一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法，属于密封拧紧控制技术领域。该方法包括以下步骤：1)检测和记录筒体拧紧过程中的扭矩值和转角值，以及系统运行的相关参数；2)根据所记录的数据和参数，建立密封圈压缩量的检测模型；3)根据密封圈压缩量的检测模型，设计相应的控制系统，并设定系统运行相关参数；4)在系统运行中，利用密封圈压缩量检测模型，计算出密封圈的实时压缩量，并根据压缩量对拧紧过程进行控制。本方法提高了筒体拧紧过程中的拧紧效率和拧紧效果，和其他传统的拧紧方法相比更加可靠、效率更高。
【专利说明】
一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于密封拧紧控制技术领域，涉及一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧 控制方法。
【背景技术】
[0002] 在国民经济和生产建设中，拧紧工艺的运用非常广泛。在筒体的拧紧生产过程中， 拧紧技术是保证其拧紧质量的一项关键技术。而随着装配技术的飞速发展，自动化拧紧技 术逐渐取代了传统的手工拧紧过程，使得装配的质量、效率和一致性等诸多方面均得到提 尚。
[0003] 在现有的筒体自动化拧紧技术中，主要有扭矩法、扭矩-转角法以及屈服强度监控 等多种控制方法。而在这些方法中，扭矩法是根据设定扭矩为结束点，在筒体拧紧过程中根 据是否到达结束扭矩来判断拧紧过程是否完成。而扭矩-转角法则是结合拧紧过程中扭矩 和转角之间的变化趋势来确定出拧紧是否结束。以前传统的拧紧方法虽然具有一定的适用 性，但它们在拧紧过程中都是对拧紧的间接判断，没有从本质上反映出其拧紧效果，存在一 定的缺陷。橡胶密封圈是保证筒体拧紧密封的关键性原件，密封圈压缩量是对密封效果的 之间反映，因此在筒体的拧紧过程中，根据密封圈压缩量来对拧紧效果进行判断是更为有 效的方式。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方 法，该方法首先对筒体拧紧过程中的扭矩值、转角值以及相关运行参数进行检测和记录，并 根据所记录的数据和参数建立密封圈变形量的检测模型，从而根据其检测模型建立筒体拧 紧的控制系统，在控制系统的运行过程中，利用检测模型对密封圈的压缩量进行实时检测， 根据所计算的压缩量对系统的运行进行控制。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法，该方法包括以下步骤：1)检测 和记录筒体拧紧过程中的扭矩值和转角值，以及系统运行的相关参数;2)根据所记录的数 据和参数，建立密封圈压缩量的检测模型;3)根据密封圈压缩量的检测模型，设计相应的控 制系统，并设定系统运行相关参数;4)在系统运行中，利用密封圈压缩量检测模型，计算出 密封圈的实时压缩量，并根据压缩量对拧紧过程进行控制。
[0007] 进一步，在步骤1)中，所述的检测和记录筒体拧紧过程中的扭矩值和转角值，以及 系统运行的相关参数的方法为:利用数据库记录方法对筒体拧紧过程的转角值A和扭矩值T 进行实时和同步记录，并将其数据进行分别存储，同时对拧紧过程中的其他参数也进行记 录和存储，包括该类型筒体的直径R、拧紧最大承受扭矩T max。
[0008] 进一步，在步骤2)中，所述的根据所记录的数据和参数，建立密封圈压缩量的检测 模型的方法为:首先，对记录的扭矩值T和转角值A进行滤波和数据归一化处理，其滤波方法 为：
[0011 ]其中：Tn '和A 'n为进行滤波处理后的扭矩值和转角值；
[0012] In和Αη*数据库所记录的有效的扭矩值和转角值；
[0013] η为数据库所记录的扭矩和转角有效值的序号；
[0014] 为了方便密封圈压缩量检测模型的建立，以及保证模型的通用性和数据的良好 性，对滤波后的数据进行归一化处理，其方式如下所示：
[0015] 拧紧扭矩归一化函数为：
[0019] 其中：Υ为进行归一化处理后的扭矩值；
[0020] Tset为转换后的标准目标扭矩值；
[0021 ] Tmax为筒体拧紧最大承受扭矩或为目标扭矩；
[0022] k为标准目标扭矩Tset与该类型筒体目标扭矩Tmax的比值；
[0023] a为常数；
[0024] 在将数据进行滤波和归一化处理之后，利用差分公式求导来求得扭矩-转角的一 阶和二阶导数，如下所示：
[0027] 然后，对密封圈拧紧过程零点的物理和数据特征进行分析，并且利用扭矩-转角曲 线图以及所求的一阶和二阶导数值建立判别向量笔、4、4:
[0028] ?,=(Υ"，Υ"+1,Υ"+2，Υ"+3)
[0029] 毛=(文九 Ρ?"+2,?"+3)
[0030] -?3=(?"，?"+Ρ?"+2，?"+.,)
[0031] 根据判别向量建立零点的判别函数为：
[0032] (6/,(.^) = ?,χ^
[0033] dS'x,) =
[0034] ?,(χ^ = β^
[0035] 在建立的零点判别函数的基础上，根据误差值最小的原则，利用数据库中所记录 的扭矩值和转角值数据对判别函数4(A)进行训练，从而确定出相应的解矢量4、％、肩 将满足零点的扭矩值所对应角度值定位零点角度AS(3t;
[0036]最后，根据所确定的零点角度Aset，以及相应的角度值A，可根据下式求出相应密封 圈的压缩量：
[0038] 其中：货为密封圈的压缩量。
[0039] 进一步，在步骤3)中，根据所建立的密封圈压缩量的检测模型，设计筒体密封拧紧 的控制系统，同时设定出系统运行的相关参数，包括密封圈的厚度H，密封圈的压缩比R。
[0040] 进一步，在步骤4)中，所述利用检测模型计算出的密封圈压缩量，对系统的运行进 行控制包括:根据密封圈压缩量所计算出的密封圈压缩量辦，可计算出实际的压缩比R，即：
[0042] 根据所计算出的密封圈压缩比R，对系统运行进行控制，包括但不限于调整拧紧速 度v〇
[0043] 本发明的有益效果在于：1)根据所记录的系统运行扭矩和转角值，建立密封圈变 形量的检测模型，实现密封圈变形量的可检测性;2)根据所建立的密封圈变形量的检测模 型，可以实现在筒体拧紧过程中对密封圈变形量的在线和实时检测；3)由于采用基于密封 圈变形量的筒体拧紧控制方法，与其他传统的拧紧方式相比，更能够从本质上放映出筒体 的拧紧效果，使拧紧结果更加可靠，提高了筒体的拧紧质量和效率。
【附图说明】
[0044] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0045] 图1为本发明基于密封圈压缩量的筒体拧紧控制方法实现流程图；
[0046] 图2为筒体拧紧控制系统框图。
【具体实施方式】
[0047] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0048] 本发明首先对筒体拧紧过程中的扭矩值、转角值以及相关运行参数进行检测和记 录，并根据所记录的数据和参数建立密封圈变形量的检测模型，从而根据其检测模型建立 筒体拧紧的控制系统，在控制系统的运行过程中，利用检测模型对密封圈的压缩量进行实 时检测，根据所计算的压缩量对系统的运行进行控制。
[0049] 图1为基于密封圈压缩量的筒体控制方法的流程图，参照图1，一种基于密封圈压 缩量的筒体拧紧控制方法，具体步骤如下所示：
[0050] 1)检测和记录筒体拧紧过程中的扭矩值和转角值，以及系统运行的相关参数；
[0051] 2)根据所记录的数据和参数，建立密封圈压缩量的检测模型；
[0052] 3)根据密封圈压缩量的检测模型，设计相应的控制系统，并设定系统运行相关参 数；
[0053] 4)在系统运行中，利用密封圈压缩量检测模型，计算出密封圈的实时压缩量，并根 据压缩量来对系统的运行进行控制。
[0054]其中，步骤1)中所述检测和记录筒体拧紧过程中的扭矩值和转角值，以及系统运 行的相关参数的方法为：
[0055] 利用数据库记录方法对筒体拧紧运行整体过程的转角值A和扭矩值T进行实时和 同步记录，并将其数据进行分别存储，同时对运行过程中的其他参数也进行记录和存储，例 如该类型筒体的直径R、拧紧最大承受扭矩T max等；
[0056] 其中，步骤2)所述的根据所记录的数据和参数，建立密封圈压缩量的检测模型的 方法为：
[0057]首先，对记录的扭矩值T和转角值A进行滤波和数据归一化处理，其滤波方法为：
[0060]其中：Tn'和A'n为进行滤波处理后的扭矩值和转角值；
[0061 ] Tn和Αη*数据库所记录的有效的扭矩值和转角值；
[0062] η为数据库所记录的扭矩和转角有效值的序号；
[0063] 为了方便密封圈压缩量检测模型的建立，以及保证模型的通用性和数据的良好 性，对滤波后的数据进行归一化处理，其方式如下所示：
[0064]拧紧扭矩归一化函数为：
[0068]其中：Υ为进行归一化处理后的扭矩值；
[0069] Tset为转换后的标准目标扭矩值；
[0070] Tmax为筒体拧紧最大承受扭矩或为目标扭矩；
[0071 ] k为标准目标扭矩TS(3t与该类型筒体目标扭矩Tmax的比值；
[0072] a为常数；
[0073] 在将数据进行滤波和归一化处理之后，利用差分公式求导来求得扭矩-转角的一 阶和二阶导数，如下所示：
[0076]然后，对密封圈拧紧过程零点的物理和数据特征进行分析，并且利用扭矩-转角曲 线图以及所求的一阶和二阶导数值建立判别向量為、4、
[0077] iHm，Y"+3)
[0078] ?2=(?",Υ"+1,?"+2,?"+3)
[0079] 4=(?,λ?"+1，?"42，?" +3)
[0080] 根据判别向量建立零点的判别函数为：
[0081 ] ?/(Ι,)-^?,
[0082] i/(,v: ) = v; I：
[0083] d{x,)^/fx,
[0084] 在建立的零点判别函数的基础上，根据误差值最小的原则，利用数据库中所记录 的扭矩值和转角值数据对判别函数4(?)进行训练，从而确定出相应的解矢量4、系、及， 将满足零点的扭矩值所对应角度值定位零点角度A S(3t;
[0085] 最后，根据所确定的零点角度Aset，以及相应的角度值A，可根据下式求出相应密封 圈的压缩量：
[0087] 其中#为密封圈的压缩量。
[0088] 其中，步骤3)所述根据压缩量的检测模型，设计相应的控制系统，并设定系统运行 相关参数的方法为：
[0089] 根据所建立的密封圈压缩量的检测模型，设计筒体拧紧运行的控制系统如图2所 示，如图可知，系统根据压缩量设定值和实际压缩量检测值进行比较，由两者形成的差值传 送到控制器中，控制器根据计算从而调整伺服控制系统，实现对筒体拧紧的控制；同时还应 设定出系统运行的相关参数，例如密封圈的厚度H，密封圈的压缩比R等；
[0090] 其中，步骤4)所述利用检测模型计算出的密封圈压缩量，对系统的运行进行控制， 同时对筒体的拧紧情况进行评判的方法为：
[0091] 根据密封圈压缩量所计算出的密封圈压缩量0，可计算出实际的压缩比R，即：
[0093] 可根据所计算出的密封圈压缩比R和压缩量供，对系统运行进行控制，例如调整拧 紧速度v等，同时对筒体拧紧的质量进行评判，其评判规则可根据实际筒体拧紧工艺需求来 确定。
[0094]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法，其特征在于：该方法包括以下步 骤： 1) 检测和记录筒体拧紧过程中的扭矩值和转角值，以及系统运行的相关参数； 2) 根据所记录的数据和参数，建立密封圈压缩量的检测模型； 3) 根据密封圈压缩量的检测模型，设计相应的控制系统，并设定系统运行相关参数； 4) 在系统运行中，利用密封圈压缩量检测模型，计算出密封圈的实时压缩量，并根据压 缩量对拧紧过程进行控制。2. 根据权利要求1所述的一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法，其特征在 于:在步骤1)中，所述的检测和记录筒体拧紧过程中的扭矩值和转角值，以及系统运行的相 关参数的方法为:利用数据库记录方法对筒体拧紧过程的转角值A和扭矩值T进行实时和同 步记录，并将其数据进行分别存储，同时对拧紧过程中的其他参数也进行记录和存储，包括 该类型筒体的直径R、拧紧最大承受扭矩T max。3. 根据权利要求1所述的一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法，其特征在 于:在步骤2)中，所述的根据所记录的数据和参数，建立密封圈压缩量的检测模型的方法 为：首先，对记录的相矩佶T和鮮隹佶A讲杆通被和教掘I供一仆々卜理.?:通被方法为：其中:T '4PA'n为进行滤波处理后的扭矩值和转角值； Tn和Αη*数据库所记录的有效的扭矩值和转角值； η为数据库所记录的扭矩和转角有效值的序号； 为了方便密封圈压缩量检测模型的建立，以及保证模型的通用性和数据的良好性，对 滤波后的数据进行归一化处理，其方式如下所示： 拧紧扭矩归一化函数为：其中:Υ为进行归一化处理后的扭矩值； Tw为转换后的标准目标扭矩值； Tmax为筒体拧紧最大承受扭矩或为目标扭矩； k为标准目标扭矩TS(3t与该类型筒体目标扭矩Tmax的比值； a为常数； 在将数据进行滤波和归一化处理之后，利用差分公式求导来求得扭矩-转角的一阶和 二阶导数，如下所示：然后，对密封圈拧紧过程零点的物理和数据特征进行分析，并且利用扭矩-转角曲线图 以及所求的一阶和二阶导数值建立判别向量七、毛、乓：""5 \ ^ w 5 ^ .0:+1-9 Λ w+Li9 ^ n.-hi J 根据判别向量建立零点的判别函数为：在建立的零点判别函数的基础上，根据误差值最小的原则，利用数据库中所记录的扭 矩值和转角值数据对判别函数4(?)进行训练，从而确定出相应的解矢量爲、<、反，将满 足零点的扭矩值所对应角度值定位零点角度A S(3t; 最后，根据所确定的零点角度Aset，以及相应的角度值A，可根据下式求出相应密封圈的 压缩量：其中：P为密封圈的压缩量。4. 根据权利要求1所述的一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法，其特征在 于:在步骤3)中，根据所建立的密封圈压缩量的检测模型，设计筒体密封拧紧的控制系统， 同时设定出系统运行的相关参数，包括密封圈的厚度H，密封圈的压缩比R。5. 根据权利要求1所述的一种基于密封圈压缩量的筒体密封拧紧控制方法，其特征在 于:在步骤4)中，所述利用检测模型计算出的密封圈压缩量，对系统的运行进行控制包括： 根据密封圈压缩量所计算出的密封际的压缩比R，即： 根据所计算出的密封圈压缩比R，对系统运行进行控制，包括但不限于调整拧紧速度v。
【文档编号】G05D17/02GK105867446SQ201610353538
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】林景栋, 周科, 张婷, 林湛丁, 黄锦林, 黄立, 黄立沛
【申请人】重庆大学