專利名稱：力與位移監(jiān)控裝置以及利用該裝置控制壓裝裝配的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械裝配領(lǐng)域，特別是指一種用于控制壓裝裝配的力與位移監(jiān)控裝置 及其方法。
背景技術(shù)：
通常，在壓裝配合時，例如汽車工業(yè)中常見的齒輪與軸，軸承與殼體等，如果其配 合間隙及或過盈量未達到設(shè)計工藝的要求，可能會導(dǎo)致整個產(chǎn)品的性能不穩(wěn)定，往往會導(dǎo) 致整個昂貴的部件報廢，最終甚至可能導(dǎo)致整個汽車的召回。而這種壓裝配合的質(zhì)量問題 很不容易被發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)中已有采用力與位移監(jiān) 側(cè)儀來發(fā)現(xiàn)壓裝過程中的配合度，例如德國 Kistler公司生產(chǎn)的DMF-P A300型力與位移監(jiān)測裝置。通過力傳感器采集壓裝時力的變 化，通過位移傳感器監(jiān)測壓裝時的位置變化。將力的參數(shù)設(shè)成Y軸，位移參數(shù)設(shè)成X軸，將他 們之間的對應(yīng)關(guān)系生成一條曲線，即產(chǎn)生對應(yīng)配合部件壓裝過程的力與位移的變化曲線， 例如如圖1所示。通過處理器內(nèi)部可編程的程序，來對特定部件的正常壓裝配合曲線定義 公差，并且可以設(shè)置不同的公差窗口，根據(jù)這些公差窗口來對被測試部件的壓裝配合做出 可視化數(shù)值判斷特別是對所施加的力、力的終止位置、過載、壓裝速度、以及曲線斜率等做 出比較和判斷，從而保證整個裝配過程的配合達到設(shè)計要求，并且能夠發(fā)現(xiàn)因為產(chǎn)品零件 加工公差，或者裝配工藝，表面潤滑等問題產(chǎn)生的壓裝質(zhì)量問題。但是上述傳統(tǒng)的壓裝配合監(jiān)測儀尚未提出利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進行真正意義上的實時 控制，因而對壓裝過程仍然有賴于操作者的主動控制，而未能實現(xiàn)自動化控制。因此，確實 需要一種新的能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高壓裝配合效率的自動監(jiān)控技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面目的是提供一種利用力與位移監(jiān)控裝置控制壓裝裝配的方法，使壓 裝過程得以實時精確控制。為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的利用力與位移監(jiān)控裝置進行壓裝控制的方法，主 要包括步驟在壓裝開始即啟動壓裝過程的測量和記錄；將測量得到的力與位移值進行關(guān) 聯(lián)，得出其相關(guān)曲線并予以保存；基于對多個正常壓裝試驗進行實際測量所獲得的力與位 移相關(guān)曲線，計算得出其標準化的參考曲線；每次進行壓裝時，將動態(tài)測量的力與位移相關(guān) 曲線與上述標準化的參考曲線相比較，輸出相應(yīng)的PWM控制信號，用于控制壓裝執(zhí)行機構(gòu)； 以及由所述執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)該PWM控制信號來調(diào)節(jié)壓裝的力和速度，使壓裝過程在按照標準 化的參考曲線所定義的范圍內(nèi)進行。本發(fā)明另一方面目的是提供一種控制壓裝裝配的力與位移監(jiān)控裝置，包括力傳感 器、位移傳感器、輸入/輸出、主控單元、顯示裝置、操作鍵盤、以及電源，其中力傳感器用于 測量壓裝過程中的壓力值，位移傳感器用于測量壓裝零件的位移，所述顯示裝置包括LCD 顯示屏、LED狀態(tài)顯示燈；所述主控單元為單片機，包括CPU處理器、內(nèi)存、存儲器、以及存儲于數(shù)據(jù)存儲器中的應(yīng)用。所述主控單元包括將在壓裝過程中測量得到的力與位移值進行關(guān)聯(lián)得出其相關(guān)曲線的裝置；將對多個正常壓裝試驗進行實際測量所獲得的力與位移相關(guān)曲 線進行標準化的裝置；在壓裝過程中，將動態(tài)測量的力與位移相關(guān)曲線與經(jīng)試驗取得的標 準化相關(guān)性曲線相比較的裝置；以及控制信號生成裝置，用于根據(jù)上述的比較結(jié)果，輸出相 應(yīng)的PWM控制信號，以便調(diào)節(jié)壓裝的力和速度，使壓裝過程在按照標準化的參考曲線所定 義的范圍內(nèi)進行。所述存儲器包括記錄測量得到的力與位移相關(guān)曲線的單元以及計算得出 的標準化參考曲線的單元。本發(fā)明的優(yōu)勢在于通過測量模塊實時測量壓裝過程的力與位移相關(guān)曲線，并將實 際測得的曲線實時與標準化的參考曲線相比較，計算出控制信號來調(diào)節(jié)壓裝的力和速度， 從而按照理想的標準化參考曲線來實施壓裝，實現(xiàn)壓裝裝配的精確實時控制，極大地提高 了工藝質(zhì)量和加工效率。


圖1為舉例說明對應(yīng)于壓裝過程的力與位移的相關(guān)曲線示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明具體實施例的力與位移監(jiān)控裝置的系統(tǒng)框圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的力與位移監(jiān)控裝置根據(jù)若干參考曲線模擬生產(chǎn)標準化曲線 的示意圖；圖4為描述轉(zhuǎn)子壓裝過程的力與位移相關(guān)曲線，舉例說明1型公差窗口的應(yīng)用；圖5A-5B為描述轉(zhuǎn)子壓裝過程的力與位移相關(guān)曲線，舉例說明2型公差窗口的應(yīng) 用；以及圖6為可編程公差窗口的幾種示例性舉例。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明用于控制壓裝裝配的力與位移監(jiān)控裝置如圖2的框圖所示，主要包括力傳 感器、位移傳感器、輸入/輸出、主控單元、顯示裝置、控制鍵盤、以及電源。其中，力傳感器， 用于測量壓裝過程中的壓力值，可以采用例如應(yīng)變片式力傳感器或其它任何適合的力傳感 器；位移傳感器，用于測量壓裝零件的位移，可以采用例如電阻式位移傳感器或增量式磁柵 位移傳感器等；傳感器信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過輸入被傳遞給主控單元進行處理。主控單 元采用單片機，包括CPU處理器、內(nèi)存、存儲器、以及保存于存儲器中的各種應(yīng)用。根據(jù)本發(fā) 明的力與位移監(jiān)控裝置可選擇通過各種接口連接外部設(shè)備，包括但不只限于，例如I/O接 口、Profibus接口以及RS232接口。顯示裝置可包括IXD顯示屏以及LED狀態(tài)顯示燈?？?制鍵盤可包括但不限于薄膜鍵盤、觸摸式屏幕鍵盤等。下面以轉(zhuǎn)子的壓裝過程作為舉例，介紹本發(fā)明利用力與位移監(jiān)控裝置控制轉(zhuǎn)子壓 裝裝配過程的方法。在研發(fā)過程中通過對正常的轉(zhuǎn)子壓裝配合進行若干次試驗后，取得若干力與位移 相關(guān)的參考曲線，如圖3中的實測曲線a和曲線b，然后基于所得出的實測曲線計算出模擬 的標準化曲線N，通過試驗取得產(chǎn)品加工的工藝數(shù)據(jù)如下在保證將轉(zhuǎn)子軸壓入到轉(zhuǎn)子中 時，壓入距離應(yīng)保證在34. 7+/-0. 1mm，在整個過程中，壓力必須大于15KN，小于20KN，就算合格。在試驗過程中，首先，我們在程序上設(shè)置預(yù)設(shè)的1型公差窗口如圖4所示， 描述了轉(zhuǎn)子壓裝過程的力與位移相關(guān)曲線，其中設(shè)定最大位移及最小位移分別是Smax = 34. 8mm, Smin = 34. 6mm ；然后，再在程序上設(shè)置2型公差窗口▲設(shè)定最大壓力及最小壓
力分別為Fmax = 20KN, Fmin = 15KN，分別如圖5A至圖5B所示。在正常操作時，如果測量到的位移落在1型公差窗 口的條件內(nèi)，即H ^ I表明位移合格，如果超出或者沒有達到要求，如果測量到的位
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移落在ι型公差窗□的條件之外，即如I )丨I或者則作為不
、9
合格判定。同時，本發(fā)明也對2型公差窗口進行判斷，圖5A-5B為描述轉(zhuǎn)子壓裝過程的力與位 移相關(guān)曲線，舉例說明2型公差窗口的應(yīng)用；如果壓裝力在2型的公差窗口條件內(nèi)產(chǎn) f\表示位移合格。如果超出或者沒有達到要求，χ 7 在則作為不合格。圖6所示，為根據(jù)本發(fā)明的可編程公差窗口的幾種示例性舉例。利用本發(fā)明的力與位移監(jiān)控裝置通過以下操作可以監(jiān)控壓裝過程，并且判斷是否 超差，具體步驟如下-壓裝轉(zhuǎn)子開始即啟動壓裝過程的測量和記錄；-將測量得到的力與位移值進行關(guān)聯(lián)，得出其相關(guān)曲線并予以保存；-基于對多個正常壓裝試驗進行實際測量所獲得的力與位移相關(guān)曲線，計算得出 其標準化的參考曲線；-每次進行壓裝時，將動態(tài)測量的力與位移相關(guān)曲線與上述標準化的參考曲線相 比較，輸出相應(yīng)的PWM控制信號，用于控制壓裝執(zhí)行機構(gòu)；以及-由所述執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)該PWM控制信號來調(diào)節(jié)壓裝的力和速度，使壓裝過程在按 照標準化的參考曲線所定義的范圍內(nèi)進行。根據(jù)上述原理，本發(fā)明的力與位移監(jiān)控裝置的主控單元包括將在壓裝過程中測量 得到的力與位移值進行關(guān)聯(lián)得出其相關(guān)曲線的裝置；將對多個正常壓裝試驗進行實際測量 所獲得的力與位移相關(guān)曲線進行標準化的裝置；在壓裝過程中，將動態(tài)測量的力與位移相 關(guān)曲線與經(jīng)試驗取得的標準化相關(guān)性曲線相比較的裝置；以及控制信號生成裝置，用于根 據(jù)上述的比較結(jié)果，輸出相應(yīng)的PWM控制信號，以便調(diào)節(jié)壓裝的力和速度，使壓裝過程在按 照標準化的參考曲線所定義的范圍內(nèi)進行。另外，存儲器包括記錄測量得到的力與位移相 關(guān)曲線的單元以及計算得出的標準化參考曲線的單元。本發(fā)明通過實時測量壓裝過程的力與位移相關(guān)曲線，并將實際測得的數(shù)據(jù)與標準 化的參考曲線實時進行相比較，根據(jù)判斷窗體的條件計算得出相應(yīng)的控制信號來調(diào)節(jié)壓裝 的力和速度，從而按照理想的標準化參考曲線所定義的范圍來實施壓裝，實現(xiàn)壓裝裝配的精確實時控制，極大地提高了工藝質(zhì)量和加工效率。本發(fā)明可以在硬件，軟件或者兩者的結(jié)合中實現(xiàn)。一種典型的硬件和軟件的結(jié)合可以是一臺通用的計算機系統(tǒng)，具有一種計算機程序，當(dāng)該程序被載入并執(zhí)行時，控制該計 算機系統(tǒng)實現(xiàn)本文所述的方法。按照本發(fā)明的具體實施例的方法可以用集中的方式在一臺 計算機上實現(xiàn)，也可以用分布方式實現(xiàn)，不同的元件分布在幾臺相互聯(lián)通的計算機系統(tǒng)中 來實現(xiàn)。本發(fā)明的方法能嵌入于一個計算機程序當(dāng)中，其包含所有能夠?qū)崿F(xiàn)本文所述方法 的所有特征，當(dāng)該程序載入到計算機系統(tǒng)中時能實現(xiàn)這些方法。本文中的計算機程序、軟 件、或者軟件應(yīng)用指任一種語言、代碼或者符號的一套指令的任一表達，用于使計算機系統(tǒng) 具有信息處理能力以直接或事后或兩者兼而有之地實現(xiàn)以下兩種特定功能a)轉(zhuǎn)換為另 一種語言、代碼、或者符號；b)以不同的物質(zhì)形式復(fù)制。然而，任何適合實現(xiàn)本文在此所描 述的方法的計算機系統(tǒng)或者其他設(shè)備都可以適用。盡管上面通過舉例說明，已經(jīng)描述了本發(fā)明較佳的具體實施方式
，本發(fā)明的保護 范圍并不僅限于上述說明，而是由所附的權(quán)利要求給出的所有技術(shù)特征及其等同技術(shù)特征 來定義。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以理解的是，在不背離本發(fā)明所教導(dǎo)的實質(zhì)和精髓前提下， 任何修改和變化可能仍落在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用力與位移監(jiān)控裝置進行壓裝控制的方法，主要包括步驟 在壓裝開始即啟動壓裝過程的測量和記錄； 將測量得到的力與位移值進行關(guān)聯(lián)，得出其相關(guān)曲線并予以保存； 基于對多個正常壓裝試驗進行實際測量所獲得的力與位移相關(guān)曲線，計算得出其標準化的參考曲線； 每次進行壓裝時，將動態(tài)測量的力與位移相關(guān)曲線與上述標準化的參考曲線相比較，輸出相應(yīng)的PWM控制信號，用于控制壓裝執(zhí)行機構(gòu)；以及 由所述執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)該PWM控制信號來調(diào)節(jié)壓裝的力和速度，使壓裝過程在按照標準化的參考曲線所定義的范圍內(nèi)進行。
2.一種控制壓裝裝配的力與位移監(jiān)控裝置，包括力傳感器、位移傳感器、輸入/輸出、 主控單元、顯示裝置、操作鍵盤、以及電源，其中力傳感器用于測量壓裝過程中的壓力值，位 移傳感器用于測量壓裝零件的位移，所述顯示裝置包括LCD顯示屏、LED狀態(tài)顯示燈；所述 主控單元為單片機，包括CPU處理器、內(nèi)存、存儲器、以及存儲于數(shù)據(jù)存儲器中的應(yīng)用；其特 征在于所述主控單元包括將在壓裝過程中測量得到的力與位移值進行關(guān)聯(lián)得出其相關(guān)曲線的裝置； 將對多個正常壓裝試驗進行實際測量所獲得的力與位移相關(guān)曲線進行標準化的裝置；在壓裝過程中，將動態(tài)測量的力與位移相關(guān)曲線與經(jīng)試驗取得的標準化相關(guān)性曲線相 比較的裝置；以及控制信號生成裝置，用于根據(jù)上述的比較結(jié)果，輸出相應(yīng)的PWM控制信號，以便調(diào)節(jié)壓 裝的力和速度，使壓裝過程在按照標準化的參考曲線所定義的范圍內(nèi)進行；所述存儲器包括記錄測量得到的力與位移相關(guān)曲線的單元以及計算得出的標準化參 考曲線的單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的力與位移監(jiān)控裝置，其特征在于所述操作鍵盤為薄膜鍵盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的力與位移監(jiān)控裝置，其特征在于所述操作鍵盤為觸摸式屏幕鍵盤。
全文摘要
一種力與位移監(jiān)控裝置及方法，該裝置包括力/位移傳感器用于測量壓裝壓力及壓裝零件的位移，主控單元具有將在壓裝過程中測得的力與位移值相關(guān)聯(lián)的裝置；將對多個正常壓裝試驗所測得的力與位移相關(guān)曲線進行標準化的裝置；將動態(tài)測量的力與位移相關(guān)曲線與經(jīng)試驗取得的標準化相關(guān)曲線相比較的裝置以及控制信號生成裝置；具體步驟包括在壓裝開始即啟動壓裝過程的測量和記錄；將測得的力與位移值相關(guān)聯(lián)得到相關(guān)曲線并予以保存；基于對多個正常壓裝試驗所測得的力與位移相關(guān)曲線，計算得出其標準化的參考曲線；在壓裝時，將動態(tài)測得的力與位移相關(guān)曲線與上述標準化的參考曲線相比較，輸出相應(yīng)的控制信號用于控制壓裝執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)壓裝的力和速度。
文檔編號G05B19/048GK101937203SQ20101022691
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者潘延慶 申請人:上海洋航機電設(shè)備有限公司