一种全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统和方法与流程

本发明涉及自动化清洗和烘干，更具体地，本发明涉及一种全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统和方法。

背景技术：

1、在精密五金件的制造过程中，清洗和烘干是至关重要的步骤，它们直接影响到产品的质量与性能。传统的清洗烘干方法往往依赖于人工操作，这种方法不仅效率低下，而且清洗效果难以保证一致性，容易受到操作人员技术水平和工作环境的影响。此外，传统的清洗烘干设备在参数设置和过程控制上缺乏灵活性，难以适应不同材质和形状五金件的清洗需求，导致清洗不彻底或对五金件造成损伤。技术原理上，传统方法通常采用固定频率和功率的超声波发生器，以及简单的温度控制装置，这些设备在处理复杂或多变的清洗条件时，无法实现精确的控制和优化。

2、在实现本发明实施例过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题或缺陷：现有的超声波清洗烘干系统在处理精密五金件时，往往无法实现对清洗过程中回波信号的有效处理和分析，导致无法准确监控和控制清洗过程；同时，清洗和烘干过程的参数设置过于单一，缺乏根据实际清洗效果进行动态调整的能力；此外，现有的系统在处理不同材质和形状的五金件时，难以实现个性化和优化的清洗烘干方案，这限制了清洗效率和质量的提升。

技术实现思路

1、本发明提供了一种全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统和方法。

2、在本发明的第一方面中，提供了一种全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，包括：

3、基于频率调制和信号放大，对超声波清洗过程中的回波信号进行预处理，再采用数字信号处理算法进行分析，得到清洗过程中的实时数据；

4、在实时数据中获取清洗过程的起始点，根据起始点构建控制窗，分别对清洗过程进行实时监控，获取控制轨迹数据；根据控制轨迹数据设置参数窗，限制清洗过程的参数范围；

5、在清洗过程中，基于能量平衡原理和热力学模型，调整超声波功率和烘干温度，对清洗和烘干过程进行实时优化。

6、进一步地，所述频率调制是正弦波调制；所述信号放大的数学模型为：

7、aout(t)＝ain(t)·(1+α·sin(2πfmt+φ))·g(t)

8、其中，ain(t)为时间t处的输入信号幅值，fm为调制频率，α为调制深度，φ为相位偏移，g(t)为随时间变化的增益系数，aout(t)为时间t处的输出信号幅值。

9、进一步地，所述对超声波清洗过程中的回波信号进行预处理，包括：

10、将施加系数为0.1的汉宁窗的超声波信号作为清洗信号进行发射，根据前一周期清洗效果，估计当前周期的清洗状态，并根据清洗状态和各回波信号强度选取最优的汉宁窗参数；

11、依据汉宁窗参数得到对应的汉宁窗，并依据汉宁窗形状得到幅频响应曲线；

12、依据幅频响应曲线，采用频率抽样法设计fir滤波器的系数；使用fir滤波器分别对不同区域的回波信号进行滤波，然后采用对应汉宁窗参数的汉宁窗的信号放大系数对超声波清洗过程中的回波信号进行信号放大。

13、进一步地，所述最优的汉宁窗参数是不同区域下最小反射损失对应汉宁窗参数。

14、进一步地，所述在实时数据中获取清洗过程的起始点，包括：

15、将超声波清洗信号顺序经过信号放大、滤波和提取每个五金件的反射强度的运算，得到区域的反射强度结果；

16、搜索各区域的最大反射强度位置，作为各五金件位置，分段对多个相邻区域的五金件位置进行曲线拟合，统计曲线拟合结果中每个五金件的相对偏差和段内五金件的平均偏差；

17、以平均偏差最小的区域为区域目标，并根据相对偏差阈值，选择五金件位置，提取所选各五金件位置的区域反射强度信息，选择最大幅度的五金件位置作为清洗过程的起始点。

18、进一步地，所述控制窗的参数范围为：

19、pmin≤p≤pmax

20、qmin≤q≤qmax

21、其中，

22、

23、p(t)和q(t)为随时间变化的波束序号和采样序号的动态参数，pmin和pmax为波束序号的最小值和最大值，qmin和qmax为采样序号的最小值和最大值；pbase和qbase为波束序号和采样序号的基准起始点，w和h分别为波束序号方向和采样序号方向的搜索窗宽和高的基准值，t为当前时间，τ为系统调整时间常数。

24、进一步地，所述对清洗和烘干过程进行实时优化，包括：根据五金件材质将每个清洗周期的数据沿时间分成多段，先根据周期边缘处与相邻周期的清洗效果，获取当前周期超声波功率和烘干温度的调整前和调整后的参数，再获取其它参数调整前和调整后的参数和效果。

25、在本发明的第二方面中，提供了一种全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制方法，包括：

26、获取根据权利要求1-7任一项所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统得到的清洗烘干数据；

27、基于自适应控制算法，将清洗烘干数据划分为多个控制周期；根据实时数据，利用cpu实时调整相应的控制参数，并把将要执行的控制周期加载到控制单元中；

28、基于实时反馈机制，利用控制单元并行调整多参数的清洗烘干过程，实现五金件的高效清洗烘干。

29、进一步地，所述基于自适应控制算法，将清洗烘干数据划分为多个控制周期，包括：按照预置的清洗效果阈值，采用自适应控制算法，对清洗烘干数据进行逐周期调整，得到各周期，根据相邻周期的清洗效果，对相邻周期进行合并，直至达到周期总效果阈值，得到多个控制周期。

30、进一步地，所述根据实时数据，利用cpu实时调整相应的控制参数，并把将要执行的控制周期加载到控制单元中，包括：

31、根据当前清洗烘干效果计算需调整的控制参数；采用队列数据结构构建控制参数，并初始化调整控制参数；

32、当清洗烘干效果发生变化时，确定效果变化的类型，更新控制参数；计算控制参数的更新阈值，确定是否需要调整控制参数以及是否需要重新加载控制周期，并进行所需的调整或加载操作。

33、根据本发明的上述实施例至少具有以下有益效果：通过采用频率调制和信号放大技术，本发明的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统可以对超声波清洗过程中的回波信号进行有效的预处理和分析，从而获取清洗过程中的实时数据。这一过程不仅可以提高清洗过程的监控精度，而且通过数字信号处理算法的应用，可以更准确地获取清洗过程的起始点，并构建控制窗以实时监控清洗过程，从而实现对清洗参数的精确控制。

34、此外，本系统通过基于能量平衡原理和热力学模型的实时优化，可以动态调整超声波功率和烘干温度，以适应不同清洗阶段的需求。这种实时优化机制可以显著提高清洗和烘干的效率，同时保证五金件的清洗质量。通过自适应控制算法和实时反馈机制，系统还可以并行调整多参数，实现五金件的高效清洗烘干，这不仅可以减少能源消耗，还可以缩短生产周期，提高生产效率。

1.一种全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，其特征在于，所述系统执行如下步骤：

2.根据权利要求1所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，其特征在于，所述频率调制是正弦波调制；所述信号放大的数学模型为：

3.根据权利要求2所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，其特征在于，所述对超声波清洗过程中的回波信号进行预处理，包括：

4.根据权利要求3所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，其特征在于，所述最优的汉宁窗参数是不同区域下最小反射损失对应汉宁窗参数。

5.根据权利要求1所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，其特征在于，所述在实时数据中获取清洗过程的起始点，包括：

6.根据权利要求1所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，其特征在于，所述控制窗的参数范围为：

7.根据权利要求1所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制系统，其特征在于，所述对清洗和烘干过程进行实时优化，包括：根据五金件材质将每个清洗周期的数据沿时间分成多段，先根据周期边缘处与相邻周期的清洗效果，获取当前周期超声波功率和烘干温度的调整前和调整后的参数，再获取其它参数调整前和调整后的参数和效果。

8.一种全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制方法，其特征在于，所述基于自适应控制算法，将清洗烘干数据划分为多个控制周期，包括：按照预置的清洗效果阈值，采用自适应控制算法，对清洗烘干数据进行逐周期调整，得到各周期，根据相邻周期的清洗效果，对相邻周期进行合并，直至达到周期总效果阈值，得到多个控制周期。

10.根据权利要求9所述的全自动精密五金件超声波清洗烘干在线控制方法，其特征在于，所述根据实时数据，利用cpu实时调整相应的控制参数，并把将要执行的控制周期加载到控制单元中，包括：