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摘要：为完善全自动线束端子插入机控制系统的设计效果，本文在解读插入机作业过程的基础上，构建出控制系统的的综合结构与主要功能模块，较详细的解读了构成控制软件的3个核心模块，即运动控制、质量监测及数据管理模块。于插入机样机上测试分析控制系统，确定该系统符合设计要求，端子插入处精度±0.1mm，速度1800pin/h，符合设计要求。
关键词：线束端子;控制系统;机器视角;智能化插入
引言
在電气设备内，线束是衔接线路、传输信号的常用组件之一，在家用电器、汽车、计算机等产品制造领域均有广泛应用。线束的加工牵扯到很多工序，构成线束的线材的颜色、线径大小繁杂多变，既往多利用传统人工制造或智能化生产局部工序，最后手工插进与拼装。近些年中，产品朝着精巧化方向发展，线材的线径日渐微小，人工法很难插进与拼装[1]。
端子压接插入机作为线束加工生产线上的一种重要装置，其通过执行多种工序，结合不同线材和端子并统一插进连接器内，当下插入机以进口为主，设计研发有独立自主知识产权的设备具有很大现实意义。
1插入机架构
插入机主要有转塔型、拱架型两类，图1为拱架型插入机的设计图[2]。机器左右两侧分别安装了活动工作台1与固定工作14，拉线机构3最大的作用是把线材由右至左拉伸到适宜的长度，随后进行裁剪，搬线机构4将其排出。本系统设计的一大特色是在重端子的底部设计 单条低摩擦的钢丝作为端子底部支撑，上下高度可调来满足特殊的一端重铝端子的烤管需求;随双端线束自动烤管机的研发，以兼容性强，高效生产的属性，在功能上超过了客户预期，为后期赢取长度在500m以上电瓶线的项目研发打下了更好的基础。
设备的操作过程可以分成如下两步：
（1）单步调试与设置。即依照设计的工艺流程，设定运动零点、检测位置、线材颜色、插入次序等参数，基于单步调试过程，规划出实际的工艺程序、压接与插入工艺参数。
（2）智能循环式插进。按照如上设置的阐述与程序，智能循环压接插进单个线材，最后将其拼装成线束。
2控制系统架构即设计
依照插入机的结构与工艺流程设计情况，端子插入机控制系统软件应由运动控制、质量监测及数据管理模块等几大部分构成（见图2）[3]。
因工业PC自带友好型的人机交互界面、超强的联网通信及处理数据的功能，本课题决定选用研华工控机作为本系统的上位机，上位机的作用主要是控制人机交互界面及综合情况与调度各类可用资源，其囊括了数个操作窗口与控件，用于协调以上三个核心功能模块，进而精准控制各运动部件的伺服运动过程、设计与反馈各种参数信息、视觉与压力检测、管理与呈现生产数据等。
2.1运动控制模块
运动控制为插入机设备的核心功能，参照插入机的工艺流程，运动控制主要由选线及拉线运动、裁剪、剥皮、压接、插入等构成，其运动过程有行程短、加速度大、频率高、需监测百余个I/O控制点、信号类型繁多且关系复杂等特点。鉴于此，设计出上位机+脉冲系列多轴运动控制卡的控制模式，ARM与FPGA是控制卡的核心构成，能动态执行运动学、动力学计算过程，精准的调控伺服滤波及方位，进而在确保控制系统运行稳定性、高效性、高精准度及智能化[4]。
应用控制卡内设的PVT函数，输进方位、时间、速度等参数信息去规划运行轨迹，以上在提升运动控制系统实时性的可行方法。为使系统运行过程平稳性得到更大保障，应布置对称式与非对称式的T形、S形速度控制。为达成以上目标，上位机内，编写程序时集成以上这些控制函数和控制模块需要的阐述、状态信号等。为使上位机与运动控制过程能实现同步，可应用标志信号量去达到。
2.2质量监测模块
（1）视觉检测：主要由光源、镜头、相机及图像处理软件等几部分组成，可以把视觉模块设计分层示教、剥皮后线芯断面及端子外观检测模块三部分。在示教模块内，先搜集线束剥皮以后对应的铜丝断面图片，而后在变形模板匹配法的协助下，精准探寻到指定区域中圆形铜丝截面的数目，若实际个数和设定值存在出入，则提示在裁剪或剥皮操作时钢丝折断。具体示教环节中，曲线1围绕出的圆形区为指定铜丝的范畴。压接端子以后，需监测端子外观质量。这就需要在示教过程中，拍下端子的图像后，将检测窗口添加至其内，检测时，比较实时获得的图像图像特征和示教环节的制定值，这样便能顺利判断出外观质量缺陷[5]。
（2）压力监测：端子压接时，伴随压力值提高，金属片朝下压紧，进而使端子将整个线芯包裹起来。在以上过程中，应强压力值调控在一个合理区间内，具体是将一个传感器增设在刀具上，能实时获取及显示端子压接阶段的冲压波形对应值。
2.3数据管理模块
因为端子插入机运作阶段需要执行一系列工序，与其相关的参数与变量相对较复杂，此时需要实时采集与处置的数据量庞大、类型繁多，维持本系统软件底层应用了SQL Server 2008数据库，ADO 有简便、易学等特点，故而本课题在设计系统时拟定采用这种接口去访问数据信息[6]。为便于在工艺流程中应用ADO建设数据库连接和操作数据表，在上位机内应用MFC去封装实际应用的ADO操作，搭建了CADOCon-nection和CADODataSet，明显提高了编程操作的精简性。针对数据库新建、显示、查找、浏览、增减等基本操作，均可以应用ADO内的类去达到。
2.4烤管的优化设计
首先，把烤管过程设计成工装链条输送线结构，在输送线上固定加热板。其次，把原本线束一端烤管转变成同时两端烤管。再者，把最初取料的操作整改成收料仓收料，达到200根成品线后再进行处理。最后，将冷却风扇固定在工装链条输送线上。病针对对两端烤管，在真实生产统计内其运行效率提升2倍左右;放线、烤管和冷却时间是重叠的，取料时间频率减少90%以上，明显短缩了烤管时间长度。 3系统实现
结合以上所阐述的设计方法，基于Visual Studio 2013平台设计研发出了插入机软件控制系统，并进行相应测试检测，实現的主要技术指标有[7]：
（1）线材断切长度：75～3000mm，定位精准度±0.5mm;
（2）剥皮长度：<10 mm;长度、深度定位精度分别是±0.1mm、±0.2mm;
（3）端子压接重复、插入位置定位精度分别为±0.0mm、±0.1mm;
（4）产能达到1800pin/h，符合设计要求。
结束语：
在简单分析插入机设备结构与功能的基础上，以拱架式插入机位基础上设计了控制系统，重点探究了三大核心控制模块设计及烤管的完善方法。统计测试结果发现，本课题设计研发出的控制系统有精准度高、运行速度快等特征，端子插进速度高达1800pin/h，能较好的满足30#线的工艺要求，不管是端子压接重复还是插入位置定位精准度，均较好的智能化插入的应用需求。
参考文献：
[1]周波， 涂清， 高川. 超声速风洞模型插入机构控制系统设计[J].测控技术，2019， 038（012）：122-125，135.
[2]李海龙， 车刚， 万霖，等. 变温保质干燥机控制系统设计与试验研究[J]. 农机化研究， 2020， v.42（08）：80-85.
[3]赵学观、金鑫、邹伟、翟长远、张春凤、王秀. 基于双测速模式的玉米追肥机控制系统设计与试验[J]. 农业机械学报， 2020， v.51（S1）：152-160.
[4]王丽君. PLC技术下的造纸机控制系统设计[J]. 造纸科学与技术， 2020，17（4）：147-149.
[5]朱嘉琦， 韩哈斯敖其尔， 于鹏，等. 在轨组装机器人抓取机构设计与控制系统研究[J]. 机械传动， 2019， 43（02）：85-90.
[6]聂元凯. 有轨电车路口综合控制系统方案研究[J]. 工程建设与设计， 2019，47（12）：71-73.
[7]叶太强， 何勇， 沈小其，等. 基于STM32F4嵌入式的剑杆织机控制系统设计[J]. 自动化与仪表， 2019， 34（03）：10-14.
关键词：线束端子;控制系统;机器视角;智能化插入
引言
在電气设备内，线束是衔接线路、传输信号的常用组件之一，在家用电器、汽车、计算机等产品制造领域均有广泛应用。线束的加工牵扯到很多工序，构成线束的线材的颜色、线径大小繁杂多变，既往多利用传统人工制造或智能化生产局部工序，最后手工插进与拼装。近些年中，产品朝着精巧化方向发展，线材的线径日渐微小，人工法很难插进与拼装[1]。
端子压接插入机作为线束加工生产线上的一种重要装置，其通过执行多种工序，结合不同线材和端子并统一插进连接器内，当下插入机以进口为主，设计研发有独立自主知识产权的设备具有很大现实意义。
1插入机架构
插入机主要有转塔型、拱架型两类，图1为拱架型插入机的设计图[2]。机器左右两侧分别安装了活动工作台1与固定工作14，拉线机构3最大的作用是把线材由右至左拉伸到适宜的长度，随后进行裁剪，搬线机构4将其排出。本系统设计的一大特色是在重端子的底部设计 单条低摩擦的钢丝作为端子底部支撑，上下高度可调来满足特殊的一端重铝端子的烤管需求;随双端线束自动烤管机的研发，以兼容性强，高效生产的属性，在功能上超过了客户预期，为后期赢取长度在500m以上电瓶线的项目研发打下了更好的基础。
设备的操作过程可以分成如下两步：
（1）单步调试与设置。即依照设计的工艺流程，设定运动零点、检测位置、线材颜色、插入次序等参数，基于单步调试过程，规划出实际的工艺程序、压接与插入工艺参数。
（2）智能循环式插进。按照如上设置的阐述与程序，智能循环压接插进单个线材，最后将其拼装成线束。
2控制系统架构即设计
依照插入机的结构与工艺流程设计情况，端子插入机控制系统软件应由运动控制、质量监测及数据管理模块等几大部分构成（见图2）[3]。
因工业PC自带友好型的人机交互界面、超强的联网通信及处理数据的功能，本课题决定选用研华工控机作为本系统的上位机，上位机的作用主要是控制人机交互界面及综合情况与调度各类可用资源，其囊括了数个操作窗口与控件，用于协调以上三个核心功能模块，进而精准控制各运动部件的伺服运动过程、设计与反馈各种参数信息、视觉与压力检测、管理与呈现生产数据等。
2.1运动控制模块
运动控制为插入机设备的核心功能，参照插入机的工艺流程，运动控制主要由选线及拉线运动、裁剪、剥皮、压接、插入等构成，其运动过程有行程短、加速度大、频率高、需监测百余个I/O控制点、信号类型繁多且关系复杂等特点。鉴于此，设计出上位机+脉冲系列多轴运动控制卡的控制模式，ARM与FPGA是控制卡的核心构成，能动态执行运动学、动力学计算过程，精准的调控伺服滤波及方位，进而在确保控制系统运行稳定性、高效性、高精准度及智能化[4]。
应用控制卡内设的PVT函数，输进方位、时间、速度等参数信息去规划运行轨迹，以上在提升运动控制系统实时性的可行方法。为使系统运行过程平稳性得到更大保障，应布置对称式与非对称式的T形、S形速度控制。为达成以上目标，上位机内，编写程序时集成以上这些控制函数和控制模块需要的阐述、状态信号等。为使上位机与运动控制过程能实现同步，可应用标志信号量去达到。
2.2质量监测模块
（1）视觉检测：主要由光源、镜头、相机及图像处理软件等几部分组成，可以把视觉模块设计分层示教、剥皮后线芯断面及端子外观检测模块三部分。在示教模块内，先搜集线束剥皮以后对应的铜丝断面图片，而后在变形模板匹配法的协助下，精准探寻到指定区域中圆形铜丝截面的数目，若实际个数和设定值存在出入，则提示在裁剪或剥皮操作时钢丝折断。具体示教环节中，曲线1围绕出的圆形区为指定铜丝的范畴。压接端子以后，需监测端子外观质量。这就需要在示教过程中，拍下端子的图像后，将检测窗口添加至其内，检测时，比较实时获得的图像图像特征和示教环节的制定值，这样便能顺利判断出外观质量缺陷[5]。
（2）压力监测：端子压接时，伴随压力值提高，金属片朝下压紧，进而使端子将整个线芯包裹起来。在以上过程中，应强压力值调控在一个合理区间内，具体是将一个传感器增设在刀具上，能实时获取及显示端子压接阶段的冲压波形对应值。
2.3数据管理模块
因为端子插入机运作阶段需要执行一系列工序，与其相关的参数与变量相对较复杂，此时需要实时采集与处置的数据量庞大、类型繁多，维持本系统软件底层应用了SQL Server 2008数据库，ADO 有简便、易学等特点，故而本课题在设计系统时拟定采用这种接口去访问数据信息[6]。为便于在工艺流程中应用ADO建设数据库连接和操作数据表，在上位机内应用MFC去封装实际应用的ADO操作，搭建了CADOCon-nection和CADODataSet，明显提高了编程操作的精简性。针对数据库新建、显示、查找、浏览、增减等基本操作，均可以应用ADO内的类去达到。
2.4烤管的优化设计
首先，把烤管过程设计成工装链条输送线结构，在输送线上固定加热板。其次，把原本线束一端烤管转变成同时两端烤管。再者，把最初取料的操作整改成收料仓收料，达到200根成品线后再进行处理。最后，将冷却风扇固定在工装链条输送线上。病针对对两端烤管，在真实生产统计内其运行效率提升2倍左右;放线、烤管和冷却时间是重叠的，取料时间频率减少90%以上，明显短缩了烤管时间长度。 3系统实现
结合以上所阐述的设计方法，基于Visual Studio 2013平台设计研发出了插入机软件控制系统，并进行相应测试检测，实現的主要技术指标有[7]：
（1）线材断切长度：75～3000mm，定位精准度±0.5mm;
（2）剥皮长度：<10 mm;长度、深度定位精度分别是±0.1mm、±0.2mm;
（3）端子压接重复、插入位置定位精度分别为±0.0mm、±0.1mm;
（4）产能达到1800pin/h，符合设计要求。
结束语：
在简单分析插入机设备结构与功能的基础上，以拱架式插入机位基础上设计了控制系统，重点探究了三大核心控制模块设计及烤管的完善方法。统计测试结果发现，本课题设计研发出的控制系统有精准度高、运行速度快等特征，端子插进速度高达1800pin/h，能较好的满足30#线的工艺要求，不管是端子压接重复还是插入位置定位精准度，均较好的智能化插入的应用需求。
参考文献：
[1]周波， 涂清， 高川. 超声速风洞模型插入机构控制系统设计[J].测控技术，2019， 038（012）：122-125，135.
[2]李海龙， 车刚， 万霖，等. 变温保质干燥机控制系统设计与试验研究[J]. 农机化研究， 2020， v.42（08）：80-85.
[3]赵学观、金鑫、邹伟、翟长远、张春凤、王秀. 基于双测速模式的玉米追肥机控制系统设计与试验[J]. 农业机械学报， 2020， v.51（S1）：152-160.
[4]王丽君. PLC技术下的造纸机控制系统设计[J]. 造纸科学与技术， 2020，17（4）：147-149.
[5]朱嘉琦， 韩哈斯敖其尔， 于鹏，等. 在轨组装机器人抓取机构设计与控制系统研究[J]. 机械传动， 2019， 43（02）：85-90.
[6]聂元凯. 有轨电车路口综合控制系统方案研究[J]. 工程建设与设计， 2019，47（12）：71-73.
[7]叶太强， 何勇， 沈小其，等. 基于STM32F4嵌入式的剑杆织机控制系统设计[J]. 自动化与仪表， 2019， 34（03）：10-14.