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CN115290367A - 一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法 - Google Patents

一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法 Download PDF

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CN115290367A CN202210990667.5A CN202210990667A CN115290367A CN 115290367 A CN115290367 A CN 115290367A CN 202210990667 A CN202210990667 A CN 202210990667A CN 115290367 A CN115290367 A CN 115290367A
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Abstract

本发明公开了一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法，可以通过采集在线生产用压合机处于压合工况时的电机电流时序数据或/和电机编码器时序数据，通过计算得到电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值，再根据所嵌入的与压合工况对应的电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型，即可得到压力时序数据的特征值，进而确定压力状态，从而对压力进行预测、质量判定和统计分析，实现对压合质量问题的评估和预警。与现有技术相比，无需加装压力传感器，降低设备成本及减小设备安装空间，无需定期对压力传感器进行离线调校，省时省力，有效提高了生产效率。

Description

一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法
技术领域
本发明涉及一种压合机压力状态检测方法，尤其是一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法。
背景技术
压合机是制造业中常见的成型设备，以电机驱动的压合机已广泛应用于工业生产中。压合机生产过程中的由PLC控制，其工况基本上有未压合（压头与工件接触未施压、压头未与工件接触）及压合（压头与工件接触施压）两种，在压合工况中需要实时监测压合力的大小，确保输出稳定的压力，否则可能出现因压合力不足导致工件成型尺寸波动，或因压合力过大损坏工件的情况。现有的压合力监测手段是在压合机的传力路径上加装压力传感器，不仅增大设备成本、占用设备安装空间，而且需要定期对压力传感器进行离线调校，费时费力，影响生产效率。
发明内容
本发明为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法。
本发明的技术解决方案是：一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法，按照如下步骤进行：
步骤1. 获取在线生产用压合机的工况状态，采集处于压合工况的电机电流时序数据或/和电机编码器时序数据，计算得到电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值；
步骤2. 将电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值作为输入信息，根据与压合工况对应的电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型，输出压力时序数据的特征值；
所述电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型按照如下方法建立：
步骤2.1在设定的不同压合位置分别重复进行多次压合过程，获取同一压合位置下每次压合过程的工况状态并采集电机电流时序数据、电机编码器时序数据及压力时序数据，计算得到对应的电机电流时序数据特征值、电机编码器时序数据特征值和压力时序数据特征值；
步骤2.2分别用数据拟合算法得出不同压合位置对应的电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型；
步骤3. 将压力时序数据特征值与压合质量分级阈值对比，判定当次压合的质量等级；
步骤4. 统计设定周期内的压合质量等级出现次数，得出压合质量等级的频次分布。
所述设定的不同压合位置是通过调节编码器值或者增减压合方向机械结构的垫片进行设定。
本发明可以通过采集在线生产用压合机处于压合工况时的电机电流时序数据或/和电机编码器时序数据，通过计算得到电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值，再根据所嵌入的对应压合工况下电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型，即可得到压力时序数据的特征值，进而确定压力状态，从而对压力进行预测、质量判定和统计分析，实现对压合质量问题的评估和预警。与现有技术相比，无需加装压力传感器，降低设备成本及减小设备安装空间，无需定期对压力传感器进行离线调校，省时省力，有效提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例的工况、电流及编码器关系示意图。
图2是本发明实施例电流-压力之间的关系曲线及95%置信度下的预测范围示意图。
图3是本发明实施例编码器值-压力之间的关系曲线及95%置信度下的预测范围示意图。
图4是本发明实施例电流-编码器值-压力之间的函数关系及95%置信度下的预测范围示意图。
图5是本发明实施例质量等级的频次分布示意图。
具体实施方式
本发明的一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法，按照如下步骤进行：
步骤1.通过PLC获取在线生产用压合机的工况状态，记录压合工况的起止时间并采集处于压合工况的电机电流时序数据或/和电机编码器时序数据（绝对编码器值或相对编码器值），计算得到电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值，其中时序数据是每个时间戳时刻的值，时序数据特征值可以是最大值、最小值、平均值、中位数、众数、标准差、方差、极差、百分位数、偏度系数、峰度系数中的至少一种；本发明实施例的工况、电流及编码器关系示意图如图1所示；
步骤2. 将电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值作为输入信息，根据所嵌入的与压合工况对应的电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型，输出压力时序数据的特征值；
所述电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型按照如下方法建立：
步骤2.1通过调节编码器值或者增减机械结构垫片设定不同的压合位置，在设定的不同压合位置分别进行200次压合过程，获取同一压合位置下每次压合过程的工况状态并采集电机电流时序数据、电机编码器时序数据及压力时序数据，其中压力时序数据是通过采集加装在试验用压合机不同传力路径上的多个压力传感器的时序数据并取最大值，对压力传感器时间戳对不上的进行插值处理，具体采集的时序数据可如表1所示：
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
计算得到对应的电机电流时序数据特征值、电机编码器时序数据特征值和压力时序数据特征值，所设定的时序数据特征值如表2所示；
表2
Figure 536694DEST_PATH_IMAGE002
步骤2.2分别用数据拟合算法得出每一压合工况电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的对应关系模型，所述数据拟合算法可以是插值函数、多项式函数、e指数函数、傅里叶函数、高斯函数拟合、有理函数拟合、幂函数、光滑拟合、正弦函数拟合、威布尔函数拟合中的至少一种；
本发明实施例用二次多项式拟合方法计算出如下所示的电流（x）-压力（p）之间的函数关系及95%置信度下的预测范围，其示意图如图2所示。
f(x) = p1*x^2 + p2*x + p3，
p1 =-2.567e+04 (-7.23e+04, 2.096e+04)；
p2 = 1.115e+05 (-8.973e+04, 3.127e+05)；
p3 =-6.073e+04 (-2.778e+05, 1.563e+05)；
本发明实施例用二次多项式拟合方法计算出如下所示的编码器值（y）-压力（p）之间的函数关系及95%置信度下的预测范围，其示意图如图3所示。
f(x) = p1*y^2 + p2*y + p3，
p1 = 1.182(-0.1694, 2.533)；
p2 =-5064(-1.085e+04, 724.7)；
p3 =5.484e+06(-7.146e+05, 1.168e+07)；
本发明实施例用二次多项式拟合方法计算出如下所示的电流-编码器值-压力、之间的函数关系及95%置信度下的预测范围，结果如图4所示：
f(x,y) = p00 + p10*x + p01*y + p20*x^2 + p11*x*y + p02*y^2，
p00 =7.204e+06(5.699e+05, 1.384e+07)；
p10 =-2.753e+05(-1.061e+06, 5.105e+05)；
p01 =-6394(-1.234e+04, -447.6)；
p20 =-2.951e+04(-7.61e+04, 1.707e+04)；
p11 =188.4(-167.3, 544.1)；
p02 =1.397(0.04723, 2.748)。
步骤3. 将压力时序数据特征值与压合质量分级阈值对比，判定当次压合的质量等级，例如优秀、良好、合格等，可用阿拉伯数字或英文字母代表质量等级代号；压合质量分级阈值可以是时序数据特征的极值范围或拟合算法在给定置信度下的范围，或根据经验设定；
步骤4. 统计设定周期内的压合质量等级出现次数，得出压合质量等级的频次分布，结果如图5所示。即在不加装压力传感器的条件下对压力状态进行预测、质量判定及统计分析。

Claims (2)

1.一种电机驱动的压合机压力状态在线检测方法，其特征在于按照如下步骤进行：
步骤1. 获取在线生产用压合机的工况状态，采集处于压合工况的电机电流时序数据或/和电机编码器时序数据，计算得到电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值；
步骤2. 将电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值作为输入信息，根据与压合工况对应的电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型，输出压力时序数据的特征值；
所述电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型按照如下方法建立：
步骤2.1在设定的不同压合位置分别重复进行多次压合过程，获取同一压合位置下每次压合过程的工况状态并采集电机电流时序数据、电机编码器时序数据及压力时序数据，计算得到对应的电机电流时序数据特征值、电机编码器时序数据特征值和压力时序数据特征值；
步骤2.2分别用数据拟合算法得出不同压合位置对应的电机电流时序数据特征值或/和电机编码器时序数据特征值与压力时序数据特征值的关系模型；
步骤3. 将压力时序数据特征值与压合质量分级阈值对比，判定当次压合的质量等级；
步骤4. 统计设定周期内的压合质量等级出现次数，得出压合质量等级的频次分布。
2.根据权利要求1所述的电机驱动的压合机压力状态在线检测方法，其特征在于：步骤2.1所述设定位置是通过调节编码器值或增减压合方向机械结构的垫片进行设定。
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