专利名称：力与位移监控装置以及利用该装置控制压装装配的方法
技术领域：
本发明涉及机械装配领域，特别是指一种用于控制压装装配的力与位移监控装置 及其方法。
背景技术：
通常，在压装配合时，例如汽车工业中常见的齿轮与轴，轴承与壳体等，如果其配 合间隙及或过盈量未达到设计工艺的要求，可能会导致整个产品的性能不稳定，往往会导 致整个昂贵的部件报废，最终甚至可能导致整个汽车的召回。而这种压装配合的质量问题 很不容易被发现。现有技术中已有采用力与位移监 侧仪来发现压装过程中的配合度，例如德国 Kistler公司生产的DMF-P A300型力与位移监测装置。通过力传感器采集压装时力的变 化，通过位移传感器监测压装时的位置变化。将力的参数设成Y轴，位移参数设成X轴，将他 们之间的对应关系生成一条曲线，即产生对应配合部件压装过程的力与位移的变化曲线， 例如如图1所示。通过处理器内部可编程的程序，来对特定部件的正常压装配合曲线定义 公差，并且可以设置不同的公差窗口，根据这些公差窗口来对被测试部件的压装配合做出 可视化数值判断特别是对所施加的力、力的终止位置、过载、压装速度、以及曲线斜率等做 出比较和判断，从而保证整个装配过程的配合达到设计要求，并且能够发现因为产品零件 加工公差，或者装配工艺，表面润滑等问题产生的压装质量问题。但是上述传统的压装配合监测仪尚未提出利用监测数据进行真正意义上的实时 控制，因而对压装过程仍然有赖于操作者的主动控制，而未能实现自动化控制。因此，确实 需要一种新的能够克服现有技术的不足，提高压装配合效率的自动监控技术。
发明内容
本发明一方面目的是提供一种利用力与位移监控装置控制压装装配的方法，使压 装过程得以实时精确控制。为实现上述目的，根据本发明的利用力与位移监控装置进行压装控制的方法，主 要包括步骤在压装开始即启动压装过程的测量和记录；将测量得到的力与位移值进行关 联，得出其相关曲线并予以保存；基于对多个正常压装试验进行实际测量所获得的力与位 移相关曲线，计算得出其标准化的参考曲线；每次进行压装时，将动态测量的力与位移相关 曲线与上述标准化的参考曲线相比较，输出相应的PWM控制信号，用于控制压装执行机构； 以及由所述执行机构根据该PWM控制信号来调节压装的力和速度，使压装过程在按照标准 化的参考曲线所定义的范围内进行。本发明另一方面目的是提供一种控制压装装配的力与位移监控装置，包括力传感 器、位移传感器、输入/输出、主控单元、显示装置、操作键盘、以及电源，其中力传感器用于 测量压装过程中的压力值，位移传感器用于测量压装零件的位移，所述显示装置包括LCD 显示屏、LED状态显示灯；所述主控单元为单片机，包括CPU处理器、内存、存储器、以及存储于数据存储器中的应用。所述主控单元包括将在压装过程中测量得到的力与位移值进行关联得出其相关曲线的装置；将对多个正常压装试验进行实际测量所获得的力与位移相关曲 线进行标准化的装置；在压装过程中，将动态测量的力与位移相关曲线与经试验取得的标 准化相关性曲线相比较的装置；以及控制信号生成装置，用于根据上述的比较结果，输出相 应的PWM控制信号，以便调节压装的力和速度，使压装过程在按照标准化的参考曲线所定 义的范围内进行。所述存储器包括记录测量得到的力与位移相关曲线的单元以及计算得出 的标准化参考曲线的单元。本发明的优势在于通过测量模块实时测量压装过程的力与位移相关曲线，并将实 际测得的曲线实时与标准化的参考曲线相比较，计算出控制信号来调节压装的力和速度， 从而按照理想的标准化参考曲线来实施压装，实现压装装配的精确实时控制，极大地提高 了工艺质量和加工效率。
图1为举例说明对应于压装过程的力与位移的相关曲线示意图；图2为根据本发明具体实施例的力与位移监控装置的系统框图；图3为根据本发明的力与位移监控装置根据若干参考曲线模拟生产标准化曲线 的示意图；图4为描述转子压装过程的力与位移相关曲线，举例说明1型公差窗口的应用；图5A-5B为描述转子压装过程的力与位移相关曲线，举例说明2型公差窗口的应 用；以及图6为可编程公差窗口的几种示例性举例。
具体实施例方式以下结合附图详细描述本发明的具体实施方式
。本发明用于控制压装装配的力与位移监控装置如图2的框图所示，主要包括力传 感器、位移传感器、输入/输出、主控单元、显示装置、控制键盘、以及电源。其中，力传感器， 用于测量压装过程中的压力值，可以采用例如应变片式力传感器或其它任何适合的力传感 器；位移传感器，用于测量压装零件的位移，可以采用例如电阻式位移传感器或增量式磁栅 位移传感器等；传感器信号经过模数转换后通过输入被传递给主控单元进行处理。主控单 元采用单片机，包括CPU处理器、内存、存储器、以及保存于存储器中的各种应用。根据本发 明的力与位移监控装置可选择通过各种接口连接外部设备，包括但不只限于，例如I/O接 口、Profibus接口以及RS232接口。显示装置可包括IXD显示屏以及LED状态显示灯。控 制键盘可包括但不限于薄膜键盘、触摸式屏幕键盘等。下面以转子的压装过程作为举例，介绍本发明利用力与位移监控装置控制转子压 装装配过程的方法。在研发过程中通过对正常的转子压装配合进行若干次试验后，取得若干力与位移 相关的参考曲线，如图3中的实测曲线a和曲线b，然后基于所得出的实测曲线计算出模拟 的标准化曲线N，通过试验取得产品加工的工艺数据如下在保证将转子轴压入到转子中 时，压入距离应保证在34. 7+/-0. 1mm，在整个过程中，压力必须大于15KN，小于20KN，就算合格。在试验过程中，首先，我们在程序上设置预设的1型公差窗口如图4所示， 描述了转子压装过程的力与位移相关曲线，其中设定最大位移及最小位移分别是Smax = 34. 8mm, Smin = 34. 6mm ；然后，再在程序上设置2型公差窗口▲设定最大压力及最小压
力分别为Fmax = 20KN, Fmin = 15KN，分别如图5A至图5B所示。在正常操作时，如果测量到的位移落在1型公差窗 口的条件内，即H ^ I表明位移合格，如果超出或者没有达到要求，如果测量到的位
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移落在ι型公差窗□的条件之外，即如I )丨I或者则作为不
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合格判定。同时，本发明也对2型公差窗口进行判断，图5A-5B为描述转子压装过程的力与位 移相关曲线，举例说明2型公差窗口的应用；如果压装力在2型的公差窗口条件内产 f\表示位移合格。如果超出或者没有达到要求，χ 7 在则作为不合格。图6所示，为根据本发明的可编程公差窗口的几种示例性举例。利用本发明的力与位移监控装置通过以下操作可以监控压装过程，并且判断是否 超差，具体步骤如下-压装转子开始即启动压装过程的测量和记录；-将测量得到的力与位移值进行关联，得出其相关曲线并予以保存；-基于对多个正常压装试验进行实际测量所获得的力与位移相关曲线，计算得出 其标准化的参考曲线；-每次进行压装时，将动态测量的力与位移相关曲线与上述标准化的参考曲线相 比较，输出相应的PWM控制信号，用于控制压装执行机构；以及-由所述执行机构根据该PWM控制信号来调节压装的力和速度，使压装过程在按 照标准化的参考曲线所定义的范围内进行。根据上述原理，本发明的力与位移监控装置的主控单元包括将在压装过程中测量 得到的力与位移值进行关联得出其相关曲线的装置；将对多个正常压装试验进行实际测量 所获得的力与位移相关曲线进行标准化的装置；在压装过程中，将动态测量的力与位移相 关曲线与经试验取得的标准化相关性曲线相比较的装置；以及控制信号生成装置，用于根 据上述的比较结果，输出相应的PWM控制信号，以便调节压装的力和速度，使压装过程在按 照标准化的参考曲线所定义的范围内进行。另外，存储器包括记录测量得到的力与位移相 关曲线的单元以及计算得出的标准化参考曲线的单元。本发明通过实时测量压装过程的力与位移相关曲线，并将实际测得的数据与标准 化的参考曲线实时进行相比较，根据判断窗体的条件计算得出相应的控制信号来调节压装 的力和速度，从而按照理想的标准化参考曲线所定义的范围来实施压装，实现压装装配的精确实时控制，极大地提高了工艺质量和加工效率。本发明可以在硬件，软件或者两者的结合中实现。一种典型的硬件和软件的结合可以是一台通用的计算机系统，具有一种计算机程序，当该程序被载入并执行时，控制该计 算机系统实现本文所述的方法。按照本发明的具体实施例的方法可以用集中的方式在一台 计算机上实现，也可以用分布方式实现，不同的元件分布在几台相互联通的计算机系统中 来实现。本发明的方法能嵌入于一个计算机程序当中，其包含所有能够实现本文所述方法 的所有特征，当该程序载入到计算机系统中时能实现这些方法。本文中的计算机程序、软 件、或者软件应用指任一种语言、代码或者符号的一套指令的任一表达，用于使计算机系统 具有信息处理能力以直接或事后或两者兼而有之地实现以下两种特定功能a)转换为另 一种语言、代码、或者符号；b)以不同的物质形式复制。然而，任何适合实现本文在此所描 述的方法的计算机系统或者其他设备都可以适用。尽管上面通过举例说明，已经描述了本发明较佳的具体实施方式
，本发明的保护 范围并不仅限于上述说明，而是由所附的权利要求给出的所有技术特征及其等同技术特征 来定义。本领域一般技术人员可以理解的是，在不背离本发明所教导的实质和精髓前提下， 任何修改和变化可能仍落在本发明权利要求的保护范围之内。
权利要求
一种利用力与位移监控装置进行压装控制的方法，主要包括步骤 在压装开始即启动压装过程的测量和记录； 将测量得到的力与位移值进行关联，得出其相关曲线并予以保存； 基于对多个正常压装试验进行实际测量所获得的力与位移相关曲线，计算得出其标准化的参考曲线； 每次进行压装时，将动态测量的力与位移相关曲线与上述标准化的参考曲线相比较，输出相应的PWM控制信号，用于控制压装执行机构；以及 由所述执行机构根据该PWM控制信号来调节压装的力和速度，使压装过程在按照标准化的参考曲线所定义的范围内进行。
2.一种控制压装装配的力与位移监控装置，包括力传感器、位移传感器、输入/输出、 主控单元、显示装置、操作键盘、以及电源，其中力传感器用于测量压装过程中的压力值，位 移传感器用于测量压装零件的位移，所述显示装置包括LCD显示屏、LED状态显示灯；所述 主控单元为单片机，包括CPU处理器、内存、存储器、以及存储于数据存储器中的应用；其特 征在于所述主控单元包括将在压装过程中测量得到的力与位移值进行关联得出其相关曲线的装置； 将对多个正常压装试验进行实际测量所获得的力与位移相关曲线进行标准化的装置；在压装过程中，将动态测量的力与位移相关曲线与经试验取得的标准化相关性曲线相 比较的装置；以及控制信号生成装置，用于根据上述的比较结果，输出相应的PWM控制信号，以便调节压 装的力和速度，使压装过程在按照标准化的参考曲线所定义的范围内进行；所述存储器包括记录测量得到的力与位移相关曲线的单元以及计算得出的标准化参 考曲线的单元。
3.根据权利要求2所述的力与位移监控装置，其特征在于所述操作键盘为薄膜键盘。
4.根据权利要求3所述的力与位移监控装置，其特征在于所述操作键盘为触摸式屏幕键盘。
全文摘要
一种力与位移监控装置及方法，该装置包括力/位移传感器用于测量压装压力及压装零件的位移，主控单元具有将在压装过程中测得的力与位移值相关联的装置；将对多个正常压装试验所测得的力与位移相关曲线进行标准化的装置；将动态测量的力与位移相关曲线与经试验取得的标准化相关曲线相比较的装置以及控制信号生成装置；具体步骤包括在压装开始即启动压装过程的测量和记录；将测得的力与位移值相关联得到相关曲线并予以保存；基于对多个正常压装试验所测得的力与位移相关曲线，计算得出其标准化的参考曲线；在压装时，将动态测得的力与位移相关曲线与上述标准化的参考曲线相比较，输出相应的控制信号用于控制压装执行机构调节压装的力和速度。
文档编号G05B19/048GK101937203SQ20101022691
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月4日 优先权日2010年4月28日
发明者潘延庆 申请人:上海洋航机电设备有限公司