陳吉龍，邵燕翔，趙金達(dá)

(長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長春 130103)

壓裝機(jī)的質(zhì)量判定方法研究

陳吉龍，邵燕翔，趙金達(dá)

(長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，吉林 長春 130103)

摘要：準(zhǔn)確穩(wěn)定且多樣化的質(zhì)量判定方法是一臺高端壓裝機(jī)生產(chǎn)裝配出合格產(chǎn)品的關(guān)鍵，是產(chǎn)品質(zhì)量的保證。本文針對壓裝機(jī)的質(zhì)量判定方法進(jìn)行了全面的分析與研究，認(rèn)為壓裝機(jī)的質(zhì)量判定方法可分為區(qū)域判定和包絡(luò)線判定兩類，并分別給出了兩類判定方法包含的子方法及其核心算法。最后，討論了各種判定方法的特點(diǎn)和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：壓裝機(jī)；質(zhì)量判定；區(qū)域判定；包絡(luò)線判定

1引言

壓裝機(jī)是一種非常普遍的機(jī)械加工設(shè)備，既可以獨(dú)立加工某種零件，也可以位于一條生產(chǎn)裝配線中作為某種產(chǎn)品的某一道工序的加工設(shè)備[1-2]。壓裝機(jī)的主要工作原理是把一個零件壓入到另一個零件中，并且把此過程中通過壓力傳感器與位移傳感器所采集的數(shù)值繪制成壓裝曲線，進(jìn)而通過質(zhì)量判定方法判斷本次加工的零件是否合格。

質(zhì)量判定方法是壓裝機(jī)的核心組成部分，質(zhì)量判定方法的準(zhǔn)確與否是關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的關(guān)鍵問題。質(zhì)量判定方法主要包括兩類，分別是區(qū)域判定方法和包絡(luò)線判定方法。

區(qū)域判定方法是指在壓力與位移形成的二維坐標(biāo)系中，壓裝曲線要滿足穿過或停留在一個矩形區(qū)域才算質(zhì)量合格，而包絡(luò)線判定方法是指根據(jù)以往產(chǎn)生的壓裝曲線來對新生成的壓裝曲線的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而判定其質(zhì)量是否合格。區(qū)域判定方法包括左進(jìn)右出方法、左進(jìn)上出方法、左進(jìn)不出方法、下進(jìn)右出方法、下進(jìn)上出方法和下進(jìn)不出方法，而包絡(luò)線判定方法則包括壓裝曲線比較方法與壓裝曲線殘差平方和方法。

2區(qū)域判定方法

因?yàn)閴貉b曲線是采集一點(diǎn)畫一點(diǎn)，所以它實(shí)際上是許多線段連接起來的折線。區(qū)域判定方法的主要判定思想就是確定線段與矩形區(qū)域邊框的交點(diǎn)位置。以下討論假設(shè)矩形區(qū)域?yàn)閍≤x≤b，c≤y≤d。

圖1所示為左進(jìn)右出方法判定下的合格壓裝曲線，左進(jìn)右出方法的算法如下：

(1)矩形區(qū)域的左邊對應(yīng)的直線為x=a，壓裝曲線中第一個橫坐標(biāo)大于a的點(diǎn)為p1(x1,y1)，p1的前一點(diǎn)為p2(x2,y2)。根據(jù)公式求得直線p1p2與直線x=a的交點(diǎn)縱坐標(biāo)為y=(y1-y2)/(x1-x2)×a+y1-(y1-y2)/(x1-x2)×x1，如果滿足c≤y≤d，則判定壓裝曲線從矩形區(qū)域的左邊進(jìn)入。

(2)當(dāng)壓裝曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)橫坐標(biāo)x滿足a≤x≤b時，如果其縱坐標(biāo)y滿足c≤y≤d，則判定壓裝曲線沒有從矩形區(qū)域的上邊或下邊穿出。

(3)矩形區(qū)域的右邊對應(yīng)的直線為x=b，壓裝曲線中第一個橫坐標(biāo)大于b的點(diǎn)為p3(x3,y3)，p3的前一點(diǎn)為p4(x4,y4)。根據(jù)公式求得直線p3p4與直線x=b的交點(diǎn)縱坐標(biāo)為y=(y3-y4)/(x3-x4)×b+y3-(y3-y4)/(x3-x4)×x3，如果滿足c≤y≤d，則判定壓裝曲線從矩形區(qū)域的右邊穿出。

同時滿足以上3點(diǎn)的壓裝曲線是在左進(jìn)右出方法判定下的合格曲線。

圖1　左進(jìn)右出方法判定下的合格壓裝曲線

圖2所示為左進(jìn)上出方法判定下的合格壓裝曲線，左進(jìn)上出方法的算法如下：

(1)與左進(jìn)右出方法(1)相同。

(2)當(dāng)壓裝曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)橫坐標(biāo)x滿足a≤x≤b時，如果其縱坐標(biāo)y滿足c≤y，則判定壓裝曲線沒有從矩形區(qū)域的下邊穿出。

(3)矩形區(qū)域的上邊對應(yīng)的直線為y=d，壓裝曲線中第一個縱坐標(biāo)大于d的點(diǎn)為p3(x3,y3)，p3的前一點(diǎn)為p4(x4,y4)。根據(jù)公式求得直線p3p4與直線y=d的交點(diǎn)橫坐標(biāo)為x=(d-y3+(y3-y4)/(x3-x4)×x3)/((y3-y4)/(x3-x4))，如果滿足a≤x≤b，則判定壓裝曲線從矩形區(qū)域的上邊穿出。

同時滿足以上3點(diǎn)的壓裝曲線是在左進(jìn)上出方法判定下的合格曲線。

圖2　左進(jìn)上出方法判定下的合格壓裝曲線

圖3所示為左進(jìn)不出方法判定下的合格壓裝曲線，左進(jìn)不出方法的算法如下：

(1)與左進(jìn)右出方法(1)相同。

(2)當(dāng)壓裝曲線進(jìn)入矩形區(qū)域后，若對于任意新增加數(shù)據(jù)點(diǎn)的橫坐標(biāo)x，滿足a≤x≤b且縱坐標(biāo)y滿足c≤y≤d，則判定壓裝曲線沒有從矩形的任何一邊穿出。

同時滿足以上2點(diǎn)的壓裝曲線是在左進(jìn)不出方法判定下的合格曲線。

圖3　左進(jìn)不出方法判定下的合格壓裝曲線

圖4所示為下進(jìn)右出方法判定下的合格壓裝曲線，下進(jìn)右出方法的算法如下：

(1)矩形區(qū)域的左邊對應(yīng)的直線為x=a，下邊對應(yīng)的直線為y=c，壓裝曲線中第一個橫坐標(biāo)大于a且縱坐標(biāo)大于c的點(diǎn)為p1(x1,y1)，p1的前一點(diǎn)為p2(x2,y2)。根據(jù)公式求得直線p1p2與直線y=c的交點(diǎn)橫坐標(biāo)為x=(c-y1+(y1-y2)/(x1-x2)×x1)/((y1-y2)/(x1-x2))，如果滿足a≤x≤b，則判定壓裝曲線從矩形區(qū)域的下邊進(jìn)入。

(2)當(dāng)壓裝曲線進(jìn)入矩形區(qū)域后，若對于任意新增加數(shù)據(jù)點(diǎn)，當(dāng)其橫坐標(biāo)x滿足a≤x≤b時，縱坐標(biāo)y滿足c≤y≤d，則判定壓裝曲線沒有從矩形區(qū)域的上邊或下邊穿出。

(3)與左進(jìn)右出方法(3)相同。

同時滿足以上3點(diǎn)的壓裝曲線是在下進(jìn)右出方法判定下的合格曲線。

圖4　下進(jìn)右出方法判定下的合格壓裝曲線

圖5所示為下進(jìn)上出方法判定下的合格壓裝曲線，下進(jìn)上出方法的算法如下：

(1)與下進(jìn)右出方法(1)相同。

(2)當(dāng)壓裝曲線進(jìn)入矩形區(qū)域后，若對于任意新增加數(shù)據(jù)點(diǎn)，其橫坐標(biāo)x滿足a≤x≤b時，縱坐標(biāo)y滿足c≤y，且當(dāng)c≤y≤d時，滿足a≤x≤b，則判定壓裝曲線沒有從矩形區(qū)域的下邊、左邊或右邊穿出。

(3)與左進(jìn)上出方法(3)相同。

同時滿足以上3點(diǎn)的壓裝曲線是在下進(jìn)上出方法判定下的合格曲線。

圖5　下進(jìn)上出方法判定下的合格壓裝曲線

圖6所示為下進(jìn)不出方法判定下的合格壓裝曲線，下進(jìn)不出方法的算法如下：

(1)與下進(jìn)右出方法(1)相同。

(2)與左進(jìn)不出方法(2)相同。

同時滿足以上2點(diǎn)的壓裝曲線是在下進(jìn)不出方法判定下的合格曲線。

圖6　下進(jìn)不出方法判定下的合格壓裝曲線

3包絡(luò)線判定方法

壓裝曲線比較方法的算法如下：從已經(jīng)產(chǎn)生的壓裝曲線中選擇一條最為標(biāo)準(zhǔn)的曲線，使用非線性最小二乘法將該壓裝曲線(實(shí)際是由若干點(diǎn)組成的折線)進(jìn)行曲線擬合[3-4]，將擬合后的曲線向上平移一個距離d，得到曲線y=f1(x)，并且向下平移一個距離d，得到曲線y=f2(x)。這樣便形成了由兩條曲線組成的一片不規(guī)則區(qū)域，這個區(qū)域稱為比較區(qū)域。當(dāng)壓裝新的零件并繪制壓裝曲線時，若對于每一個新增的數(shù)據(jù)點(diǎn)p(x,y)，都滿足f2(x)≤y≤f1(x)，則該壓裝曲線是在壓裝曲線比較方法判定下的合格曲線。

壓裝曲線殘差平方和方法的算法如下：在已經(jīng)產(chǎn)生的壓裝曲線中選出a(a為常數(shù))條標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別使用非線性最小二乘法將a條壓裝曲線進(jìn)行曲線擬合。以一定間隔xi=i△x(△x為常量，i=1,2,3…)離散所有擬合后的曲線，這樣便得到a條對應(yīng)點(diǎn)橫坐標(biāo)相同而縱坐標(biāo)不同的離散曲線。對相同xi的點(diǎn)求縱坐標(biāo)的平均值yi，再對(xi,yi)進(jìn)行曲線擬合得到最終的標(biāo)準(zhǔn)曲線y=f(x)。當(dāng)壓裝新的零件并繪制壓裝曲線時，對于每一個新增的數(shù)據(jù)點(diǎn)p(x,y)，計(jì)算殘差e=y-f(x)，得到殘差數(shù)組，再對殘差數(shù)組求平方和h。如果h<ε(ε為常數(shù))，則該壓裝曲線是在壓裝曲線殘差平方和方法判定下的合格曲線。

4應(yīng)用分析與比較

區(qū)域判定方法適合對壓裝曲線的某個特征部分有要求的壓裝結(jié)果判定，其中，左進(jìn)右出方法常用于判斷壓裝曲線在一定位移范圍內(nèi)壓力是否平穩(wěn)，下進(jìn)上出方法常用于判斷壓裝曲線在一定位移范圍內(nèi)壓力是否突增，左進(jìn)上出方法和下進(jìn)右出方法常用于判斷壓裝曲線的拐點(diǎn)是否在一定的壓力和位移范圍內(nèi)，左進(jìn)不出方法和下進(jìn)不出方法常用于判斷壓裝曲線的終點(diǎn)是否在一定的壓力和位移范圍內(nèi)。包絡(luò)線判定方法適合對壓裝曲線整體走勢有要求的壓裝結(jié)果判定，其中，壓裝曲線比較方法關(guān)注每一個數(shù)據(jù)點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)曲線的偏離情況，壓裝曲線殘差平方和方法關(guān)注新的壓裝曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線的總體偏離情況。以上這些判定方法可以混合使用，以期生產(chǎn)出更高質(zhì)量的產(chǎn)品。

5結(jié)束語

本文研究的壓裝機(jī)質(zhì)量判定方法對壓裝機(jī)裝配出合格的產(chǎn)品有著重要意義，通過對以上這些判定方法的合理使用，可以準(zhǔn)確有效地識別生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是成品還是次品。接下來的研究重點(diǎn)在于改善算法，提高判定效率以及提出更多的質(zhì)量判定方法。

參考文獻(xiàn)

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Study on Quality Decision Method for Press Mounting Machine

Chen Jilong,Shao Yanxiang,Zhao Jinda

(Changchun Research Institute for Mechanical Science Co.,Ltd.Changchun 130103,Jilin,China)

Abstract：Stable and various quality decision methods are the key part of a high-end press mounting machine,and are the assurance of product quality.The quality decision methods for press mounting machine are analyzed and studied in this paper.The quality decision methods for press mounting machine are composed of region decision and envelope decision,and the sub-methods and core algorithms are presented.Finally,the characteristics and application of the various methods are discussed.

Keywords:press mounting machine;quality decision;region decision;envelope decision

中圖分類號：TH115

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.01.027