一种面向多工位插针组装设备的装配节拍监测方法与流程

本发明涉及装配监测，特别是指一种面向多工位插针组装设备的装配节拍监测方法。

背景技术：

1、随着自动化装配生产线向多工位协同、高节拍连续运行方向发展，生产设备在同一分度周期内通常需要依次完成送料、定位、插装、压装、检测和放行等动作。为保证各工位动作衔接稳定，工业监控技术逐步由单一设备启停状态采集发展为结合位移、压力、视觉和控制信号的多源运行状态监测，并通过生产节拍、工位状态和设备运行参数对装配过程进行实时分析，从而为生产线运行状态判断和设备维护提供数据基础。

2、例如，公开号为cn121857619a的申请公开了一种氮气弹簧装配生产线故障诊断系统，包括部署于生产线现场的压装设备、定位设备、打标设备及与各设备通信连接的控制装置。传感采集模块通过压力传感器、位移传感器和工业相机采集实时多模态时序数据；孪生映射模块利用数字孪生模型动态修正物理参数生成设备健康状态映像；状态诊断模块提取特征向量并结合历史故障模式图谱与联邦学习框架输出诊断结果；动态预警模块根据置信度启动多级预警并通过逆向仿真定位故障根因；决策优化模块分析知识库记录生成仿真验证的预测性维护工单。系统通过模块间双向数据流实现闭环优化，解决生产线实时监测与智能预警缺失问题，减少非计划停机，提升生产效率。

3、但是，现有装配生产线监测方式通常侧重于设备运行状态、工位完成信号或者整体节拍时间，对多工位插针组装过程中针体由插针头向连接器承接转移、载具受力恢复以及插针头退出分度避让位置等机械交接过程缺少联合判定，难以确定插针工位实际达到机械交接条件的时间点，也难以进一步区分整机机械交接、控制放行和分度启动之间的等待过程。

4、因此，针对以上问题，亟需提供一种面向多工位插针组装设备的装配节拍监测方法。

技术实现思路

1、为了解决现有多工位插针组装中难以定位插针机械交接限制来源，导致装配节拍瓶颈难以准确识别的问题，本发明实施例提供了一种面向多工位插针组装设备的装配节拍监测方法。所述技术方案如下：

2、提供了一种面向多工位插针组装设备的装配节拍监测方法，该方法包括：

3、s1，获取多工位装配信息和插针机械交接参数表，基于目标插孔建立插针轴坐标系，并采集插针头、针体、连接器壳体和载具的位置数据及插针头动作信号，确定载具两侧初始基准位置值，生成插针承接采样记录；

4、s2，基于插针承接采样记录计算插针头行程位置变化量、针体相对插针头位置变化量和针体相对连接器位置变化量，依据三类变化量确定针体由随插针头运动转为相对连接器静止的针体承接转移采样点；

5、s3，基于针体承接转移采样点计算载具共同回弹残差值和载具偏转回弹残差值，确定载具受力恢复采样点，并结合插针机械交接参数表确定插针头避让采样点，将三类采样点中采样时间戳最晚的采样点确定为插针工位机械交接采样点；

6、s4，基于各插针工位机械交接采样点和各非插针工位机械完成信号确定整机机械交接采样点，并基于各工位放行信号确定整机控制交接采样点；

7、s5，在存在采样时间戳等于整机机械交接采样点采样时间戳的插针工位机械交接采样点时，基于对应插针工位的针体承接转移采样点、载具受力恢复采样点和插针头避让采样点确定插针节拍限制来源集合，并结合整机控制交接采样点和分度启动信号生成实际装配节拍值和装配节拍监测记录。

8、进一步地，获取多工位装配信息和插针机械交接参数表，基于目标插孔建立插针轴坐标系，并采集插针头、针体、连接器壳体和载具的位置数据及插针头动作信号的具体步骤如下：多工位装配信息包括装配任务编号、分度周期编号、工位编号和各工位对应的工位类型编码值，所述工位类型编码值包括插针工位编码值和非插针工位编码值，将工位类型编码值为插针工位编码值的工位编号确定为插针工位编号；插针机械交接参数表包括插针工位编号及对应的插针头位置检测分辨率值、针体位置检测分辨率值、连接器位置检测分辨率值、第一载具位置检测分辨率值、第二载具位置检测分辨率值和插针头分度避让位置值；以插针前目标插孔入口中心点为原点，以目标插孔轴线为坐标轴，以针体插入连接器的方向为正方向建立插针轴坐标系；在同一分度周期内按照统一设备时钟同步采集插针轴坐标系下的插针头行程位置值、针体外露端位置值、连接器壳体基准位置值、第一载具基准位置值和第二载具基准位置值，并同步采集插针头进给启动信号和插针头回退启动信号。

9、进一步地，确定载具两侧初始基准位置值，生成插针承接采样记录的具体步骤如下：将插针头进给启动信号由无效状态切换为有效状态之前的最后一个采样点确定为插针前基准采样点，将插针前基准采样点对应的第一载具基准位置值和第二载具基准位置值分别确定为第一载具初始基准位置值和第二载具初始基准位置值，并从插针头进给启动信号由无效状态切换为有效状态的采样点开始保留当前分度周期的同步采样数据；将装配任务编号、分度周期编号、插针工位编号、各采样时间戳、插针头行程位置值、针体外露端位置值、连接器壳体基准位置值、第一载具初始基准位置值、第二载具初始基准位置值、第一载具基准位置值、第二载具基准位置值和插针头回退启动信号写入插针承接采样记录。

10、进一步地，基于插针承接采样记录计算插针头行程位置变化量、针体相对插针头位置变化量和针体相对连接器位置变化量的具体步骤如下：读取插针承接采样记录，按照采样时间戳顺序对每一对相邻采样点进行计算，将后一采样点与前一采样点的插针头行程位置值之差确定为插针头行程位置变化量，将后一采样点与前一采样点的针体外露端位置值之差减去插针头行程位置值之差，生成针体相对插针头位置变化量，并将后一采样点与前一采样点的针体外露端位置值之差减去后一采样点与前一采样点的连接器壳体基准位置值之差，生成针体相对连接器位置变化量。

11、进一步地，依据三类变化量确定针体由随插针头运动转为相对连接器静止的针体承接转移采样点的具体步骤如下：按照采样时间戳顺序读取插针头回退启动信号由无效状态切换为有效状态之前的各相邻采样点，当插针头行程位置变化量沿插针轴正方向且绝对值大于插针头位置检测分辨率值、针体相对插针头位置变化量的绝对值不大于插针头位置检测分辨率值与针体位置检测分辨率值之和、针体相对连接器位置变化量的绝对值大于针体位置检测分辨率值与连接器位置检测分辨率值之和时，将对应相邻两个采样点确定为针头带针共同运动采样对；按照采样时间戳顺序读取插针头回退启动信号由无效状态切换为有效状态之后的各相邻采样点，当插针头行程位置变化量沿插针轴负方向且绝对值大于插针头位置检测分辨率值、针体相对连接器位置变化量的绝对值不大于针体位置检测分辨率值与连接器位置检测分辨率值之和、针体相对插针头位置变化量的绝对值大于插针头位置检测分辨率值与针体位置检测分辨率值之和时，将对应相邻两个采样点确定为连接器留针采样对；按照采样时间戳顺序读取插针头回退启动信号之前最后一个针头带针共同运动采样对和插针头回退启动信号之后第一个连接器留针采样对，在两类采样对均形成时，将第一个连接器留针采样对中的前一个采样点确定为针体承接转移采样点。

12、进一步地，计算载具共同回弹残差值和载具偏转回弹残差值，确定载具受力恢复采样点的具体步骤如下：从针体承接转移采样点开始，针对各采样时间戳，将第一载具基准位置值与第一载具初始基准位置值之差和第二载具基准位置值与第二载具初始基准位置值之差求和并取绝对值后除以二，生成载具共同回弹残差值；将第一载具基准位置值与第一载具初始基准位置值之差减去第二载具基准位置值与第二载具初始基准位置值之差并取绝对值，生成载具偏转回弹残差值；按照采样时间戳顺序读取载具共同回弹残差值和载具偏转回弹残差值，当连续两个采样点的载具共同回弹残差值均不大于第一载具位置检测分辨率值与第二载具位置检测分辨率值之和的二分之一，且载具偏转回弹残差值均不大于第一载具位置检测分辨率值与第二载具位置检测分辨率值之和时，将连续两个采样点中的前一个采样点确定为载具受力恢复采样点。

13、进一步地，结合插针机械交接参数表确定插针头避让采样点，将三类采样点中采样时间戳最晚的采样点确定为插针工位机械交接采样点的具体步骤如下：从插针头回退启动信号由无效状态切换为有效状态的采样点开始按照采样时间戳顺序读取插针头行程位置值，当后一采样点的插针头行程位置值不大于插针头分度避让位置值且前一采样点的插针头行程位置值大于插针头分度避让位置值时，将后一采样点确定为插针头避让采样点；针体承接转移采样点、载具受力恢复采样点和插针头避让采样点均形成时，比较三个采样点的采样时间戳，将采样时间戳最晚的采样点确定为插针工位机械交接采样点。

14、进一步地，基于各插针工位机械交接采样点和各非插针工位机械完成信号确定整机机械交接采样点，并基于各工位放行信号确定整机控制交接采样点的具体步骤如下：针对同一分度周期，在各插针工位均形成插针工位机械交接采样点时，读取各插针工位机械交接采样点，将各非插针工位的机械完成信号首次由无效状态切换为有效状态的采样点确定为非插针工位机械交接采样点，比较全部插针工位机械交接采样点和非插针工位机械交接采样点的采样时间戳，将采样时间戳最晚的采样点确定为整机机械交接采样点，并将采样时间戳等于整机机械交接采样点采样时间戳的全部工位编号写入机械节拍限制工位编号集合；读取同一分度周期内各工位对应的工位放行信号，将各工位放行信号首次由无效状态切换为有效状态的采样点确定为工位控制交接采样点，比较全部工位控制交接采样点的采样时间戳，将采样时间戳最晚的工位控制交接采样点确定为整机控制交接采样点。

15、进一步地，确定插针节拍限制来源集合的具体步骤如下：从可编程逻辑控制器读取同一分度周期的分度启动信号，将分度启动信号首次由无效状态切换为有效状态的采样点确定为实际分度启动采样点；整机控制交接采样点晚于整机机械交接采样点时，将两个采样点之间的采样区间确定为机械交接后控制等待区间；实际分度启动采样点晚于整机控制交接采样点时，将两个采样点之间的采样区间确定为控制交接后分度等待区间；机械节拍限制工位编号集合中包含插针工位编号时，将针体承接转移采样点、载具受力恢复采样点和插针头避让采样点中采样时间戳等于插针工位机械交接采样点采样时间戳的采样点类型写入插针节拍限制来源集合，采样点类型包括针体承接转移类型、载具受力恢复类型和插针头避让类型。

16、进一步地，生成实际装配节拍值和装配节拍监测记录的具体步骤如下：按照连续两个分度周期读取实际分度启动采样点对应的采样时间戳，将后一分度周期实际分度启动采样点对应的采样时间戳减去前一分度周期实际分度启动采样点对应的采样时间戳生成实际装配节拍值，并将装配任务编号、分度周期编号、实际装配节拍值、各插针工位对应的插针工位机械交接采样点、机械节拍限制工位编号集合、插针节拍限制来源集合、机械交接后控制等待区间和控制交接后分度等待区间写入装配节拍监测记录。

17、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

18、（1）通过对插针头行程位置变化量、针体相对插针头位置变化量和针体相对连接器位置变化量进行联合分析，能够识别针体由随插针头运动转为相对连接器静止的承接转移过程，使插针阶段的机械状态判断由单一动作信号判断转变为基于三体相对运动关系的实际承接状态识别，提高针体承接转移时刻的确定准确性。

19、（2）通过分别确定整机机械交接采样点和整机控制交接采样点，并结合分度启动信号进行时间关联，能够将多工位装配周期中的机械完成阶段、控制放行阶段和实际分度启动阶段区分开来，从而将装配节拍中的机械限制与控制等待相互分离，提高多工位节拍瓶颈定位的针对性。

20、（3）通过在针体承接转移后同时计算载具共同回弹残差值和载具偏转回弹残差值，并结合插针头避让采样点确定插针工位机械交接采样点，能够同时反映载具整体回弹、载具偏转恢复以及插针头退出分度干涉区域三类机械条件，避免仅依据插针头回退完成或单一载具位移判断工位已具备机械交接条件。

21、（4）通过在存在采样时间戳等于整机机械交接采样点采样时间戳的插针工位机械交接采样点时，将针体承接转移采样点、载具受力恢复采样点和插针头避让采样点进一步用于确定插针节拍限制来源集合，并结合连续分度周期生成实际装配节拍值，使装配节拍监测不仅能够给出整机节拍结果，还能够追溯插针工位内部形成节拍限制的具体机械环节，为多工位插针组装设备的节拍调整提供明确依据。