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微冲裁系统模态分析及视觉定位与冲裁控制研究

伍星  
【摘要】:微冲裁成型技术在电子制造和生物医疗等微型零件制造领域有着广泛的应用前景。为了提高产品竞争力,微型零件需具有高效率、低成本的制造方法与技术。针对以上问题,进行微冲裁批量制造系统的研究是十分必要的。开展旨在提高其加工精度、生产效率等方面的研究工作具有重要意义。 本文分析了国内外微冲裁成型设备的发展现状,结合863项目“基于微塑性成形技术的微型零件批量制造系统”,进行了模态测试、视觉定位及直线电机控制方面的研究与实验。 首先,在有限元分析软件ANSYS计算结果的基础上进行了模态测试实验。实验采用锤击法,根据响应信号强弱对不同计算振型采用不同的激励与响应方式。利用计算模态信息对实验结果进行鉴别筛选,得出了更接近实际的系统低阶模态频率值。 其次,针对步进电机平台进给送料工作方式所带来的零件平移自由度方向定位误差的问题,进行了视觉定位系统与定位方法的设计与研究。利用圆孔作为定位检测目标。通过采用二维灰度直方图的图像分割方法避免了传统一维直方图繁杂的分割阈值确定过程。经过对四种边缘检测算子在定位孔二值图像上检测边缘的细化处理,确定了最优算子及其边缘检测阈值。提出了Hough-最小二乘圆圆孔检测方法,仿真显示其较传统Hough变换具有更强的鲁棒性。实验结果表明该视觉定位方法实现了零件相对定位基准在平移自由度方向误差3.5μm内的定位。 最后,为了改善直线电机在短冲程、高速度和高加速度情况下的控制性能,针对原控制系统中速度环PI控制方法的不足,研究了滑模变结构控制方法。设计了以速度差值及其导数作为状态变量的滑模变结构控制器,并通过龙贝格观测器进行扰动补偿。在仿真验证控制器正确性的基础上进行了该控制器在西门子系统中实现方法的研究。利用驱动控制图表DCC编程完成了控制器在西门子控制系统速度环中的集成。经过实验过程中的参数对比调整,带有龙贝格观测器的滑模变结构控制器实现了近阶跃速度信号的无超调响应,具有理想的稳态误差,与PI控制相比过渡过程时间明显减少。


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