【文章內(nèi)容簡介】 換代快，很 多 生產(chǎn)線還是采用手工操作方式，缺乏必要的檢測(cè)手段和裝配質(zhì)量監(jiān)控手段。近年來形式各樣的手動(dòng)或自動(dòng)裝配生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)逐步得到了應(yīng)用，但是很多方案由于成本原因，常采用多串口卡或 RS485 網(wǎng)絡(luò)的方案，使得條碼掃描輸入和反饋較慢，滿足不了生產(chǎn)線工序操作的實(shí)時(shí)性要求，甚至影響到操作人員的情緒。為此，利用近年來迅速普及的無風(fēng)扇觸摸式平板計(jì)算機(jī)，提出了一種基于局域網(wǎng)的，采用 客戶 /服務(wù)器 (Client/Server)結(jié)構(gòu)的汽車安全氣囊柔性裝配生產(chǎn)線解決方案。有效地解決了目前常見方案的諸多缺陷。 研制的安全氣囊柔性裝配生產(chǎn)線一 般有 3~4 個(gè)工位操作臺(tái)，有 4~5 個(gè)操作人員，每個(gè)工作臺(tái)均配備觸摸式計(jì)算機(jī)及條碼掃描器 組成， 根據(jù)裝配工藝需要，有的配備專用夾具和自動(dòng)螺母擰緊機(jī)或電氣檢測(cè)儀表及裝置，裝配流程終端設(shè)置服務(wù)器計(jì)算機(jī)和條碼掃描器及打印機(jī) 。 其工藝流程為：先將待加工的產(chǎn)品和所需零部件送到該條裝配線的相應(yīng)工位 ,第一個(gè)工位在飾蓋內(nèi)側(cè)按裝氣體發(fā)生器支架；第二工位在支架和飾蓋打鉚釘；第三步安裝氣體發(fā)生器并用擰螺母機(jī)裝配螺母，固定發(fā)生器在支架上，第四步對(duì)發(fā)生器進(jìn)行電氣檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括發(fā)生器絕緣電阻、起爆電阻和短路電阻，最后系統(tǒng)打印總成條碼。 系 統(tǒng)對(duì)裝配過程中每個(gè)新增的主要部件均要進(jìn)行條碼掃描，而且至少要保證有一個(gè)部件的條碼在每道工序都進(jìn)行掃描，以形成工序順序標(biāo)記。如果某個(gè)產(chǎn)品在某道工序沒有進(jìn)行掃描，則下道工序 顯示錯(cuò)誤信息，禁止下一工序的操作；如果某個(gè)部件已經(jīng)使用過，則也會(huì)提示相應(yīng)信息等，以實(shí)現(xiàn)裝配工序糾錯(cuò)功能。完成所有工段操作之后，系統(tǒng)將自動(dòng)按該產(chǎn)品的條碼規(guī)則生成并打印安全氣囊總成條碼，由最后工序的操作人員粘貼后進(jìn)行包裝。由于各個(gè)工段是依據(jù)上一工段的完成為前提的，為了 避免修改某一工段的程序而引起大面積的數(shù)據(jù)修改，在數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)上采用了觸發(fā)器士學(xué)位論文 3 機(jī)制。 產(chǎn)品的裝配質(zhì)量是依靠相關(guān)的擰緊機(jī)和電氣檢測(cè)工位來保證的，其相關(guān)檢測(cè)結(jié)果 (各個(gè)擰緊螺母的扭矩、落座角或電氣檢測(cè)參數(shù) )也一并進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。各工位的操作者信息也進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，以滿足系統(tǒng)追溯的要求。 迄今為止，我國在機(jī)器人技術(shù)方面和美、日等發(fā)達(dá)國家相比還存在較大的差距，這就需要我們大力發(fā)展機(jī)器人技術(shù)，積極引進(jìn)外國機(jī)器人技術(shù)、進(jìn)行消化并迅速在國內(nèi)進(jìn)行實(shí)用化，服務(wù)于國家工業(yè)發(fā)展；同時(shí)，國家工業(yè)化的發(fā)展也會(huì)促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。 機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制工程、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等學(xué)科為 一體的綜合技術(shù)。它是多學(xué)科科技革命的必然結(jié)果，每一臺(tái)機(jī)器人，都是一個(gè)知識(shí)密集和技術(shù)的高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品。 本項(xiàng)目采用直角坐標(biāo)機(jī)器人移動(dòng)攝像機(jī)逐個(gè)采集安全氣囊的氣體發(fā)生器支架和飾蓋間卡扣連接的視覺圖像，以提高單個(gè)視圖的圖像分辨率，并運(yùn)用 MATLAB 實(shí)現(xiàn)圖像的邊緣提取，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提高圖形識(shí)別能力，解決人工檢測(cè)費(fèi)時(shí)和可靠性差的問題，為提高安全氣囊自動(dòng)裝配線自動(dòng)化檢測(cè)水平提供一定的基礎(chǔ)研究。另外，還可以加強(qiáng)研究小組的同學(xué)的科學(xué)研究水平，使同學(xué)了解工廠實(shí)際情況和技術(shù)需求，擴(kuò)展同學(xué)自動(dòng)控制和圖像處理等研究方向的 知識(shí)。因此，項(xiàng)目在教學(xué)和科研方面都具有一定的作用和意義。 士學(xué)位論文 4 第 2章 基于 PC 的數(shù)字控制系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)與數(shù)字控制技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)是 20 世紀(jì)發(fā)展最快的技術(shù)之一，自 1946 年至 1971 年的四分之一世紀(jì)中，計(jì)算機(jī)從電子管、晶體管發(fā)展到大規(guī)模集成電路，走過了漫長的道路。人們的主要精力是用于研制大型高速計(jì)算機(jī)、大容量存儲(chǔ)器、外部設(shè)備以及各種軟件等，而直接用于生產(chǎn)過程控制的計(jì)算機(jī)較少。 自 1971 年至 1984 年，微型計(jì)算機(jī)得到迅速發(fā)展，其系統(tǒng)性能已接近小型計(jì)算機(jī)，而成本卻僅為小型計(jì)算機(jī)的幾十分之一， 特別是微型計(jì)算機(jī)（以下簡稱微型機(jī)）的體積小、功耗低、可靠性高和體系結(jié)構(gòu)靈活的特點(diǎn)，引起了各方面工程設(shè)計(jì)人員的重視。微型機(jī)的大量推廣應(yīng)用，促進(jìn)了它的進(jìn)一步發(fā)展，為在數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，提供了良好條件。目前，微型機(jī)與數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)密切結(jié)合在一起。 計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展和計(jì)算機(jī)本身的發(fā)展密不可分，計(jì)算機(jī)的每一次更新?lián)Q代，都會(huì)促使計(jì)算機(jī)控制的進(jìn)步。自從 1946 年誕生世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)以來，無數(shù)的科研人員就設(shè)想將計(jì)算機(jī)用于系統(tǒng)控制，例如飛機(jī)、導(dǎo)彈系統(tǒng)等。但是，由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)體積和功耗太大，可靠性差，穩(wěn)定性也不盡人意，所以還不能用于控制系統(tǒng)。因此，當(dāng)時(shí)的較長一段時(shí)間里，計(jì)算機(jī)主要還是用于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。 計(jì)算機(jī)控制首先在工業(yè)過程控制領(lǐng)域獲得成功。 20 世紀(jì) 50 年代中期，美國科技人員開始對(duì)化工過程控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并于 1959 年 3 月，成功地制造出了世界上第一個(gè)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 德克薩斯煉油計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，美國這一開創(chuàng)性的工作，使得人們對(duì)計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)生極大的興趣，從此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)進(jìn)入正軌。 早期的計(jì)算機(jī)是電子管計(jì)算機(jī)， 20 世紀(jì) 60 年代初，隨著 半導(dǎo)體技術(shù)的興起，晶體管計(jì)算機(jī)取代了電子管計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的可靠性和各個(gè)性能指標(biāo)都得到了較大的提高，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開始采用直接數(shù)字控制(DDC)。但是，由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)價(jià)格太貴，可靠性不能完全滿足生產(chǎn)過程控制的要求，因此，計(jì)算機(jī)控制的推廣受到很大限制。 20 世紀(jì) 60 年代后期，隨著集成電路技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)，小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)加快了數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展。但當(dāng)時(shí)的小型計(jì)算機(jī)價(jià)格比較貴，只有對(duì)大規(guī)模的控制系統(tǒng)才可能采用計(jì)算機(jī)控制，對(duì)一般控制應(yīng)用仍然是可望不可及的事。 士學(xué)位論文 5 計(jì)算機(jī)控制的快速發(fā)展是在 20 世紀(jì) 70 年代初期，出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)之后才開始的。隨著大規(guī)模集成電路 (LSI)技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)于1971 年問世，微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使得計(jì)算機(jī)控制進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。由于微型計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、可靠性高、價(jià)格低和體積小等特點(diǎn)，因此消除了長期阻礙數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)展的問題。 20 世紀(jì) 70 年代中期出現(xiàn)了集散控制系統(tǒng) (DCS)，成功地解決了傳統(tǒng)集中控制系統(tǒng)整體可靠性差的矛盾，從而使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。 20 世紀(jì) 80 年代以后，隨著超大規(guī)模集成電路 (VLSI)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì) 算機(jī)朝著超小型化、軟件固化和控制智能化方向發(fā)展，同時(shí)多傳感器測(cè)量系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等也越來越自動(dòng)化、智能化。 開放式數(shù)控系統(tǒng) 近幾年來，數(shù)控技術(shù)的又一個(gè)重要發(fā)展方向是數(shù)控系統(tǒng)的開放化。一方面，以往的數(shù)控系統(tǒng)由于其封閉性無法將計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的最新成果運(yùn)用于數(shù)控系統(tǒng)中，嚴(yán)重地阻礙了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。這種封閉式結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成本極高，開發(fā)周期很長，升級(jí)困難，可靠性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性和易用性差，二次開發(fā)困難。為解決封閉式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)所存在的問題，近年來，西方一些發(fā)達(dá)國家相繼提出開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)，包括美國的 NGC 和 OMAC 計(jì)劃、歐共體的 OSACA 計(jì)劃和日本的 0SEC 計(jì)劃等。我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過 “七五 ”引進(jìn)、消化、吸收， “八五 ”攻關(guān)和 “九五 ”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進(jìn)展，具有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)開始形成，而且在發(fā)展過程中，調(diào)整到以 PC 機(jī)為硬件平臺(tái)的發(fā)展路線上，并以此形成了 DOS 和 Windows 兩種軟件平臺(tái)，開發(fā)出了若干個(gè)基本系統(tǒng)。然而就總體而論，仍處于開始階段，雖然各個(gè)系統(tǒng)都向 PC 平臺(tái)方向發(fā)展，但仍然存在一些問題。最大問題是開放性不夠、開發(fā)環(huán)境和支持手段不足，用戶進(jìn)行二次開發(fā)困難。封閉式數(shù)控系統(tǒng)對(duì)用戶來說只是一個(gè)被定義了輸入和輸出的黑匣子，其內(nèi)部細(xì)節(jié)是不可知的在原來的基礎(chǔ)上很難或幾乎不可能加入新的控制策略方案和擴(kuò)展的新功能。為適應(yīng)不斷發(fā)展的現(xiàn)代技術(shù)需求，未來的 CNC 必須能夠被用戶重新配置、修改、擴(kuò)充和改裝，并允許模塊化地集成傳感器，加工過程的監(jiān)視與控制系統(tǒng)，而不必重新設(shè)置硬件和軟件。要達(dá)到這一目的，最有效的途徑就是實(shí)現(xiàn)開放性。當(dāng)前，數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面： (1) 繼續(xù)向開放式、基于 PC 機(jī)的第六代方向發(fā)展 基于 PC 機(jī)所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題。 PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普士學(xué)位論文 6 遍。日本、歐盟和美國等針對(duì)開放式 CNC 正在進(jìn)行前后臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的研究。 (2) 高速度、高精度、高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU 芯片、多 功能 CPU 控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速度、高精度、高效化已大大提高。 (3) 工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合是指工件在