单刀线束机的刀具快速控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种单刀线束机的刀具快速控制系统和方法。本快速控制系统由前端模块、刀具模块和后端模块组成。本快速控制方法是根据加工过程中的各子过程的时间开销，合理分配三模块的占用时间，确定前端模块和后端模块的让刀以及刀具模块的刀具运动的最佳时机对线束两端加工，从而线束机的单刀能被高效使用，实现双刀功能。本发明专利技术有效的解决了由于刀具控制问题引起的线束机加工效率低下问题，具有实时性、扩展性和健壮性好的特点，大大提高了线束生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种线束机刀具控制系统和方法，特别是一种。
技术介绍
线束机是自动化生产线束产品专用设备。随着电子技术、信息技术和汽车制造等行业的迅猛发展，线束产品得到越来越广泛的应用。市场对线束末端加工产品的质量要求越来越高，需求量也日益增大，这些需求推动了现代化、自动化线束机设备的发展。为适应这种柔性化生产制造的需求，20世纪80年代，日本、瑞士等相继开始研发并很快推出电子专用设备---CNC全自动端子连接压着机。如日本JAM株式会社的RAINBON和MINIC系列全自动端子压着机，Kodera电子制作所的C系列全自动端子压着机、瑞士Komax公司的R系列全自动线束机器等。和国外相比，目前国内对线束加工设备研究较少，先进的线束加工设备基本靠国外引进。许多线束设备仍处于单机性质的初级阶段，线束加工生产的基本组织方式是适应国内劳动力密集型的单机组合方式，即采用开线、剥头、压接、组装、检测等人工监控工艺来完成线束产品的生产过程。目前国内线束加工设备较高水平的产品---自动线束机，其运转速度在1000-3000根/小时左右(一般国外先进设备的加工能力都达到6000-9000根/小时)，远低于国外同类设备。因此，国产设备能力限制了线束生产向低成本、高效率、快速、高质量控制方向发展，已成为行业发展的瓶颈。研究发现，线束机具有加工工艺复杂，动作繁多(达到70个以上，并且40％以上执行动作与刀具相关)，系统单个动作的执行时间以及动作间的衔接时间要求严格等特点。目前国内电子专用线束机主要使用的是单刀设备，在现有线束加工技术中，要用单刀实现双端子的加工，需要通过延时方法来控制刀具加工。目前采用的刀具控制方法所存在的缺点延时时间需要用多次试验方法测试，时间精度难于控制，因此造成加工的效率低下。由于线束机往往用于产品的批量生产，生产效率就成为一项非常重要的指标，要提高线束机加工效率，必须精确分配各个动作流程时间，特别是对刀具的控制更加合理，更为高效，尤其在单刀的线束机上，刀具控制的优劣已经成为制约国内线束机加工效率提高的关键瓶颈技术之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种，在单刀的线束机上，高效利用刀具，单刀实现双刀的功能。为达到上述目的，本专利技术的构思如下●系统的模块化及任务时间分配规律。根据系统的要求，对应用组合软硬件结构实现柔性化配置进行研究，将整个机械和电气系统进行合理拆分，把复杂线束加工进行了模块化处理，分割成相对独立的模块化(前端模块、刀具模块、后端模块)，分别用三片CPU控制，其中刀具模块为单刀。根据加工过程中的各个子过程的时间开销，合理的计算前端模块、刀具模块、后端模块的动作占用时间。确定前端模块、后端模块让刀以及刀具运动的最佳时机，对线束两端加工，高效使用单刀实现双刀的功能。本专利技术中，前端模块、后端模块采用无中断四任务调度，刀具模块采用有中断六任务调度。前端模块四任务为前端剥线、前端旋转压接、前端压接检测、前端送线；后端模块四任务为后端剥线、后端旋转压接、后端压接检测、后端取线；刀具模块六任务为配合前端剥线、前端送线、后端剥线的刀具下切和刀具上抬。下面分为不允许任务间互相中断和有任务中断的单调比例调度二种情况进行研究。(一)对于不允许任务间互相中断的执行过程，其调度时间计算如式(1)所示。左边为利用率计算，右边为利用率边界。Σj=1n(EjPj)≤n(21n-1)---(1)]]>其中，“n”代表最大的任务数，“E”代表任务“j”的执行时间，“P”代表任务“j”的周期。为保证调度器有足够的时间执行所有的任务，所有任务的执行都必须满足式(1)条件。随任务量的增加，任务的利用率边界减小，任务量与利用率边界关系如表1所示。表1任务量与利用率边界关系 在图1四个任务的调度图中，任务运行于不同的周期，执行的时间也不相同。图1中四个任务的调度在没有中断的单调比例调度下，其利用率计算如表2所示。表2没有任务中断的单调比例调度下利用率的计算 四个任务的利用率边界为0.75左右(见表1)，现在计算出的利用率是0.675，其小于利用率边界值0.75，所以满足调度器的时间边界值。(二)对于有任务中断的单调比例调度，其实现过程要允许高优先级的任务阻塞低优先级的任务的执行，其调度时间计算如式(2)所示。左边为利用率计算，右边为利用率边界Σj=1n(EjPj)+maxjΣj=1n(BjPj)≤n(21n-1)---(2)]]>其中“n”为最大的任务数，“E”是任务“j”的执行时间，“P”是任务“j”的周期，“B”是任务“j“的阻塞时间。为分析各个任务的阻塞时间，可以找一个优先级高的线程，它可以中断其他各个任务线程。六个任务的调度图如图2所示。图2所示的六个任务调度在有任务中断的单调比例调度下，其利用率计算如表3所示。表3有任务中断的单调比例调度下利用率的计算 注意任务1和任务2能够中断任务4、5、6，将任务1和任务2的执行时间之和除以任务3的运行周期，可计算出任务3的阻塞时间为0.075ms。由表3可知，由于利用率0.633低于六个任务的利用率边界0.735，所以满足调度器的时间边界要求。根据上述式子，我们把整个加工过程分解为前端剥线、前端旋转压接、前端压接检测、前端送线、后端剥线、后端旋转压接、后端压接检测、后端取线八个任务，刀具任务已包括在前端剥线、前端送线、后端剥线任务中。前端和后端会出现同时运动，假设前端剥线时间为T0，前端旋转压接时间为T1，前端压接检测时间为T2，前端送线时间为T3，后端剥线时间为T4，后端旋转压接时间为T5，后端压接检测时间为T6，后端取线时间为T7，根据公式(1)、(2)，把任务时间分配为T0∶T1∶T2∶T3∶T4∶T5∶T6∶T7＝2∶3∶1∶1.5∶2∶3∶1∶4效果最佳。●系统任务的并行性及通讯实时性模块化的设计为并行技术提供了保证。将所产生的模块在控制上进行合理拆分，形成智能终端的模块化控制方案，三模块实现多任务的并行，多个电机可同时工作，这样可以分摊任务压力，使各模块能够将更多的资源用于对系统的监控和优化上。模块智能化的时候尽可能将模块内的资源进行监控，做到模块和模块间只有关键参数和模块命令的传输。前端模块、刀具模块、后端模块三个模块的划分及PWM技术的采用，不仅使得前端模块、刀具模块、后端模块可以并行动作，而且各模块内部也可以并行动作，这样大大减少了等待的时间，提高了加工效率。上述模块之间通讯采用通用I/O口来提高了系统的实时性，使用信息编码技术对各模块的状态信息进行编码反馈。通讯时包括状态信息码和验证码，验证码2位，是状态信息码的末四位异或的结果。即状态信息码最后两位异或得到一位验证码，倒数三、四位异或得到一位验证码。验证码用来检验状态信息码正确与否，对于通讯不正确的状态，系统可以自行重发，直到通讯正确。另外，模块之间自动重复发送、软件滤波技术和通讯技术的采用大大提高了系统的健壮性。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案一种单刀线束机的刀具快速控制系统，由一个前端模块、一个刀具模块和一个后端模块组成，其特征在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单刀线束机的刀具快速控制系统，由一个前端模块（１）、一个刀具模块（２）和一个后端模块（３）组成，其特征在于所述的前端模块（１）、刀具模块（２）和后端模块（３）分别用三片ＣＰＵ（４、５、６）控制执行任务：前端模块（１）控制执行四个 任务：前端剥线、前端旋转压接、前端压接检测和前端送线；后端模块（３）控制执行四个任务：后端剥线、后端旋转压接、后端压接检测和后端取线；刀具模块（２）控制执行六个任务：配合前端剥线、前端送线和后端剥线的刀具下切和刀具上抬； 所述的前端模块（１）和后端模块（３）与刀具模块（２）相连，通过前端模块（１）和后端模块（３）的让刀及刀具模块（２）的刀具运动任务时间的最佳分配，实现单刀对线束两端加工。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭帅，何金保，田应仲，何永义，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]