专利名称：精密锻造模具力/力矩自适应传感控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于小件精密锻造和机电一体化控制技术领域，特别是一种应用于精 密锻造及压装模具的力/力矩自适应传感控制装置。
背景技术：
在精密锻造过程中，目前的锻造设备无论采用电机、气压和液压驱动，只有输入功 率或压力，都没有直接的模具锻造力(锻件承受的力)反馈。这样的缺点是锻造的过程是 位置控制过程，也就是说，锻造过程是事先设定的行程_时间轨迹，锻造设备的上模和锻件 是硬接触，显然单纯位置控制是不合适的。由于锻件的温度、性能等影响很难实现平滑的连 续的锻造加压过程。无法实现基于力反馈的高级数字伺服力-时间控制，也无法实现锻造 力和时间的合理工艺曲线。这不利于提高和保证锻件的组织性能。也不利于电机的寿命、 利用效率提高和节能减排。在易燃易爆等危险物品的压装过程中，压力过大将导致爆炸事故，压力过小不能 满足性能装备要求。对于炸药等危险品的压装，为了避免爆炸造成人员伤亡，目前采用的 方法是，在防爆室内，自动化装药后，采用对压装模具自动定位控制的方法将填充物压制成 型。该装置代替人实现了自动化压力填装危险品，保证了人员的安全。然而采用定位控制 实现加压填装的方法一方面无法完全避免由于压力过大造成的爆炸事故发生，另一方面也 不能保证由于压力过小带来的装药密度不足的问题。也就是说，目前的压装或精密锻造过程中，主要采用位置行程来单一的决定工艺 过程，而没有力/加速度反馈进而自适应性工艺控制。
实用新型内容本实用新型所解决的技术问题在于提供一种锻造力闭环自适应的精密锻造模具 力/力矩传感控制装置。很好地解决了上模和锻件硬对硬的位置控制带来的电机冲击、模 具磨损、锻件缺陷等问题的现状。实现本实用新型目的的技术解决方案为一种精密锻造模具力/力矩自适应传 感控制装置，包括力/力矩传感器、信号调理电路、抗干扰电缆、高速数据采集卡、控制计算 机、控制接触器、电机伺服驱动模块、电机；力/力矩传感器装配在机械连杆和锻造上模之 间，可以直接检测终端输出的力/力矩，传感器与信号调理电路相连接，信号调理电路对传 感器输出的信号进行调理和放大，并将处理好的信号通过高抗干扰电缆传输给高速数据采 集卡，数据采集卡将力/力矩模拟信号转换为数字信号后输入与其相连的控制计算机，控 制计算机对信号进行处理后将力矩控制命令输出到与其相连的电机伺服驱动模块，电机伺 服驱动模块的输出端通过控制接触器与电机相连接，实现对电机的控制。本实用新型与现有技术相比，其显著优点代替目前锻造设备的位置闭环控制方 式为力闭环的控制方式，直接闭环控制锻件承受的压力曲线。上模的运动不再是简单的位 置控制运动方式，而是平稳的完全符合预先设定的力曲线运动。与传统的锻造设备控制方法相比大大提高了锻造的效率、锻件的质量和设备的寿命。本实用新型采用新型的力/力 矩传感器可以测量力和力矩信息，具有测量范围宽(达10吨)，过载能力强(可达52吨)， 灵敏度高(1/60或更高)，相应速度快(28KHz)等特点。所以基于力/力矩反馈智能控制的 精密锻造设备对精密锻造领域意义重大。本实用新型在压装和精密锻造过程中实时监测模具直接承受的压力和力矩，具有 基于锻造过程专家知识库在线诊断锻造质量和评判锻造缺陷能力，过载保护模具和电机等 设备功能，并控制加压过程满足设定的压力一时间工艺曲线，保证锻件的可靠一致组织性 能。具有力/力矩反馈精确、实时和实现任意复杂压力工艺等特点。特别适用于精密锻造、 易燃易爆危险物品的压装等场合。该方法代替目前锻造设备的位置大闭环控制方式为力闭 环的控制方式，直接闭环控制锻件承受的压力曲线。上模的运动不再是简单的位置控制运 动方式，而是平稳的完全符合预先设定的力曲线运动。具有提高锻造的效率、锻件的质量和 设备的寿命等优点。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1为精密锻造模具力/力矩自适应传感控制装置框架示意图。图2为力反馈实时模糊控制框图。
具体实施方式
结合图1，本实用新型的一种精密锻造模具力/力矩自适应传感控制装置，包括力 /力矩传感器1、信号调理电路15、抗干扰电缆5、高速数据采集卡6、控制计算机7、控制接 触器12、电机伺服驱动模块13、电机14 ；力/力矩传感器1装配在机械连杆2和锻造上模3 之间，可以直接检测终端输出的力/力矩，传感器1与信号调理电路15相连接，信号调理电 路15对传感器1输出的信号进行调理和放大，并将处理好的信号通过高抗干扰电缆5传输 给高速数据采集卡6，数据采集卡将力/力矩模拟信号转换为数字信号后输入与其相连的 控制计算机7，控制计算机7对信号进行处理后将力矩控制命令输出到与其相连的电机伺 服驱动模块13，电机伺服驱动模块13的输出端通过控制接触器12与电机14相连接，实现 对电机的控制。若轻载、过载等异常情况发生，则控制接触器12切断电机工作。传感器装配 在上模和运动连杆之间，并保证上模和力/加速度传感器同轴安装，否则需要做标定工作。本实用新型的装置还包括报警装置17，该报警装置与控制计算机7相连接，当轻 载、过载等异常情况发生时，报警装置17会发出报警信号。控制计算机7采用RT-Linux实 时操作系统。控制计算机7采用实施压力控制算法对电机进行控制。本装置的计算机实时 高速输出力矩控制命令到电机伺服驱动模块13，并输出相应的电流信号控制电机14的输 出力矩。实现锻造过程锻件受力-时间曲线的闭环连续控制。结合图2，用户设定锻造过程的力参数曲线，结合传感器提供力/力矩反馈信号获 得力误差量和变化率。然后进行模糊量化处理，经过试验获得的推理规则推理出输出的偏 差量，进而转化为控制命令经电机驱动伺服模块控制电机的输出力矩。控制过程中，根据上 模反馈的力/力矩信号和设定的锻造工艺参数曲线，采用模糊控制策略，控制程序实时高 速输出力矩控制命令到电机伺服驱动模块，并输出相应的电流信号控制电机的输出力矩。
4实现精确控制精密锻造/压装凸模按照设定的复杂压力_时间工艺曲线施加压力的目的。本实用新型的精密锻造模具力/力矩自适应传感控制方法，代替目前锻造设备的 位置大闭环控制方式为力闭环的控制方式，直接闭环控制锻件承受的压力曲线。上模的运 动不再是简单的位置控制运动方式，而是平稳的完全符合预先设定的力曲线运动。大大提 高锻造的效率、锻件的质量和设备的寿命。包括以下步骤步骤1、选择力/力矩传感器并对其进行安装，将传感器装配在机械连杆2和锻造 上模3之间，可以直接检测终端输出的力/力矩，所述终端输出的力/力矩即为锻件承受的 力；步骤2、将传感器测量的上模承受的力/力矩信号滤除噪声和调理整形，之后作为 反馈信号传递给控制计算机7 ；步骤3、计算机7根据上模反馈的力/力矩信号和用户设定的锻造工艺参数曲线， 采用模糊控制策略，将力矩控制命令输出到电机伺服驱动模块13，之后由电机伺服驱动模 块13输出相应的电流信号控制电机14的输出力矩，最终实现对控制电机的控制。进行模糊控制的时候，专家系统基于专家知识库，智能推理机和自学习模块与大 量的实验训练相结合，最终对电机进行控制。传感采集的力/加速度等信息经过滤波及相关算法处理，通过友好的图形界面实 时准确地显示精密锻造/压装过程的受力曲线10。基于感知的力/力矩信息，与专家知识 库的经验力/力矩曲线比较，在线诊断精密锻造/压装的质量和预测缺陷情况11，若有缺陷 则发出报警信号。本实用新型基于感知的力/加速度信息作为反馈，能够精确控制精密锻 造/压装凸模按照设定的复杂压力-时间工艺曲线施加压力，达到自适应精密锻造/压装 的目的，从而保证锻件的组织性能。
权利要求一种精密锻造模具力/力矩自适应传感控制装置，其特征在于，包括力/力矩传感器[1]、信号调理电路[15]、抗干扰电缆[5]、高速数据采集卡[6]、控制计算机[7]、控制接触器[12]、电机伺服驱动模块[13]、电机[14]；力/力矩传感器[1]装配在机械连杆[2]和锻造上模[3]之间，可以直接检测终端输出的力/力矩，传感器[1]与信号调理电路[15]相连接，信号调理电路[15]对传感器[1]输出的信号进行调理和放大，并将处理好的信号通过高抗干扰电缆[5]传输给高速数据采集卡[6]，数据采集卡将力/力矩模拟信号转换为数字信号后输入与其相连的控制计算机[7]，控制计算机[7]对信号进行处理后将力矩控制命令输出到与其相连的电机伺服驱动模块[13]，电机伺服驱动模块[13]的输出端通过控制接触器[12]与电机[14]相连接，实现对电机的控制。
2.根据权利要求1所述的精密锻造模具力/力矩自适应传感控制装置，其特征在于，还 包括报警装置[17]，该报警装置与控制计算机[7]相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种精密锻造模具力/力矩自适应传感控制装置，包括力/力矩传感器、信号调理电路、高速数据采集卡、控制计算机、控制接触器、电机伺服驱动模块、电机；传感器装配在机械连杆和锻造上模之间，传感器与信号调理电路相连接，信号调理电路对传感器输出的信号进行调理和放大，并将处理好的信号通过高抗干扰电缆传输给高速数据采集卡，数据采集卡将力/力矩模拟信号转换为数字信号后输入与其相连的控制计算机，控制计算机对信号进行处理后将力矩控制命令输出到与其相连的电机伺服驱动模块，电机伺服驱动模块的输出端通过控制接触器与电机相连接，实现对电机的控制。本实用新型采用力闭环的控制方式，直接闭环控制锻件承受的压力曲线。
文档编号B30B15/00GK201684877SQ20092028327
公开日2010年12月29日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者刘永, 王克鸿, 葛艳明 申请人:江苏金源锻造股份有限公司