开关暗盒打螺丝偏差控制方法与流程

本发明涉及开关暗盒技术领域，尤其涉及一种开关暗盒打螺丝偏差控制方法。

背景技术：

目前市场上开关暗盒一般包括壳体、螺丝以及铁扣三部分，装配多以人工装配为主，在产品装配中存在大量的简单、重复性工作，另外由于流水线生产节奏快、劳动强度大、工作环境差，导致人员流动量大，进一步造成了产品质量的不稳定。但随着人工成本的不断上涨和用工形势的日益严峻，采用自动化装配技术，提高暗盒的生产效率和产品质量、有效解决企业所面临的用工短缺等问题，将是未来暗盒制造业发展的必然趋势。

现有技术的打螺丝机包括控制器、转台1、设置在转台1上用于固定暗盒壳体的固定卡具2、用于带动转台1转动的电机3、用于将固定在固定卡具2上的暗盒壳体压紧的压紧装置4、旋转螺丝刀5以及用于带动旋转螺丝刀4竖直移动的下压装置6，所述电机3、压紧装置4、旋转螺丝刀5以及下压装置6均与控制器电连接。由于暗盒壳体制造偏差和加紧装置偏差、螺丝和铁扣制造偏差和安装偏差、转台定位偏差等多种原因，使得暗盒自动装配过程中，暗盒壳体、螺丝以及铁扣三部分之间定位容易出现偏差，致使暗盒装配过程出现打螺丝卡丝或装配过紧问题，影响暗盒产品使用，严重出现打螺丝过程中断，影响暗盒正常装配生产。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种打螺丝时偏差较小的开关暗盒打螺丝偏差控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种开关暗盒打螺丝偏差控制方法，它包括转台(1)以及用于带动转台转动的电机(3)，所述转台(1)与电机(3)之间设有力矩传感器(7)，且所述偏差控制方法包括以下步骤：

(1)、将暗盒壳体安装到固定卡具卡紧，然后控制电机带动转台转动，使得固定有暗盒壳体的固定卡具位于压紧装置下方；

(2)、控制压紧装置下压，压紧固定在固定卡具上的暗盒壳体，然后控制下压装置下压；

(3)、控制器每隔X时间采集一次力矩传感器的信号，并且根据采集到的力矩信号得到第n次力矩偏差值e_n以及第n次力矩偏差的变化率△e_n，e_n＝F_n-F_n-1，其中F_n为力矩传感器的第n次采集力矩信号，F_n-1为力矩传感器的第n-1次采集力矩信号，其中F₀＝0；△e_n＝e_n-e_n-1，其中e_n为第n次力矩偏差值，e_n-1第n-1次力矩偏差值，且e₀＝0；

(4)、若0<e_n≤e_a，且-△e_a<△e_n≤0时，则满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转到步骤(5)；

若e_a<e_n≤e_c，且-△e_a<△e_n≤0时，则采用比例模拟控制转台输出转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n>e_c，且△e_n≤0时，则控制转台采用最大速度运行，u_n＝-U_max，其中，u_n为第n次转台输出转速，U_max为设置的最大转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若0<e_n≤e_a，且-△e_c<△e_n≤-△e_a时，则采用微分控制转台输出转速，u_n＝K_d·△e_n，u_n为第n次转台输出转速，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_a<e_n≤e_c，且-△e_c<△e_n≤-△e_a时，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若0<e_n≤e_c，且△e_n≤-△e_c时，采用比例、积分以及微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n+K_i∫e_ndt，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，K_i为积分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_a<e_n≤0，且-△e_a<△e_n≤0时，判断力矩偏差和力矩偏差变化率较小，满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，跳转到步骤(5)；

若-e_c<e_n≤-e_a，且-△e_a<△e_n≤0时，或者若-e_c<e_n≤0，且-△e_c<△e_n≤-△e_a时，则采用比例控制转台转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_c<e_n≤-e_a，且△e_n≤-△e_c时，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n≤-e_c，控制转台停止输出，u_n＝0，靠机械惯性回调，其中，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_a<e_n≤0，且0<△e_n≤△e_a时，则判断力矩偏差和力矩偏差变化率较小，满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，跳转到步骤(5)；

若-e_c<e_n≤-e_a，且0<△e_n≤△e_a时，则采用比例模拟控制转台转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n≤-e_c且△e_n≥0时，则控制转台采用最大速度运行，u_n＝U_max，其中，u_n为第n次转台输出转速，U_max为设置的最大转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_a<e_n≤0，且△e_a<△e_n≤△e_c时，则采用微分控制转台转速，u_n＝K_d·△e_n，u_n为第n次转台输出转速，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_c<e_n≤-e_a，且△e_a<△e_n≤△e_c时，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_c<e_n≤0，且△e_n≥△e_c时，则采用比例、积分以及微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n+K_i∫e_ndt，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，K_i为积分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若0<e_n≤e_a，且0<△e_n≤△e_a时，判断力矩偏差和力矩偏差变化率较小，满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转到步骤(5)；

若e_a<e_n≤e_c，且0<△e_n≤△e_a时，或者若0<e_n≤e_c，且△e_a<△e_n≤△e_c时，则采用比例控制转台转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_a<e_n≤e_c，且△e_n>△e_c时，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n>e_c，则控制转台停止输出，u_n＝0，靠机械惯性回调，其中，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

其中-e_c,-e_b,-e_a,e_a,e_b,e_c均为设定的力矩偏差阈值，-△e_c,-△e_b,-△e_a,△e_a,△e_b,△e_c均为设定的力矩偏差变化率阈值；

(5)、控制下压装置继续下压，同时控制电动螺丝刀旋转将螺丝拧紧到位。

采用以上方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过上述方法，能根据调整的不同时期来调节转台的转速，进而能快速、柔和以及精确的调整暗盒和螺丝偏差，使得暗盒螺丝安装松紧适当，消除了暗盒打螺丝卡丝或装配过紧等现象。

附图说明

图1为打螺丝机的结构简图。

图2为将力矩偏差作为横坐标以及将力矩偏差变化率作为纵坐标形成的坐标示意图。

如图所示：1、转台；2、固定卡具；3、电机；4、压紧装置；5、电动螺丝刀；6、下压装置；7、力矩传感器。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。

一种打螺丝机，它包括控制器、转台1、设置在转台1上用于固定暗盒壳体的固定卡具2、用于带动转台1转动的电机3、用于将固定在固定卡具2上的暗盒壳体压紧的压紧装置4、旋转螺丝刀5以及用于带动旋转螺丝刀4竖直移动的下压装置6，所述电机3、压紧装置4、旋转螺丝刀5以及下压装置6均与控制器电连接，且所述转台1与电机3之间设有力矩传感器7。

一种开关暗盒打螺丝偏差控制方法，它包括以下步骤：

(1)、将暗盒壳体安装到固定卡具卡紧，然后控制电机带动转台转动，使得固定有暗盒壳体的固定卡具位于压紧装置下方；

(2)、控制压紧装置下压，压紧固定在固定卡具上的暗盒壳体，然后控制下压装置下压；

(3)、控制器每隔X时间采集一次力矩传感器的信号，并且根据采集到的力矩信号得到第n次力矩偏差值e_n以及第n次力矩偏差的变化率△e_n，e_n＝F_n-F_n-1，其中F_n为力矩传感器的第n次采集力矩信号，F_n-1为力矩传感器的第n-1次采集力矩信号，其中F₀＝0；△e_n＝e_n-e_n-1，其中e_n为第n次力矩偏差值，e_n-1第n-1次力矩偏差值，且e₀＝0；

(4)、若0<e_n≤e_a，且-△e_a<△e_n≤0时，这个对应的是图2中的1区域，此时力矩偏差以及力矩偏差变化率均较小，则满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转到步骤(5)；

若e_a<e_n≤e_c，且-△e_a<△e_n≤0时，这个对应的是图2中的2区域，力矩偏差较大，力矩偏差变化率较小，说明暗盒和螺丝偏差较大，卡得很紧，则采用比例模拟控制转台输出转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n>e_c，且△e_n≤0时，对应图2中的3区域，说明暗盒和螺丝偏差要超限了，所以采用尽可能大的控制作用进行螺丝回调，控制转台采用最大速度运行，u_n＝-U_max，其中，u_n为第n次转台输出转速，U_max为设置的最大转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若0<e_n≤e_a，且-△e_c<△e_n≤-△e_a时，对应图2中的4区域，力矩偏差较小，力矩变化率较大，说明暗盒和螺丝偏差变小，调整平稳性差一些，所以采用微分控制转台输出转速，u_n＝K_d·△e_n，u_n为第n次转台输出转速，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_a<e_n≤e_c，且-△e_c<△e_n≤-△e_a时，对应图2中的5区域，力矩偏差和偏差变化率都具有一定幅值，说明暗盒和螺丝偏差需要加快调整，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若0<e_n≤e_c，且△e_n≤-△e_c时，对应图2中的6区域，力矩偏差变化率较大，说明暗盒和螺丝偏差调整非常不稳，需要快速抑制其波动，采用比例、积分以及微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n+K_i∫e_ndt，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，K_i为积分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；若引入积分模态后下次采集还是得到的偏差值以及偏差变化率值还是位于图2中的区域6，则可以调整比例系数K_p的符号，引入反馈抑制力矩偏差变化速度。

若-e_a<e_n≤0，且-△e_a<△e_n≤0时，对应图2中的7区域，力矩偏差和力矩偏差变化率较小，对应暗盒和螺丝的偏差也较小，说明回调到位，满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，跳转到步骤(5)；

若-e_c<e_n≤-e_a，且-△e_a<△e_n≤0时，或者若-e_c<e_n≤0，且-△e_c<△e_n≤-△e_a时，对应图2中的8区域，回调力矩偏差和偏差变化率都具有一定幅值，说明暗盒和螺丝偏差需要夹块回调速度，则采用比例控制转台转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_c<e_n≤-e_a，且△e_n≤-△e_c时，对应图2中的9区域，回调力矩偏差变化率较大，说明暗盒和螺丝偏差回调时非常不稳，需要加快抑制其波动，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n≤-e_c，对应图2中的10区域，力矩回调偏差较大，说明转台装置调整暗盒第n次回调位置超限，所以控制转台停止输出，u_n＝0，靠机械惯性回调，其中，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_a<e_n≤0，且0<△e_n≤△e_a时，这个对应的是图2中的11区域，此时力矩偏差以及力矩偏差变化率均较小，满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，跳转到步骤(5)；

若-e_c<e_n≤-e_a，且0<△e_n≤△e_a时，这个对应的是图2中的12区域，力矩偏差较大，力矩偏差变化率较小，说明暗盒和螺丝偏差较大，卡得很紧，则采用比例模拟控制转台转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n≤-e_c且△e_n≥0时，对应图2中的13区域，说明暗盒和螺丝偏差要超限了，则控制转台采用最大速度运行，u_n＝U_max，其中，u_n为第n次转台输出转速，U_max为设置的最大转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_a<e_n≤0，且△e_a<△e_n≤△e_c时，对应图2中的14区域，力矩偏差较小，力矩变化率较大，说明暗盒和螺丝偏差变小，调整平稳性差一些，则采用微分控制转台转速，u_n＝K_d·△e_n，u_n为第n次转台输出转速，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_c<e_n≤-e_a，且△e_a<△e_n≤△e_c时，对应图2中的15区域，力矩偏差和偏差变化率都具有一定幅值，说明暗盒和螺丝偏差需要加快调整，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若-e_c<e_n≤0，且△e_n≥△e_c时，对应图2中的16区域，力矩偏差变化率较大，说明暗盒和螺丝偏差调整非常不稳，需要快速抑制其波动，则采用比例、积分以及微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n+K_i∫e_ndt，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，K_i为积分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；若引入积分模态后下次采集还是得到的偏差值以及偏差变化率值还是位于图2中的区域6，则可以调整比例系数K_p的符号，引入反馈抑制力矩偏差变化速度。

若0<e_n≤e_a，且0<△e_n≤△e_a时，对应图2中的17区域，力矩偏差和力矩偏差变化率较小，对应暗盒和螺丝的偏差也较小，说明回调到位，判断力矩偏差和力矩偏差变化率较小，满足装配要求，u_n＝0，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转到步骤(5)；

若e_a<e_n≤e_c，且0<△e_n≤△e_a时，或者若0<e_n≤e_c，且△e_a<△e_n≤△e_c时，对应图2中的18区域，回调力矩偏差和偏差变化率都具有一定幅值，说明暗盒和螺丝偏差需要夹块回调速度，则采用比例控制转台转速，u_n＝K_p·e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_a<e_n≤e_c，且△e_n>△e_c时，对应图2中的19区域，回调力矩偏差变化率较大，说明暗盒和螺丝偏差回调时非常不稳，需要加快抑制其波动，则采用比例加微分控制转台转速，u_n＝K_p·e_n+K_d·△e_n，其中，u_n为第n次转台输出转速，K_p为比例系数，K_d为微分系数，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

若e_n>e_c，对应图2中的20区域，力矩回调偏差较大，说明转台装置调整暗盒第n次回调位置超限，所以控制转台停止输出，u_n＝0，靠机械惯性回调，其中，u_n为第n次转台输出转速，然后跳转回步骤(3)，等待下一次采集；

其中-e_c,-e_b,-e_a,e_a,e_b,e_c均为设定的力矩偏差阈值，-△e_c,-△e_b,-△e_a,△e_a,△e_b,△e_c均为设定的力矩偏差变化率阈值；

(5)、控制下压装置继续下压，同时控制电动螺丝刀旋转将螺丝拧紧到位。

本申请中测得的力矩信号F_n大致为±1Ncm～±50Ncm，力矩偏差值e_n为±1Ncm～±45Ncm，力矩偏差的变化率△e_n为±1Ncm～±45Ncm,力矩偏差的阈值e_a为0Ncm～15Ncm,e_b为15Ncm～30Ncm，e_c为30Ncm～45Ncm，力矩偏差变化率阈值△e_a为0Ncm～10Ncm，△e_b为10Ncm～25Ncm，△e_c为25Ncm～45Ncm，电机设置的最大转速U_max为120mm/min,比例系数K_p为0.1～1.8,微分系数K_d为1.5～5.0,积分系数K_i为0.1-0.8，X为0.05-0.1s。

本申请中控制器采集力矩信号是按照一定频率进行采集的，即每个X时间采集一次，采集好之后立马就能计算得到一个偏差值以及一个偏差变化率值，然后将这两个值形成的坐标放入图2中，看它位于哪个区域，则按照哪个区域的转速输出，按照这个转速运行X时间，然后又到了采集力矩信号，之后又有一个新的力矩信号，以及新的偏差值与偏差变化率值，然后往复循环，直到得到的偏差值以及偏差变化率值均较小，则可以跳出循环拧紧螺丝了。

图2中对应的区域1到区域6主要是针对螺丝向右偏时，区域7到区域10是针对螺丝右偏回调时；图2中对应的区域11到区域16主要是针对螺丝向左偏时，区域17到区域20是针对螺丝左偏回调时。