CN117592849A - 一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，包括以下运行流程：步骤S1、根据要求设定模板曲线以及相似度的阈值，即以手动压装或者零件模板等方式确定需要进行对比的曲线；步骤S2、根据压装要求设定压力，位移，压装速度等，获得点动模式下的压装曲线；步骤S3、将点动模式下相对应压力，位移，压装速度等数据设定入自动模式。本申请通过提出了一种新的解决思路：利用不同压装零件的合格曲线为模板，设定不同模板曲线的合格阈值，通过基于弗雷歇距离的度量算法，与压装作业后的压装质量曲线进行相似度计算，将得到的相似度与设定的阈值进行对比，从而达到评估压装质量曲线是否合格的结果。

Description

一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法

技术领域

本发明属于伺服压机压装技术领域，具体为一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法。

背景技术

在零件压装结束后，通常需要对压装质量曲线进行评估，常用的评估方法是利用不同类型的监控窗口对其进行评估，但是在实际过程中可能因为曲线出现极其微小的位移和幅度不大的压装力的波动影响评估结果。为了提高对压装质量曲线的评估准确率，利用弗雷歇距离评价电动缸自动压装曲线与模板曲线的相似性得到该次评估是否合格。同时对弗雷歇距离的原始算法进行优化，减少随着测试曲线样本量增加而造成的用时增加。压装曲线本质上与各类轨迹相符，如今轨迹相似性方法层出不穷，更加快捷，运算方便，准确率高的方法比比皆是。例如DTW算法(动态时间规划)：给定参考模板特征矢量序列与输入特征矢量序列，寻找一个最佳的时间规整函数，使得输入序列的时间轴映射到参考模板的时间轴上总的累计失真最小，然而，DTW算法计算量较大，缺乏考虑相邻时序之间的动态特性。最长公共子序列(LCSS)算法，由于DTW对轨迹的极个别点差异性非常敏感，即鲁棒性较差，如果两个轨迹在大多数时间段具有相似的形态，但是在极小的时间段内有误差，即使误差极小都会对最终结果有着一定的影响。而最长公共子序列是计算两条曲线之间重合的公共部分长度，子序列是有序的但不一定需要连续，因此拥有较好的鲁棒性；

电动缸现如今广泛应用于汽车配件的压装工艺中，例如轴承，车身，缸体等以及一些高精度仪器，如机器人，实验台架等。电动缸的各种优点使他有着广阔的发展前景，其中高精度的压装发挥着十分重要的作用。因此对电动缸压装曲线进行准确的评估可以提高电动缸的使用，

传统的压装曲线一般是由监控框判别法来进行评价，接受评价的一般是压装质量曲线即压力-位移曲线，该方法是建造矩形的监控框，判断曲线是否以合乎规定的穿过监控框，由此判定压力-位移曲线是否合格，然而，监控框判别法按照现有的基本算法和最小二乘直线拟合算法在实际使用过程中仍然会出现误判的情况，影响了对各种零部件压装质量的考核，对此，我们提出了一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于计算机的云渲染系统，以解决以上技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，包括以下运行流程：

步骤S1、根据要求设定模板曲线以及相似度的阈值，即以手动压装或者零件模板等方式确定需要进行对比的曲线；

步骤S2、根据压装要求设定压力，位移，压装速度等，获得点动模式下的压装曲线；

步骤S3、将点动模式下相对应压力，位移，压装速度等数据设定入自动模式，获得自动模式下的压装曲线，并且将曲线进行分段；

步骤S4、将点动模式下的压装曲线与自动模式下的压装曲线利用弗雷歇距离法进行分段对比；

步骤S5、如果两条曲线每段之间的相似度大于阈值则自动压装曲线压装质量合格，则继续进行下一条曲线对比，如果两条曲线分段之间有任意一段小于阈值则压装质量不合格，继续进行下一条曲线对比。

优选的，所述步骤S1具体包括：

在压装作业开始之前，不同压装作业的压装质量有着不同标准，根据对应的标准设定阈值，根据压装流程确定手动压装时需要的压力，位移，压装速度等数据。

优选的，所述步骤S2具体包括：

压装流程主要是由空行程，即压装曲线大致由三个部分组成，首先是空行程，即快速接近压装目标，接着是压装行程，即电动缸压杆接触零件开始压装目标，最后是回退行程，即压装完毕电动缸压杆回退至初始位置。

优选的，所述点动模式具体操作为：

首先以较高的速度与较小的压力快速接近压装零件，将该时段内速度，压力大小以及停留位置记下，随后在即将接触零件压装表面时停下；

接着将速度调低，并将压力升高随后缓慢接近工件表面开始压装；

当零件压装到给定位置时停止压装，将该时段内速度，压力大小以及停留位置记下，并将电动缸压杆回退到初始位置，将此时得到的曲线设置为模板曲线；

优选的，压装质量曲线分段方法为：

分段方法如下，首先要优先找到压装进程时的曲线，该部分曲线较其他部分会有明显的波动，因此起始点坐标，曲线相对斜率以及压力大小为考察对象，记为sec＝{start,x，f}；

首先在空行程阶段时，曲线压力保持不变即x值只有极小的波动，当x值发生剧烈变化变化时，即进入压装进程，所以从start点到斜率变化点为分段sec₁，而斜率变化点为新的起始点；

从新的起始点出发计算压装行程,在压装行程阶段压力呈稳定上升阶段，当压装阶段结束时，压杆离开零件此时压力f会直接为0，此时从新的起始点到压力f为0点为分段sec₂.在部分压力-位移曲线中未将回退行程描绘，即无压力f为0点时，曲线只分为两个阶段，剩余部分即为回退行程。

优选的，自动模式下的压装质量曲线获取方法如下：

将点动模式下设定的快速接近工件表面的速度与位移记录；

将点动模式下设定的缓慢开始压装时的速度与位移，以及持续时间记录；

将以上记录下的数据输入自动模式编程中，开始自动压装，所得到的曲线为自动模式下压装质量曲线；

优选的，所述弗雷歇距离的计算方式：

首先计算两条曲线之间的欧式距离，得到一个距离矩阵；

得到距离矩阵之间的最小欧式距离与最大欧式距离，以及循环间隔，即最大欧式距离与最小欧式距离之差的百分之一；

将矩阵中大于或等于最小欧式距离的值设为0，小于最小欧式距离的值为1，由此得到一个二值矩阵；

判断二值矩阵中是否存在一条连续的值为1的路径，如果存在，则该最小欧式距离为弗雷歇距离，如果不存在，则将该最小欧氏距离加上循环间隔，再次进行判断，直至出现一条连续路径为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本申请通过对提高电动缸压装质量曲线评估测试精度等方面提出了一种新的解决思路：利用不同压装零件的合格曲线为模板，设定不同模板曲线的合格阈值，通过基于弗雷歇距离的度量算法，与压装作业后的压装质量曲线进行相似度计算，将得到的相似度与设定的阈值进行对比，从而达到评估压装质量曲线是否合格的结果。

附图说明

图1为本发明一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法的软件功能模块图；

图2为本发明一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法的物理层连接图；

图3为本发明一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法的软件流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，包括以下运行流程：

步骤S1、根据要求设定模板曲线以及相似度的阈值，即以手动压装或者零件模板等方式确定需要进行对比的曲线；

步骤S2、根据压装要求设定压力，位移，压装速度等，获得点动模式下的压装曲线；

步骤S3、将点动模式下相对应压力，位移，压装速度等数据设定入自动模式，获得自动模式下的压装曲线，并且将曲线进行分段；

步骤S4、将点动模式下的压装曲线与自动模式下的压装曲线利用弗雷歇距离法进行分段对比；

步骤S5、如果两条曲线每段之间的相似度大于阈值则自动压装曲线压装质量合格，则继续进行下一条曲线对比，如果两条曲线分段之间有任意一段小于阈值则压装质量不合格，继续进行下一条曲线对比。

进一步的，步骤S1具体包括：

在压装作业开始之前，不同压装作业的压装质量有着不同标准，根据对应的标准设定阈值，根据压装流程确定手动压装时需要的压力，位移，压装速度等数据。

进一步的，步骤S2具体包括：

压装流程主要是由空行程，即压装曲线大致由三个部分组成，首先是空行程，即快速接近压装目标，接着是压装行程，即电动缸压杆接触零件开始压装目标，最后是回退行程，即压装完毕电动缸压杆回退至初始位置。

进一步的，点动模式具体操作为：

首先以较高的速度与较小的压力快速接近压装零件，将该时段内速度，压力大小以及停留位置记下，随后在即将接触零件压装表面时停下；

接着将速度调低，并将压力升高随后缓慢接近工件表面开始压装；

当零件压装到给定位置时停止压装，将该时段内速度，压力大小以及停留位置记下，并将电动缸压杆回退到初始位置，将此时得到的曲线设置为模板曲线；

进一步的，压装质量曲线分段方法为：

分段方法如下，首先要优先找到压装进程时的曲线，该部分曲线较其他部分会有明显的波动，因此起始点坐标，曲线相对斜率以及压力大小为考察对象，记为sec＝{start,x，f}；

首先在空行程阶段时，曲线压力保持不变即x值只有极小的波动，当x值发生剧烈变化变化时，即进入压装进程，所以从start点到斜率变化点为分段sec₁，而斜率变化点为新的起始点；

从新的起始点出发计算压装行程,在压装行程阶段压力呈稳定上升阶段，当压装阶段结束时，压杆离开零件此时压力f会直接为0，此时从新的起始点到压力f为0点为分段sec₂.在部分压力-位移曲线中未将回退行程描绘，即无压力f为0点时，曲线只分为两个阶段，剩余部分即为回退行程。

进一步的，自动模式下的压装质量曲线获取方法如下：

将点动模式下设定的快速接近工件表面的速度与位移记录；

将点动模式下设定的缓慢开始压装时的速度与位移，以及持续时间记录；

将以上记录下的数据输入自动模式编程中，开始自动压装，所得到的曲线为自动模式下压装质量曲线；

进一步的，弗雷歇距离的计算方式：

首先计算两条曲线之间的欧式距离，得到一个距离矩阵；

得到距离矩阵之间的最小欧式距离与最大欧式距离，以及循环间隔，即最大欧式距离与最小欧式距离之差的百分之一；

将矩阵中大于或等于最小欧式距离的值设为0，小于最小欧式距离的值为1，由此得到一个二值矩阵；

判断二值矩阵中是否存在一条连续的值为1的路径，如果存在，则该最小欧式距离为弗雷歇距离，如果不存在，则将该最小欧氏距离加上循环间隔，再次进行判断，直至出现一条连续路径为止。

在零件压装结束后，通常需要对压装质量曲线进行评估，常用的评估方法是利用不同类型的监控窗口对其进行评估，但是在实际过程中可能因为曲线出现极其微小的位移和幅度不大的压装力的波动影响评估结果，为了提高对压装质量曲线的评估准确率，利用弗雷歇距离评价电动缸自动压装曲线与模板曲线的相似性得到该次评估是否合格，同时对弗雷歇距离的原始算法进行优化，减少随着测试曲线样本量增加而造成的用时增加，其软件设计模式图如图1所示，包括：

软件编写方面，利用C#编写功能，利用WinForm编写操作界面，基本流程如下，由上位机向电动缸发送压装命令，电动缸接受后开始进行压装作业，并且将压装时的压力，位移，速度等记录并上传至上位机，上位机接受后利用弗雷歇距离法进行评估并得出结果；

系统功能模块图如图2所示，主要是由命令发送，数据传输储存以及数据处理模块组成，具体功能包括：

1.命令发送功能

利用WinForm编写的操作界面，通过ECI2410运动控制卡向电动缸发送压装命令，电动缸上的编码器将计算机语言转换为机械语言，然后开始进行压装作业；

2.数据传输储存功能

在上位机利用运动控制卡发送命令驱动电动缸进行压装作业时，电动缸将压装时的压力通过压力传感器将采集到的压力通过数据采集卡传输至上位机内，而压装时的速度由伺服电机通过编码器传输至上位机内；

面对传输至上位机的数据，利用SqLite数据库进行储存；

3.数据处理功能

将SqLite数据库中的数据封装后，在上位机软件中调用，利用Winform中的Chart控件显示曲线，利用弗雷歇距离法进行评估，得到此次压装质量；

系统物理层连接方式如图3所示，主要设备上电后，当上位机经过运行系统应用程序后，向运动控制卡发出准备信号，以及由釆集控制模块发送来的信号和数据，压力传感器被启动，传感器将采集的模拟信号经过调理，发送到数据采集卡上，并转换为相关数字量，同时伺服驱动器将编码器信号通过差分模块发送到计数器板卡，对数据进行预处理和校验，最后把这些数据发送给上位机，在软件上通过一定的算法转换，以位移数据作为横坐标点，压力数据作为纵坐标，以二维曲线图形显示到用户绘图界面上。当达到行程的结束位置时候，工控机系统应用程序通过运动控制卡向伺服驱动器发送停止和压头退回指令，并将进行合格性判断，如果压装合格，则系统应用程序初始化，否则发送报警信号。最后，将这次采集的数据及曲线信息以数据库的方式进行存储；然后，等待工作人员将下一个压装的产品进放置工作台进行检测；

首先由上位机发送压装命令，电动缸将压装后的数据传输至上位机内，由上位机中的软件对数据进行处理，其中数据处理部分流程具体为：将得到的数据进行分段处理，对分段的曲线进行弗雷歇距离的评估，如果分段曲线中有一段不符合选定阈值，则该曲线即可评估为不合格并发出警告，如果该分段曲线合格则评估下一段曲线，直至全部分段曲线全部评估合格，则该曲线为合格曲线，并将数据存储至数据库内，然后，等待工作人员将下一个压装的产品进放置工作台进行检测。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，其特征在于，包括以下运行流程：

步骤S1、根据要求设定模板曲线以及相似度的阈值，即以手动压装或者零件模板等方式确定需要进行对比的曲线；

步骤S2、根据压装要求设定压力，位移，压装速度等，获得点动模式下的压装曲线；

步骤S3、将点动模式下相对应压力，位移，压装速度等数据设定入自动模式，获得自动模式下的压装曲线，并且将曲线进行分段；

步骤S4、将点动模式下的压装曲线与自动模式下的压装曲线利用弗雷歇距离法进行分段对比；

步骤S5、如果两条曲线每段之间的相似度大于阈值则自动压装曲线压装质量合格，则继续进行下一条曲线对比，如果两条曲线分段之间有任意一段小于阈值则压装质量不合格，继续进行下一条曲线对比。

2.根据权利要求1所述基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

在压装作业开始之前，不同压装作业的压装质量有着不同标准，根据对应的标准设定阈值，根据压装流程确定手动压装时需要的压力，位移，压装速度等数据。

3.根据权利要求1所述基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

压装流程主要是由空行程，即压装曲线大致由三个部分组成，首先是空行程，即快速接近压装目标，接着是压装行程，即电动缸压杆接触零件开始压装目标，最后是回退行程，即压装完毕电动缸压杆回退至初始位置。

4.根据权利要求3所述基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，其特征在于，所述点动模式具体操作为：

首先以较高的速度与较小的压力快速接近压装零件，将该时段内速度，压力大小以及停留位置记下，随后在即将接触零件压装表面时停下；

接着将速度调低，并将压力升高随后缓慢接近工件表面开始压装；

当零件压装到给定位置时停止压装，将该时段内速度，压力大小以及停留位置记下，并将电动缸压杆回退到初始位置，将此时得到的曲线设置为模板曲线。

5.根据权利要求1所述基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，其特征在于，压装质量曲线分段方法为：

分段方法如下，首先要优先找到压装进程时的曲线，该部分曲线较其他部分会有明显的波动，因此起始点坐标，曲线相对斜率以及压力大小为考察对象，记为sec＝{start,x，f}；

首先在空行程阶段时，曲线压力保持不变即x值只有极小的波动，当x值发生剧烈变化变化时，即进入压装进程，所以从start

点到斜率变化点为分段sec¹，而斜率变化点为新的起始点；

从新的起始点出发计算压装行程,在压装行程阶段压力呈稳定上升阶段，当压装阶段结束时，压杆离开零件此时压力f

会直接为0，此时从新的起始点到压力f为0点为分段sec².在部分压力-位移曲线中未将回退行程描绘，即无压力f

为0点时，曲线只分为两个阶段，剩余部分即为回退行程。

6.根据权利要求1所述基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，其特征在于，自动模式下的压装质量曲线获取方法如下：

将点动模式下设定的快速接近工件表面的速度与位移记录；

将点动模式下设定的缓慢开始压装时的速度与位移，以及持续时间记录；

将以上记录下的数据输入自动模式编程中，开始自动压装，所得到的曲线为自动模式下压装质量曲线。

7.根据权利要求1所述基于改进弗雷歇距离法的压装曲线评估方法，其特征在于，所述弗雷歇距离的计算方式：

首先计算两条曲线之间的欧式距离，得到一个距离矩阵；

得到距离矩阵之间的最小欧式距离与最大欧式距离，以及循环间隔，即最大欧式距离与最小欧式距离之差的百分之一；

将矩阵中大于或等于最小欧式距离的值设为0，小于最小欧式距离的值为1，由此得到一个二值矩阵；

判断二值矩阵中是否存在一条连续的值为1的路径，如果存在，则该最小欧式距离为弗雷歇距离，如果不存在，则将该最小欧氏距离加上循环间隔，再次进行判断，直至出现一条连续路径为止。