本發(fā)明涉及壓裝設備領域，具體來說涉及一種基于高端制造與過程監(jiān)控的智能壓裝系統(tǒng)。
背景技術：
壓裝是工業(yè)化制造中的主要工藝之一，廣泛應用于汽車、電子、醫(yī)療器械、電機、家電、包裝等各個行業(yè)的各種壓入、裝配、鉚合等，例如馬達組裝，軸心、軸承壓入，變壓器成型等。高精準自動化的壓裝的方法和設備是提高工業(yè)自動化程度、制造能力，提高制程準確性，生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品的重要內容。
目前壓裝設備通常是采用非標設備定制的方式生產(chǎn)，通常采用PLC(可編程邏輯控制器)來控制設備，但由于受PLC掃描周期、模擬信號采樣頻率等所限，難以實現(xiàn)高精準的全閉環(huán)控制，而且在低于1k采樣頻率的情況下，無法監(jiān)測壓裝過程中力-位移曲線的細微變化。因此，一般情況下，非標壓裝設備，或者采用開環(huán)粗狂式的控制方式，或者采用半閉環(huán)方法，難以實現(xiàn)精準壓裝的控制和監(jiān)測。由于缺少有效的監(jiān)測方法，難以通過工藝的過程監(jiān)測來判別不良品和確保產(chǎn)品品質，不得不在次工序后增加抽檢或全檢工序來做事后的檢測、管控，但事后的檢測多數(shù)情況下僅僅是表觀指標的檢測，即使是全檢也只能檢測出部分的不良品，既浪費大量的人力物力，也難以確保全部產(chǎn)品的品質。
因而設計一種基于高端制造與過程監(jiān)控的智能壓裝系統(tǒng)十分必要。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于高端制造與過程監(jiān)控的智能壓裝系統(tǒng)，可高速同步采集壓裝過程中的拉力/壓力(Y信號)和位移量(X信號)，并對X信號和Y信號快速響應，通過高速的閉環(huán)控制伺服電缸，實現(xiàn)定位、定壓及限壓定位等模式的精準壓裝；同時可監(jiān)測分析Y信號、X信號以及Y-X曲線，按照預先設定的約束條件，實時檢查和評估過程中產(chǎn)品的質量及品質，可在線檢出不良品，最大實現(xiàn)壓裝的精益化。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：
一種基于高端制造與過程監(jiān)控的智能壓裝系統(tǒng)，其特征在于，包括：
用以采集數(shù)據(jù)的位移傳感器和力傳感器；通過位移傳感器和力傳感器采集壓裝過程中的位移量信號和拉力/壓力信號；
與位移傳感器和力傳感器連接的高性能嵌入式處理器，高性能嵌入式處理器根據(jù)主控機指令，控制位移傳感器和力傳感器的采樣頻率、啟動和停止操作，并把采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺貦C；高性能嵌入式處理器通過閉環(huán)方式控制伺服電缸，實現(xiàn)定位、定壓及限壓定位模式的精準壓裝；
主控機；主控機控制所述高性能嵌入式處理器；主控機監(jiān)測分析拉力/壓力信號、位移量信號以及兩者的關系曲線圖，按照預先設定的約束條件，實時檢查和評估過程中產(chǎn)品的質量及品質，在線檢出不良品；
與主控機連接的人機界面、現(xiàn)場總線接口、數(shù)據(jù)存儲單元。
本發(fā)明所述的力傳感器和位移傳感器能夠采集但不僅限于以下傳感器信號中的一種：μV，mV級的微弱電壓信號，V級的模擬信號，電流信號。
本發(fā)明所述設備中可以使用但不限于以下力傳感器：應變片式的拉力、壓力及拉壓力傳感器，壓電晶體傳感器。
本發(fā)明所述設備中可以使用但不限于以下位移傳感器：電阻式，光柵式，磁柵式位移傳感器，磁致伸縮位移傳感器等。
優(yōu)選的，所述力傳感器與儀表放大器連接，用以放大力傳感器的輸入信號；儀表放大器與模數(shù)轉換器連接，將數(shù)據(jù)信號轉換為數(shù)字信號；模數(shù)轉換器與所述高性能嵌入式處理器連接；位移傳感器輸入差分式脈沖信號，位移傳感器與高性能嵌入式處理器直接連接。
優(yōu)選的，位移傳感器和力傳感器的采樣頻率范圍為400Hz～500kHz。
優(yōu)選的，嵌入式控制器控制8～32路并行輸入端口，8～32路并行輸出端口，1～4路RS232/R485/RS422接口，1～4路USB接口，1～2路CAN總線，1～2路工業(yè)以太網(wǎng)。
優(yōu)選的，所述主控機通過USB與嵌入式控制器通訊，通過Profibus-DP或工業(yè)以太網(wǎng)等總線與上位機或服務器通訊，傳輸數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的，所述主控機包括中央控制器CPU、內存、存儲設備。
優(yōu)選的，所述主控機采用32位或64位處理器，雙核以上，主頻不低于400MHz。
優(yōu)選的，所述主控機中采用機械硬盤、固態(tài)硬盤、SD卡、U盤、NAND FLASH或NORFLASH存儲芯片中的一個或多個作為存儲設備，容量不少于1Gb。
優(yōu)選的，人機界面包括輸入設備和輸出設備。
優(yōu)選的，人機界面中的輸入設備可以是鼠標、或鍵盤、或電阻觸摸屏或電容觸摸屏；人機界面中的輸出設備采用液晶顯示屏。
本發(fā)明可高速同步采集壓裝過程中的拉力/壓力信號和位移量信號，并拉力/壓力信號和位移量信號快速響應，通過高速的閉環(huán)控制伺服電缸，實現(xiàn)定位、定壓及限壓定位等模式的精準壓裝；同時可監(jiān)測分析拉力/壓力信號、位移量信號以及兩者的關系曲線圖，按照預先設定的約束條件，實時檢查和評估過程中產(chǎn)品的質量及品質，可在線檢出不良品，最大實現(xiàn)壓裝的精益化。
本發(fā)明的特點可參閱本案圖式及以下較好實施方式的詳細說明而獲得清楚地了解。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的原理框圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例進一步闡述本發(fā)明。
參見圖1，設備主要包括力傳感器10、位移傳感器9、高速模數(shù)轉換器11、伺服電缸系統(tǒng)8、高性能嵌入式處理器6、并行輸出輸入接口5、通訊接口7、主控機3、人機界面1、數(shù)據(jù)存儲2、現(xiàn)場總線4等單元。
主控機3的系統(tǒng)采用ARM A9構架的IMX6Q處理器，核心板上主要包括中央處理器IMX6Q，4G Flash，2G RAM，系統(tǒng)通過SATA接口掛載120G SATA固態(tài)硬盤，主控機運行Linux內核Kernel 3.10.34。主控機運行Windows,Linux或Android等操作系統(tǒng)。主控機軟件是用C++開發(fā)可以實現(xiàn)限制因子等參數(shù)設定、壓裝曲線實時顯示、監(jiān)測結果、數(shù)據(jù)保存等功能，可以預先設定1～32個用于評估裝配過程及產(chǎn)品品質的限制因子，每一個限制因子可以使用X信號、Y信號和時間三個中其中兩個的函數(shù)關系或者某一個的數(shù)值范圍，如果符合條件則該限制因子的結果OK。如果一個裝配過程中采集到的信號符合任何一個限制因子，則整個裝配過程及產(chǎn)品品質評估結果為OK，否則結果為NG。并保存相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)裝配過程的可追溯性。
主控機3通過USB與嵌入式控制器6通訊，通過Profibus-DP或工業(yè)以太網(wǎng)等總線與上位機或服務器通訊，傳輸數(shù)據(jù)。
人機界面1包括工業(yè)級電阻觸摸屏和TFT液晶屏，采用的是京東方10.4吋BA104S01液晶屏，液晶屏和觸摸屏外殼開模外協(xié)加工。人機界面包括輸入設備和輸出設備。人機界面中的輸入設備可以是鼠標、或鍵盤、或電阻觸摸屏或電容觸摸屏；人機界面中的輸出設備采用液晶顯示屏。液晶屏尺寸不小于10吋。
力傳感器10和位移傳感器9能夠采集但不僅限于以下傳感器信號中的一種：μV，mV級的微弱電壓信號，V級的模擬信號，電流信號。設備中可以使用但不限于以下力傳感器：應變片式的拉力、壓力及拉壓力傳感器，壓電晶體傳感器，扭矩傳感器。設備中可以使用但不限于以下位移傳感器：電阻式，光柵式，磁柵式位移傳感器，磁致伸縮位移傳感器，轉角傳感器，傾角傳感器等。位移傳感器和力傳感器的采樣頻率范圍為400Hz～500kHz。
高性能嵌入式處理器6包括基于Cortex M4核的Stm32F427單片機。高性能嵌入式處理器傳感器數(shù)據(jù)接口X通道接光柵式的位移傳感器9，輸入差分式脈沖信號；數(shù)據(jù)采集通道Y接應變式的力傳感器10，輸入的微弱mV信號由儀表放大器INA101放大到0～5V信號，由高速模數(shù)轉換器11轉換IC ADS8330轉變?yōu)閿?shù)字信號,默認采樣頻率20k sps，采集數(shù)據(jù)通過USB總線傳輸?shù)街骺貦C3。高性能嵌入式控制器6還根據(jù)主控機指令，控制8～32路并行輸入端口，8～32路并行輸出端口，1～4路RS232/R485/RS422接口，1～4路USB接口，1～2路CAN總線，1～2路工業(yè)以太網(wǎng)。
高性能嵌入式處理器對位移量信號和拉力/壓力信號的變化可快速響應，在最高采樣頻率500kHz時，嵌入式處理器對傳感器信號的響應時間小于2.8微秒。
采用高性能嵌入式處理器和高速模數(shù)轉換芯片的方式，而非通常的PLC(可編程邏輯控制器)或運動控制器等方式，從而可以實現(xiàn)真正微秒級的響應。
高性能嵌入式處理器根據(jù)主控機指令，控制位移傳感器和力傳感器的采樣頻率、啟動和停止操作，并把采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺貦C；高性能嵌入式處理器通過閉環(huán)方式控制伺服電缸，實現(xiàn)定位、定壓及限壓定位模式的精準壓裝；主控機監(jiān)測分析拉力/壓力信號、位移量信號以及兩者的關系曲線圖，按照預先設定的約束條件，實時檢查和評估過程中產(chǎn)品的質量及品質，在線檢出不良品；最大實現(xiàn)壓裝的精益化。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。