一种电子压装机专用控制器及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压装机专用控制器及控制方法，属于装备制造领域。
【背景技术】
[0002]在零部件生产过程中，采用压装机进行装配是常用的手段，如轴类装配、销钉装配等。传统的机械、液压或气液增力型压装设备，由于压装力和压装位移不能准确控制，在汽车零部件、电子、家电等行业已经无法满足企业对高精度装配的需求。电子压装机采用交流伺服电机作为动力源，配合精密行星齿轮减速机带动丝杠实现产品压装，其结构如图1所示。电子压装机不但能产生准确的压装位移和压装力，还能够实现压装过程的在线监测与评估，极大的提高产品的合格率，是压装机未来的发展方向。目前国产电子压装机，多采用PLC+伺服系统模式，这种电子压装机虽然成本低，但由于PLC运动控制性能较弱，无法实现压装过程的最优控制，且工艺适应性、柔性较差；国外企业由于研发实力强，多采用控制、检测、伺服驱动一体化的控制器模式，性能稳定，功能完善，但价格昂贵；无论是国内还是进口电子压装机，对压装结果的判定都是通过对几个特定位移的压力进行监测来实现的，无法实时显示压力一位移曲线，更不能全面反映压装过程压力一位移的变化，可能会导致不合格产品流入市场，虽然可以额外配置昂贵的专用压力一位移监测器或基于PC机的专用压力位移监测软件系统，但无疑会大幅度增加企业成本。
【发明内容】
[0003]为了解决上述【背景技术】中电子压装机存在的不足，本发明提出一种电子压装机专用控制器，内嵌适应压装机压装过程的优化神经网络控制算法，不仅能实现压力、位移的准确控制，还能够实现压装过程的实时监控和压力-位移曲线的实时采集与显示，且成本低廉。具体技术方案如下:
[0004]—种电子压装机专用控制器，包括:控制模块、接口模块、存储模块和传感器模块；所述接口模块和所述存储模块均与所述控制模块相连；所述传感器模块与所述接口模块相连；所述传感器模块用于采集电子压装机的压装信息并通过所述接口模块传递给所述控制模块；所述控制模块根据压装信息进行运算处理后输出控制信息并通过所述接口模块传递给电子压装机；所述接口模块还用于和外围设备进行交互；所述存储模块用于保存采集的压装信息数据。
[0005]作为优选技术方案，所述控制模块包括ARM微控制器和FPGA模块，所述ARM微控制器通过总线连接FPGA模块，所述FPGA模块在所述ARM微控制器的配合下通过内嵌算法实现对压装机的控制。
[0006]作为优选技术方案，所述内嵌算法采用模糊神经网路PID专用运动控制算法。
[0007]作为优选技术方案，所述ARM微控制器采用ARMCortex_M7架构芯片。
[0008]作为优选技术方案，所述接口模块包括A/D接口、D/A接口、数字1/0、伺服接口、USB接口、以太网接口以及触摸屏接口 ；所述A/D接口一端连接ARM微控制器、另一端连接传感器模块，所述D/A接口一端连接ARM微控制器、另一端连接电子压装机的伺服驱动器，所述伺服接口一端连接FPGA模块、另一端连接伺服驱动器，所述USB接口的一端和所述以太网接口的一端均连接ARM微控制器、所述USB接口的另一端和所述以太网接口的另一端均连接上位机，所述触摸屏接口一端连接ARM微控制器、另一端连接触摸屏，所述数字I/O用于连接开关按钮、指示灯以及上位机的开关量通道。
[0009]作为优选技术方案，所述传感器模块包括压力传感器和位移传感器；所述压力传感器安装在下模具上，所述位移传感器安装在上模具上。
[0010]作为优选技术方案，所述位移传感器采用磁尺或者光栅尺；所述压力传感器为应变片式传感器。
[0011]作为优选技术方案，所述存储模块为Flash ROM和SRAM。
[0012]基于上述控制器，本发明还提出了一种电子压装机的控制方法，包括如下步骤:
[0013]步骤1，通过通信接口与上位机连接，利用上位机配套编程软件或触摸屏创建加工程序，设置压装参数，所述参数包括位移、压力，并选择合适的判定方法；也可以直接通过触摸屏进行操作；
[0014]步骤2，开始压装，专用控制器控制伺服电机驱动伸缩杆快速下压，当压力传感器探测到压头与工件接触，专用控制器控制压装速度迅速降低，开始将一个工件压入到另一工件中；
[0015]步骤3，压装完成，压头上升到初始位置，同时触摸屏显示压装结果，并将检测到的压力、位移数据和检测结果进行存储。
[0016]作为优选技术方案，
[0017]步骤2还包括:压力传感器和位移传感器不断采集信号给控制模块，控制模块一方面根据压力、位移信号，利用模糊神经网络PID控制算法不断调整电机转速和转矩、另一方面将压力、位移信号与设置的参数进行对比，以判断压装是否合格，同时将压力、位移信号以曲线形式实时显示到触摸屏。。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0019](1)采用ARM+FPGA的嵌入式结构，可以运行复杂的专用控制算法，实现PLC无法完成的复杂运动控制。
[0020](2)可以实现压装过程压力、位移的全程精准测控，并实现压力一位移曲线的实时显示与历史记录。
[0021](3)压装结果判定方法多样，适应性强，灵活性好。
[0022](4)设备成本低，竞争力强。
【附图说明】
[0023]图1为本发明应用的电子压装机结构示意图；
[0024]图2为本发明的模块框图；
[0025]图3为本发明采用的模糊神经网络PID原理结构图；
[0026]图4为本发明采用的模糊神经网络PID控制原理图。
[0027]图中标记:1、伺服电机，2、减速机，3、伸缩杆，4、位移传感器，5、压头，6、工件，7、压力传感器，8、专用控制器，9、伺服驱动器，10、电控箱，11、触摸屏，12、机架，13、固定座。
【具体实施方式】
[0028]下面通过实施例结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0029]图1所示，伺服电机1、减速机2、伸缩杆3和压头5构成压装动力机构；伺服电机1通过固定座13安装在机架12上；专用控制器8、伺服驱动器9 一起安装在电控箱10内(本发明中电控箱为铁盒子)，通过专用接口与伺服电机1、位移传感器4、压力传感器7、触摸屏11等连接。
[0030]作为优选，所述位移传感器4可以是光栅尺，也可以采用磁尺，光栅尺是数字式的传感器，需要通过接口传给FPGA进行解码，磁尺是模拟量的，需要通过A/D通道输入，具体根据用户精度要求选定，如果采用光栅尺需要与专用控制器8的正交编码接口相连，如果采用磁尺需要与专用控制器8的模拟量专用接口相连。所述压力传感器安装在下模具上，所述位移传感器安装在上模具上，所述压力传感器为应变片式传感器。
[0031]如图2所示，本发明以AIMCortex-M7架构芯片为核心，以SRAM和Flash ROM为存储设备，组成微处理器模块。具体包括:ARM微控制器(如STM32F7)，FPGA模块、A/D接口模块、D/A接口模块、数字I/O模块、伺服接口模块、通信接口模块、触摸屏接口模块等。
[0032]所述ARM微控制器通过A/D接口模块、D/A接口模块、数字I/O模块和通信模块等与压装机上的按钮(启动、复位、急停按钮)、传感器(包括压力传感器和位移传感器)、上位机或触摸屏等相连，用于实现压力数据的高速采集、运算、压装过程压力-位移的实时监测、判断和显示，以及与上位机的通讯与系统管理等，并实现与FPGA模块运动控制功能的协作；与所述ARM微控制器通过高速总线相连的FPGA模块是运动控制的核心，其通过伺服接口模块与伺服驱动器相连，在所述ARM微控制器的配合下通过内嵌模糊神经网路PID专用运动控制算法实现对伺服电机的速度、加速度、转矩和位移等控制，并实现光栅尺A、