(4)；否则，重复步骤(32)和(33)进行筛选处理，直到满足要求。
进一步，所述步骤(4)中，生成包络线的步骤如下：
(41)根据压装过程动态力学特征，选取固支样条、曲率调整样条和非扭结样条三种插值函数，分别计算出不同位移区间的压装力包络线函数；
(42)分别计算所述三种插值函数形成的包络线函数的均方根误差；对比得到最优的三次样条插值结果，为最终的包络曲线，并用计算软件绘制出包络线图。
本发明与现有技术相比，其显著效果如下：1、通过对多组装配位移-压力工艺参数，根据压装过程动态力学特征进行去噪处理，采用三次样条插值法获得具有二阶光滑的压装力上下界包络线，生成其对应上下界包络线；2、通过对包络线分析，辅助确定特定位移对应的压装力范围，能够精确地反映压装力变化规律，实现压装质量的精确控制，为压装力范围设置提供科学依据。
附图说明
图1为本发明的压装力包络线生成流程图；
图2为本发明的多组压装位移-压力数据点图；
图3为本发明中对压装数据计算得到的初始包络线数据点图；
图4为本发明中去噪处理后得到的包络线数据点图；
图5中(a)为采用固支样条插值得到的包络线图、(b)为采用曲率调整样条插值得到的包络线图、(c)为采用非扭结样条插值得到的包络线图；
图6为本发明的最终包络线效果图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
在伺服压力机工作过程中，每实施一次压装的操作便会产生一组装配位移-压力工艺参数。实施多次压装操作后，会产生一系列装配位移-压力工艺参数。本发明的包络线生成方法，用于实现根据已有的一系列装配位移-压力工艺参数生成包络线，就是根据所采集的压装工艺-压力工艺参数得到的包络线数据点，并对这些离散包络线数据点进行插值处理，得到能运用于装配质量控制的压装力包络线。
图1为本发明的包络线生成流程图，具体包括如下步骤：
步骤1，采集伺服压力机工作过程中的位移、压装力工艺参数，形成装配位移-压力工艺参数序列。首先将位移-压力工艺参数按照位移升序进行排序，在位移值相同的情况下根据压力值进行升序排序，处理完上述操作得到一个有序列表。如图2所示为多组压装位移-压力数据点。
步骤2，根据有序列表得到初始包络线数据点。遍历步骤1中得到的有序列表，如位移值相同，选取压力值最大的数据点为该位移的上界初始包络线数据点，选取压力值最小的数据点为该位移的下界初始包络线数据点。如图3所示为对压装数据计算得到的初始包络线数据点图。
步骤3，对包络数据点进行去除噪声处理，去除波动幅度较大部分的峰点。处理需考虑压装过程动态力学特征。对于步骤2中得到的上界初始包络数据点和下界初始包络线数据点分别处理，给定两个空的列表LMAX和LMIN，具体步骤如下：
步骤31，设位移值为xi,压力值为f(xi)，则f(xi-1)为位移值xi-1处的压力值，f(xi+1)为位移值xi+1处的压力值；
对于上界初始包络线中数据点，如满足条件f(xi-1)＜f(xi)＞f(xi+1)则加入列表LMAX。
对于下界初始包络线中数据点，如满足条件f(xi-1)＞f(xi)＜f(xi+1)则加入列表LMIN。
步骤32，对增压过程数据进行去噪处理，若多个数据点为持续上升或者持续下降趋势，则判断为增压过程数据点，则将数据点保留。
步骤33，对保压过程数据进行去噪处理，设定斜率判断的连续点数Num和斜率的阈值K。设当前数据点为(xj,f(xj))，如满足下面条件：
Figure BDA0002940376350000031
则该数据点应保留。
对包络线数据点按照步骤31、32、33进行去噪处理后，根据公式(1)判断处理结果是否满足要求，如果达到要求，就进行步骤4生成包络线；否则，重复步骤31、32、33，继续进行筛选，直到满足要求。如图4所示为经去噪处理后得到的包络线数据点图。
步骤4，使用三次样条插值法生成包络曲线，并分别得到各分段的样条函数。三次样条插值具有稳定性好、收敛性有保证等优点，同时使分段的衔接处具有二阶导数连续的性质，可保证整体求得曲线光滑衔接。本发明采用三次样条插值法生成包络线，具体步骤如下：
步骤41，给定区间[start,end]，其中start为压装起始的位移值，一般设为x0＝0；end为伺服压力机压装结束完成时的位移值xn，这里取历史采集最大的位移值。在此区间上进行节点的划分：start＝x0<x1<…<xn-1<xn＝end。
设三次样条插值函数如下：
Figure BDA0002940376350000041
g(x)在[xu,xu+1](u＝0,1…n)区间上是三次多项式，具有连续二阶导数，导数满足条件如下所示：
g(xu-0)＝g(xu+0)
g′(xu-0)＝g′(xu+0)
g″(xu-0)＝g″(xu+0)
由于g(x)是三次插值多项式函数，每个分段中有4个待解参数，则全部待解参数为4n个，但插值条件与样条条件提供的条件总数仅为4n-2个，需要通过增加端点约束的方式增加条件，即增加边界。根据边界条件的不同，三次抽样插值函数分为4类：固支样条、曲率调整样条、周期样条与非扭结样条。本发明综合选择多种插值函数分别进行插值，结合“位移-压力”曲线特点，选取固支样条、曲率调整样条与非扭结样条三种插值函数。根据相关理论，在每个区间[xu,xu+1]上，三次样条函数如下所示：
Figure BDA0002940376350000042
公式(3)中，x∈[xu,xu+1]；
Figure BDA0002940376350000043
hu公式如下：
Figure BDA0002940376350000044
Figure BDA0002940376350000045
hu＝xu+1-xu
根据插值函数的不同，增加相应条件。对于固支样条，增加两边界点一阶导数值为已知条件；对于曲率调整样条，增加两边节点二阶导数值为已知条件；对于非扭结样条，增加条件如下：
g′″0(x)＝g″′1(x)
g′″n-2(x)＝g′″n-1(x)
通过上述条件，最终分别求出这三类插值法对应的插值函数。
步骤42：对三种插值函数得到的结果进行比对，选择最优。如图5所示为使用三种不同三次样条插值得到的包络线图，对步骤41中三种不同的三次插值法，分别计算各插值点xv的误差Δyv。通过计算三种函数各自均方根误差RMSE，对比得到最优的三次样条插值结果。均方根误差RMSE计算公式如下所示：
Figure BDA0002940376350000051
选取RMSE最小值对应的三次插值法得到的结果为最优。则该最优三次插值法得到的曲线为最终的包络曲线。借助MATLAB生成最终的包络线效果图，图中重点显示了压装力包络线以及原始包络点，如图6所示。

Claims (4)

1.一种基于三次样条的压装力包络线生成方法，其特征在于，步骤如下：
(1)采集伺服压力机工作过程中的位移-压装力工艺参数，形成装配位移-压力工艺参数序列；
(2)根据得到的所述装配位移-压力工艺参数序列，计算初始包络线数据点；
(3)结合实际压装过程中增压/保压阶段的位移-压力工艺参数，对所述初始包络线数据点进行去除噪声处理；具体步骤为：
(31)对所述初始包络线数据点进行去噪筛选，去除波动幅度较大部分的噪声峰点，将筛选后的数据点保留；
(32)考虑压装过程动态力学特征，对增压过程数据进行筛选，若连续多个数据点升降趋势一致，则判定为增压过程数据点，保留得到的所述增压过程数据点；
(33)考虑压装过程动态力学特征，对保压过程数据进行筛选，设定斜率判断的连续点数N与斜率的阈值；对于每个数据点，计算该数据点与该数据点后N个数据点的斜率值，求得N个斜率的均值；如所述N个斜率的均值小于阈值，则保留所述数据点；
对包络线数据点按照步骤(31)、(32)和(33)进行筛选处理后，如处理结果满足要求，进行步骤(4)；否则，重复步骤(32)和(33)进行筛选处理，直到满足要求；
(4)对去噪处理后的包络线数据点，使用三次样条插值法得到光滑的包络曲线和包络曲线函数组。
2.根据权利要求1所述的基于三次样条的压装力包络线生成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，首先将所述位移-压力工艺参数按照位移升序进行排序；在位移值相同的情况下，再根据压力值进行升序排序，得到一个有序列表。
3.根据权利要求1所述的基于三次样条的压装力包络线生成方法，其特征在于，所述步骤(2)中，遍历所述有序列表，在位移值相同时，选取压力值最大的数据点为所述位移的上界初始包络线数据点，选取压力值最小的数据点为所述位移的下界初始包络线数据点。
4.根据权利要求1所述的基于三次样条的压装力包络线生成方法，其特征在于，所述步骤(4)中，生成包络线的步骤如下：
(41)根据压装过程动态力学特征，选取固支样条、曲率调整样条和非扭结样条三种插值函数，分别计算出不同位移区间的压装力包络线函数；
(42)分别计算所述三种插值函数形成的包络线函数的均方根误差；对比得到最优的三次样条插值结果，为最终的包络曲线，并用计算软件绘制出包络线图。
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