一种电机轴自适应矫直控制方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及电机轴矫直技术领域，尤其是涉及一种电机轴自适应矫直控制方法、系统及存储介质。
背景技术
在电机轴的制造加工过程中，电机轴加工切削量较大且工艺复杂，并且由于热处理或其他工艺的处理不当，电机轴的轴心线常会发生轴向弯曲，降低轴的直线度和圆柱度。因此，为保证电机轴的直线度和加工质量，必须对电机轴进行矫直加工，保证电机轴输出位直线度、电机轴结构的圆柱度和尺寸精度、电机轴安装于电机结构的同轴度，确保电机优良的机械性能和输出特性;在矫直加工中多数企业还是采取传统的手动加工方式或半自动加工方式，其适应性差、自动化程度低，难以提高矫直效率和质量稳定性，且传统矫直算法多数针对单一的二维平面矫直，对于出现的三维挠曲线的特征缺少相应的矫直解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电机轴自适应矫直控制方法、系统及存储介质，解决了现有技术中缺少针对具有三维挠曲线特征的电机轴矫直的技术问题。
一方面，本发明提供了一种电机轴自适应矫直控制方法，包括以下步骤：
获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，根据电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，获取矫直方向及矫直位置;
进行试压，获取试压力及试压位移，根据所述试压力和试压位移获取材料弹性模量，根据所述材料弹性模量获取矫直量;
获取初始矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，获取修正后的矫直回弹值，利用所述修正后的矫直回弹值补偿所述矫直量，根据所述矫直方向、矫直位置以及补偿后的矫直量对电机轴进行矫直。
进一步地，根据电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，获取矫直方向及矫直位置，具体包括，根据公式
获取角度θ，根据所述角度θ确定矫直方向及矫直位置，其中，δ1、θ1分别为电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向，δ2、θ2分别为轴承位同轴度误差、方向。
进一步地，根据所述试压力和试压位移获取材料弹性模量，具体包括，根据公式
获取材料弹性模量k0，其中，e表示弹性区域，F0、δ0分别是试压力和试压位移。
进一步地，根据所述材料弹性模量获取矫直量，具体包括，根据公式
获取矫直量δ∑，其中，δt为矫直位置的误差数值，At为截面弯矩，所述截面弯矩根据截面尺寸弹性模量k0获取，l为支点调整机构上支撑块之间的距离;lt为发生弹塑性变形的长度，为xi处对应的曲率比，n为弹塑性变形区域等分数量，xi=lt+iΔx，Δx=(l-lt)/n。
进一步地，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，获取修正后的矫直回弹值，具体包括，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，设置模糊控制器的参数，利用模糊控制器的参数获取矫直补偿值的语言值，利用性能指标改善矫直补偿值的语言值的模糊自适应性，得到修正后的矫直回弹值。
进一步，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，设置模糊控制器的参数，具体包括，根据矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，设置模糊控制器的参数为e(k)=yd(k)-y(k)、c(k)=e(k)-y(k-1)、其中，yd(k)、y(k)分别为第k次矫直的矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，k为矫直次数，Δu(k)为第k次矫直的矫直补偿值。
进一步地，利用模糊控制器的参数获取矫直补偿值的语言值，具体包括，根据公式ΔU'=E'oC'oR获取矫直补偿值的语言值，其中，E'、C'分别是e(k)、c(k)的语言值，R为总体关系。
进一步地，获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，具体包括，将电机轴装夹在两端夹持旋转机构上，通过光学检测机构扫描以及两端夹持旋转机构完成电机轴整体检测，通过线缆将检测数据传输到工控机中进行数据拟合与三维挠曲线重构，获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向。
另一方面，本发明还提供了一种电机轴自适应矫直控制系统，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的电机轴自适应矫直控制方法。
另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的电机轴自适应矫直控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，根据电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，获取矫直方向及矫直位置，然后进行试压，获取试压力及试压位移，根据所述试压力和试压位移获取材料弹性模量，根据所述材料弹性模量获取矫直量，获取初始矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，获取修正后的矫直回弹值，利用所述修正后的矫直回弹值补偿所述矫直量，根据所述矫直方向、矫直位置以及补偿后的矫直量对电机轴进行矫直;实现了针对具有三维挠曲线特征的电机轴的自适应矫直。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的电机轴自适应矫直控制方法的流程示意图;
图2为本发明实施例1所述的三角形的隶属函数的示意图;
图3为本发明实施例1所述的矫直机结构简图;
图4为本发明实施例1所述的压头-支撑块分布示意图;
图5为本发明实施例1所述的检测结果空间角度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明提供了一种电机轴自适应矫直控制方法，其流程示意图，如图1所示，所述电机轴自适应矫直控制方法，包括以下步骤：
获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，根据电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，获取矫直方向及矫直位置;
进行试压，获取试压力及试压位移，根据所述试压力和试压位移获取材料弹性模量，根据所述材料弹性模量获取矫直量;
获取初始矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，获取修正后的矫直回弹值，利用所述修正后的矫直回弹值补偿所述矫直量，根据所述矫直方向、矫直位置以及补偿后的矫直量对电机轴进行矫直。
一个具体实施例中，将电机轴装夹在两端夹持旋转机构上，通过光学检测机构扫描以及两端夹持旋转机构完成电机轴整体检测，通过线缆将检测数据传输到工控机中进行数据拟合与三维挠曲线重构，得到电机轴输出位圆跳动误差数值δ1和方向θ1、轴承位同轴度误差δ2和方向θ2以及电机轴整体尺寸;
优选的，根据电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，获取矫直方向及矫直位置，具体包括，根据公式
获取角度θ，根据所述角度θ确定矫直方向及矫直位置，其中，δ1、θ1分别为电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向，δ2、θ2分别为轴承位同轴度误差、方向;
具体实施时，在确定矫直方向及矫直位置后，通过两端夹持旋转机构进行电机轴旋转实现矫直方向调整，驱动支撑块进行调整，固定电机轴并松开两端夹紧机构;
优选的，根据所述试压力和试压位移获取材料弹性模量，具体包括，根据公式
获取材料弹性模量k0，其中，e表示弹性区域，F0、δ0分别是试压力和试压位移;
具体实施时，在获取确定矫直方向及矫直位置后，还需要进行试压，试压量为矫直位置处的误差数值(δ1、δ2)，试压过程中进行材料智能识别，根据矫直压头执行机构的电机反馈数据计算出试压力F0和试压位移δ0，将所述试压力F0和试压位移δ0，代入上述公式，则可得材料弹性模量;
优选的，根据所述材料弹性模量获取矫直量，具体包括，根据公式
获取矫直量δ∑，其中，δt为矫直位置的误差数值，由光学检测机构检测所得的数据可知，At为截面弯矩，所述截面弯矩根据截面尺寸弹性模量k0获取，l为支点调整机构上支撑块之间的距离;lt为发生弹塑性变形的长度，为xi处对应的曲率比，n为弹塑性变形区域等分数量，xi=lt+iΔx，Δx=(l-lt)/n;xi为第i段的坐标;得到的矫直量再通过工控机中的模糊自适应控制器的修正可得到最终的矫直量;
优选的，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，获取修正后的矫直回弹值，具体包括，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，设置模糊控制器的参数，利用模糊控制器的参数获取矫直补偿值的语言值，利用性能指标改善矫直补偿值的语言值的模糊自适应性，得到修正后的矫直回弹值;
一个具体实施例中，模糊自适应控制器由简单模糊自适应模块和模糊自适应修改模块组成;简单模糊自适应模块是将计算得到的矫直回弹值yd(k)与实际测量下压回弹值y(k)进行比较，然后评估出补偿值，然后得到补偿的下压量，其中k为矫直次数;
优选的，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，设置模糊控制器的参数，具体包括，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，设置模糊控制器的参数为e(k)=yd(k)-y(k)、c(k)=e(k)-y(k-1)、其中，yd(k)、y(k)分别为第k次矫直的矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，k为矫直次数，Δu(k)为第k次矫直的矫直补偿值;
需要说明是的，e(k)为矫直回弹值与实际测量下的压回弹值之间的误差，并将误差的变化c(k)模糊化，补偿值Δu(k)也模糊化，用于控制变量;
优选的，利用模糊控制器的参数获取矫直补偿值的语言值，具体包括，根据公式ΔU'=E'oC'oR获取矫直补偿值的语言值，其中，E'、C'分别是e(k)、c(k)的语言值，R为总体关系。
具体实施时，模糊化的语言值通过运用具有三角形的隶属函数进行模糊化，三角形的隶属函数的示意图，如图2所示;模糊关系的推理是通过使用Zadeh的推理组合规则得来，模糊规则为R:IFis E and IFis C THENisΔU;R就是有每个个体关系组成的并集。控制器输出的补偿值Δu(k)可由语言值表示为：ΔU'=E'oC'oR，式中，E'和C'是e(k)和c(k)的语言值，R为总体关系;其中，总体关系可以表达为基本的模糊推理值得到之后，利用性能指标PI(k)来改善模糊自适应性：其中，PI(k)的性能指标决策表，如表1所示，其中是输出过程中的期望变化，在推理的过程中添加修正系数，用来添加或删除修改的规则，最终达到的修正后的回弹值如下，yd(k+1)=yd(k)+Δu(k+1)
运用得到的模糊化自适应修正的yd来重新补偿矫直量δΣ,其中,δΣ1=yd+δi,利用可以修正同一电机轴的下一次矫直，以及同一批电机轴的下一个电机轴的矫直，将设定的支撑块之间距离、经过补偿后的矫直量作为指令发送到控制控制机构，由控制机构控制支点调整机构和矫直压头执行机构实现支撑块调整与电机轴矫直;矫直完成后再通过光学检测机构对电机轴整体进行检测，判断是否满足公差标准，若满足公差标准则停止矫直，若为满足标准，则同样的方式进行二次矫直;
优选的，获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，具体包括，将电机轴装夹在两端夹持旋转机构上，通过光学检测机构扫描以及两端夹持旋转机构完成电机轴整体检测，通过线缆将检测数据传输到工控机中进行数据拟合与三维挠曲线重构，获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向。
一个具体实施例中，针对电机轴矫直控制需要用到控制机构、矫直压头执行机构、支点调整机构、两端夹持旋转机构、光学检测机构以及第一光栅尺传感器、第二光栅尺传感器、第三光栅尺和电位器，所述控制机构通过线缆连接工控机和控制卡;电机轴矫直结构简图，如图3所示;所述矫直压头执行机构包括曲柄连杆、滑块、导轨、移动电机以及输出电机，压头固定于滑块上，输出电机与曲柄连杆相连，通过曲柄连杆带动滑块与压头进给，移动电机位于导轨上，带动压头整体移动;所述支点调整机构包括支撑块、导轨、齿轮齿条机构以及驱动电机，支撑块安装在导轨上通过齿轮齿条机构以及驱动电机驱动;压头-支撑块分布示意图，如图4所示;
所述两端夹持机构包括顶尖、夹持电机以及旋转电机，顶尖位于夹持电机前端，由旋转电机控制整体旋转;所述光学检测机构包括激光传感器及控制电机，激光传感器安装在导轨上，通过控制电机控制器移动检测，激光传感器通过线缆直接与工控机相连;所述压头中配置有力传感器;
所述第一、第二、第三光栅尺传感器分别测量矫直压头下压量、两支撑块运动位置和矫直压头移动位置，第一、第二、第三光栅尺传感器和电位器均与所述运动控制卡相连;所述夹持电机中配置有编码器;所述输出电机、移动电机、驱动电机、旋转电机和控制电机均为伺服电机;
两端夹持旋转装置机构通过电机完成对电机轴的夹紧旋转完成电机轴的检测动作，支点调整机构起到了第一次固定的作用，方便夹持机构进行夹持，同时，在矫直的时候能够起到矫直支点的作用，且实现矫直跨距可调整。
在矫直过程中，为了提高矫直精度，位置控制模式采用闭环控制。在矫直压头与支撑块调整处均采用光栅尺位移传感器进行位移测量，将测量值转换成电流信号发送给工控机进行处理;
矫直压头在输出电机带动下进行纵向运动，导轨移动电机、夹紧动作、支撑块移动以及激光传感器均沿水平方向运动;光栅尺监测矫直压头与支撑块移动距离并进行补偿，电位器对旋转机构旋转角度进行监控，因此，电机为全闭环位置(角度)控制，夹持电机需要提供稳定的力矩输出，且精度要求低，因此进行编码器读取，采用半闭环的力矩控制;
闭环控制的基本实现形式为，运动控制卡接受工控机发出的指令，以脉冲形式发送到伺服控制单元，驱动伺服电机转动。光栅尺(电位器)将实际运动的测量值转化为电信号传输到运动控制卡中，与工控机发出的信号进行比较，将偏差进行补偿，并重新生成命令进行控制;
半闭环控制的基本实现形式为运动控制卡接受工控机发出的指令，以电压形式发送到伺服控制单元，采集编码器产生的电机运动位置的信号返回运动控制卡;
线激光传感器采用在线检测方式，一次检测完成后通过网线EtherCAT协议传输到工控机上进行数据处理;
上位机选择研为YPC型号工控机，运动控制卡选择DMC型运动控制卡，并且选用一个DB型号扩展模块用于扩展数字I/O和模拟量输入，两个带光隔的ICM连接模块方便接线，伺服电机选择交流伺服电机SGMGH型号、SGMJV型号，伺服控制器配合伺服电机选择SGDMS型号、SGDV型号，光栅尺为KA型号，电位器选择WKA型角度传感器，检测传感器选择SR7300型号;
用运动控制卡中的电机控制命令编写电机运动的控制程序;添加Galil运动控制卡与C#之间的接口程序，实现Galil卡与C#实现通信。依据EtherCAT网线协议，实现线激光传感器与上位机的通讯，并通过编程实现数据传输与数据处理的功能;将编写的电机运动程序利用来编译并实现电机运动的控制，最后将其嵌入到整个矫直机控制流程中，满足矫直控制需求;
一个具体实施例中，加工的电机轴为一款风扇电机轴，其整体半径尺寸为18mm，整体长度为356mm，其输出端圆跳动公差要求为0.02mm，两轴承位同轴度要求为0.03mm;
根据线激光扫描得到的空间角度以及最终确定的角度，检测结果空间角度示意图，如图5所示，其挠度最大值为0.23mm;依据计算结果，在下压过程中进行材料模型修正得到材料弹性模量为216.37GPa，依据公式进行矫直量预测得到矫直下压量为1.02mm;矫直后得到的电机轴零件进行检测，其圆跳动公差和同轴度公差不满足零件要求;重新测量后并重新定位矫直位置后，利用模糊自适应推理机进行矫直量的修正，得到的矫直量为0.69mm;矫直后得到的电机轴零件进行检测，其圆跳动公差和同轴度公差满足零件要求。
实施例2
本发明还提供了一种电机轴自适应矫直控制系统，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述任一实施例所述的电机轴自适应矫直控制方法。
实施例3
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上述任一实施例所述的电机轴自适应矫直控制方法。
本发明公开了一种电机轴自适应矫直控制方法、系统及存储介质;通过获取电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，根据电机轴输出位圆动跳动误差数值、方向及轴承位同轴误差、方向，获取矫直方向及矫直位置，然后进行试压，获取试压力及试压位移，根据所述试压力和试压位移获取材料弹性模量，根据所述材料弹性模量获取矫直量，获取初始矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，根据所述矫直回弹值与实际测量下的压回弹值，获取修正后的矫直回弹值，利用所述修正后的矫直回弹值补偿所述矫直量，根据所述矫直方向、矫直位置以及补偿后的矫直量对电机轴进行矫直;实现了针对具有三维挠曲线特征的电机轴的自适应矫直，提高了电机轴矫直的自动化程度、矫直效率和矫直质量稳定性，
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
