一種電子壓裝機(jī)專(zhuān)用控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓裝機(jī)專(zhuān)用控制器及控制方法，屬于裝備制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在零部件生產(chǎn)過(guò)程中，采用壓裝機(jī)進(jìn)行裝配是常用的手段，如軸類(lèi)裝配、銷(xiāo)釘裝配等。傳統(tǒng)的機(jī)械、液壓或氣液增力型壓裝設(shè)備，由于壓裝力和壓裝位移不能準(zhǔn)確控制，在汽車(chē)零部件、電子、家電等行業(yè)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)高精度裝配的需求。電子壓裝機(jī)采用交流伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，配合精密行星齒輪減速機(jī)帶動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品壓裝，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。電子壓裝機(jī)不但能產(chǎn)生準(zhǔn)確的壓裝位移和壓裝力，還能夠?qū)崿F(xiàn)壓裝過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)與評(píng)估，極大的提高產(chǎn)品的合格率，是壓裝機(jī)未來(lái)的發(fā)展方向。目前國(guó)產(chǎn)電子壓裝機(jī)，多采用PLC+伺服系統(tǒng)模式，這種電子壓裝機(jī)雖然成本低，但由于PLC運(yùn)動(dòng)控制性能較弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)壓裝過(guò)程的最優(yōu)控制，且工藝適應(yīng)性、柔性較差；國(guó)外企業(yè)由于研發(fā)實(shí)力強(qiáng)，多采用控制、檢測(cè)、伺服驅(qū)動(dòng)一體化的控制器模式，性能穩(wěn)定，功能完善，但價(jià)格昂貴；無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是進(jìn)口電子壓裝機(jī)，對(duì)壓裝結(jié)果的判定都是通過(guò)對(duì)幾個(gè)特定位移的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，無(wú)法實(shí)時(shí)顯示壓力一位移曲線，更不能全面反映壓裝過(guò)程壓力一位移的變化，可能會(huì)導(dǎo)致不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)，雖然可以額外配置昂貴的專(zhuān)用壓力一位移監(jiān)測(cè)器或基于PC機(jī)的專(zhuān)用壓力位移監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)，但無(wú)疑會(huì)大幅度增加企業(yè)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述【背景技術(shù)】中電子壓裝機(jī)存在的不足，本發(fā)明提出一種電子壓裝機(jī)專(zhuān)用控制器，內(nèi)嵌適應(yīng)壓裝機(jī)壓裝過(guò)程的優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法，不僅能實(shí)現(xiàn)壓力、位移的準(zhǔn)確控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)壓裝過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和壓力-位移曲線的實(shí)時(shí)采集與顯示，且成本低廉。具體技術(shù)方案如下:
[0004]—種電子壓裝機(jī)專(zhuān)用控制器，包括:控制模塊、接口模塊、存儲(chǔ)模塊和傳感器模塊；所述接口模塊和所述存儲(chǔ)模塊均與所述控制模塊相連；所述傳感器模塊與所述接口模塊相連；所述傳感器模塊用于采集電子壓裝機(jī)的壓裝信息并通過(guò)所述接口模塊傳遞給所述控制模塊；所述控制模塊根據(jù)壓裝信息進(jìn)行運(yùn)算處理后輸出控制信息并通過(guò)所述接口模塊傳遞給電子壓裝機(jī)；所述接口模塊還用于和外圍設(shè)備進(jìn)行交互；所述存儲(chǔ)模塊用于保存采集的壓裝信息數(shù)據(jù)。
[0005]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述控制模塊包括ARM微控制器和FPGA模塊，所述ARM微控制器通過(guò)總線連接FPGA模塊，所述FPGA模塊在所述ARM微控制器的配合下通過(guò)內(nèi)嵌算法實(shí)現(xiàn)對(duì)壓裝機(jī)的控制。
[0006]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述內(nèi)嵌算法采用模糊神經(jīng)網(wǎng)路PID專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制算法。
[0007]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述ARM微控制器采用ARMCortex_M7架構(gòu)芯片。
[0008]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述接口模塊包括A/D接口、D/A接口、數(shù)字1/0、伺服接口、USB接口、以太網(wǎng)接口以及觸摸屏接口 ；所述A/D接口一端連接ARM微控制器、另一端連接傳感器模塊，所述D/A接口一端連接ARM微控制器、另一端連接電子壓裝機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服接口一端連接FPGA模塊、另一端連接伺服驅(qū)動(dòng)器，所述USB接口的一端和所述以太網(wǎng)接口的一端均連接ARM微控制器、所述USB接口的另一端和所述以太網(wǎng)接口的另一端均連接上位機(jī)，所述觸摸屏接口一端連接ARM微控制器、另一端連接觸摸屏，所述數(shù)字I/O用于連接開(kāi)關(guān)按鈕、指示燈以及上位機(jī)的開(kāi)關(guān)量通道。
[0009]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述傳感器模塊包括壓力傳感器和位移傳感器；所述壓力傳感器安裝在下模具上，所述位移傳感器安裝在上模具上。
[0010]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述位移傳感器采用磁尺或者光柵尺；所述壓力傳感器為應(yīng)變片式傳感器。
[0011]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述存儲(chǔ)模塊為Flash ROM和SRAM。
[0012]基于上述控制器，本發(fā)明還提出了一種電子壓裝機(jī)的控制方法，包括如下步驟:
[0013]步驟1，通過(guò)通信接口與上位機(jī)連接，利用上位機(jī)配套編程軟件或觸摸屏創(chuàng)建加工程序，設(shè)置壓裝參數(shù)，所述參數(shù)包括位移、壓力，并選擇合適的判定方法；也可以直接通過(guò)觸摸屏進(jìn)行操作；
[0014]步驟2，開(kāi)始?jí)貉b，專(zhuān)用控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)伸縮桿快速下壓，當(dāng)壓力傳感器探測(cè)到壓頭與工件接觸，專(zhuān)用控制器控制壓裝速度迅速降低，開(kāi)始將一個(gè)工件壓入到另一工件中；
[0015]步驟3，壓裝完成，壓頭上升到初始位置，同時(shí)觸摸屏顯示壓裝結(jié)果，并將檢測(cè)到的壓力、位移數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0016]作為優(yōu)選技術(shù)方案，
[0017]步驟2還包括:壓力傳感器和位移傳感器不斷采集信號(hào)給控制模塊，控制模塊一方面根據(jù)壓力、位移信號(hào)，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法不斷調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、另一方面將壓力、位移信號(hào)與設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，以判斷壓裝是否合格，同時(shí)將壓力、位移信號(hào)以曲線形式實(shí)時(shí)顯示到觸摸屏。。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0019](1)采用ARM+FPGA的嵌入式結(jié)構(gòu)，可以運(yùn)行復(fù)雜的專(zhuān)用控制算法，實(shí)現(xiàn)PLC無(wú)法完成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制。
[0020](2)可以實(shí)現(xiàn)壓裝過(guò)程壓力、位移的全程精準(zhǔn)測(cè)控，并實(shí)現(xiàn)壓力一位移曲線的實(shí)時(shí)顯示與歷史記錄。
[0021](3)壓裝結(jié)果判定方法多樣，適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性好。
[0022](4)設(shè)備成本低，競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明應(yīng)用的電子壓裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的模塊框圖；
[0025]圖3為本發(fā)明采用的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID原理結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖4為本發(fā)明采用的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制原理圖。
[0027]圖中標(biāo)記:1、伺服電機(jī)，2、減速機(jī)，3、伸縮桿，4、位移傳感器，5、壓頭，6、工件，7、壓力傳感器，8、專(zhuān)用控制器，9、伺服驅(qū)動(dòng)器，10、電控箱，11、觸摸屏，12、機(jī)架，13、固定座。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]圖1所示，伺服電機(jī)1、減速機(jī)2、伸縮桿3和壓頭5構(gòu)成壓裝動(dòng)力機(jī)構(gòu)；伺服電機(jī)1通過(guò)固定座13安裝在機(jī)架12上；專(zhuān)用控制器8、伺服驅(qū)動(dòng)器9 一起安裝在電控箱10內(nèi)(本發(fā)明中電控箱為鐵盒子)，通過(guò)專(zhuān)用接口與伺服電機(jī)1、位移傳感器4、壓力傳感器7、觸摸屏11等連接。
[0030]作為優(yōu)選，所述位移傳感器4可以是光柵尺，也可以采用磁尺，光柵尺是數(shù)字式的傳感器，需要通過(guò)接口傳給FPGA進(jìn)行解碼，磁尺是模擬量的，需要通過(guò)A/D通道輸入，具體根據(jù)用戶(hù)精度要求選定，如果采用光柵尺需要與專(zhuān)用控制器8的正交編碼接口相連，如果采用磁尺需要與專(zhuān)用控制器8的模擬量專(zhuān)用接口相連。所述壓力傳感器安裝在下模具上，所述位移傳感器安裝在上模具上，所述壓力傳感器為應(yīng)變片式傳感器。
[0031]如圖2所示，本發(fā)明以AIMCortex-M7架構(gòu)芯片為核心，以SRAM和Flash ROM為存儲(chǔ)設(shè)備，組成微處理器模塊。具體包括:ARM微控制器(如STM32F7)，F(xiàn)PGA模塊、A/D接口模塊、D/A接口模塊、數(shù)字I/O模塊、伺服接口模塊、通信接口模塊、觸摸屏接口模塊等。
[0032]所述ARM微控制器通過(guò)A/D接口模塊、D/A接口模塊、數(shù)字I/O模塊和通信模塊等與壓裝機(jī)上的按鈕(啟動(dòng)、復(fù)位、急停按鈕)、傳感器(包括壓力傳感器和位移傳感器)、上位機(jī)或觸摸屏等相連，用于實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的高速采集、運(yùn)算、壓裝過(guò)程壓力-位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、判斷和顯示，以及與上位機(jī)的通訊與系統(tǒng)管理等，并實(shí)現(xiàn)與FPGA模塊運(yùn)動(dòng)控制功能的協(xié)作；與所述ARM微控制器通過(guò)高速總線相連的FPGA模塊是運(yùn)動(dòng)控制的核心，其通過(guò)伺服接口模塊與伺服驅(qū)動(dòng)器相連，在所述ARM微控制器的配合下通過(guò)內(nèi)嵌模糊神經(jīng)網(wǎng)路PID專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的速度、加速度、轉(zhuǎn)矩和位移等控制，并實(shí)現(xiàn)光柵尺A、