專利名稱：用于精密加工的綜合調(diào)控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理與現(xiàn)場性能量監(jiān)控裝置領(lǐng)域，具體的是涉及一種用于精密加工的綜合調(diào)控設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，精密、超精密技術(shù)在我國的應(yīng)用已不再局限于國防尖端和航空航天等少數(shù)領(lǐng)域，它已擴展到國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域，應(yīng)用規(guī)模也有較大增長。計算機、現(xiàn)代通信、影視傳播等行業(yè)都需要精密、超精密加工設(shè)備作為其迅速發(fā)展的支撐條件。計算機磁盤、錄像機磁頭、激光打印機的多面棱鏡、復(fù)印機的感光筒等零部件的精密、超精密加工，采用的都是高效的大批量自動化生產(chǎn)方式。美國、英國、日本、德國、荷蘭等發(fā)達國家的精密、超精密加工技術(shù)居世界前列。這方面的技術(shù)不僅用于軍事部門，也大量用于民用產(chǎn)品的生產(chǎn)。通常，按加工精度劃分，機械加工可分為一般加工、精密加工、超精密加工三個階段。由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，劃分的界限將逐漸向前推移，過去的精密加工對今天來說已是普通加工，因此，其劃分的界限是相對的，且在具體數(shù)值上至今沒有固定。目前工業(yè)發(fā)達國家的一般企業(yè)己能穩(wěn)定掌握3腳的加工精度，通常稱低于此值的加工為普通精度加工，而高于此值的加工則稱之為高精度加工。在高精度加工的范疇內(nèi)， 根據(jù)精度水平的不同，分為3個檔次
精度為3-0.3 μ m，粗糙度為0.3 - 0. 03 μ m的叫精密加工；
精度為0.3 - 0. 03 μ m，粗糙度為0.03 - 0. 005 μ m的叫超精密加工，或亞微米加
工；
精度為0.03μπι- 30nm，粗糙度優(yōu)于0.005 μ m以上的則稱為納米加工。精密加工所要解決的問題，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面狀況， 有時有無表面缺陷也是這一問題的核心；二是加工效率，有些加工可以取得較好的加工精度，卻難以取得高的加工效率。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，精密加工技術(shù)在今天顯得越來越重要，精密加工技術(shù)已成為目前高科技技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)，提高精密加工的精度已成為目前迫在眉睫的問題， 同時對加工環(huán)境的要求也越來越嚴苛。但在精密加工過程中，不可避免地存在發(fā)熱、形變、 機械工作不穩(wěn)定等問題，不僅會導(dǎo)致機械傳遞誤差增大，工件表面加工質(zhì)量低劣、加工精度降低，也會帶來刀具磨損加劇、維修費用增大等一系列問題。因此，為了確保精密加工裝置的加工精度，提高加工裝置的工作穩(wěn)定性和工件的加工質(zhì)量，降低廢品、次品率，開發(fā)高精度的測試系統(tǒng)，對加工過程中的動部件、靜部件中易影響工件精度的各種環(huán)境因素進行實時監(jiān)控，成了促進精密加工技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)深入研究和探討的其中一個問題。公開號為CN 1084796的中國發(fā)明專利申請?zhí)峁┮环N無觸點表面定位測量監(jiān)控裝置，由機械部分、光學(xué)部分、控制電路部分及微處理器組成，機械部分以磨床為主體，以光束為探測手段，由發(fā)光管、經(jīng)透鏡照射到加工件上，然后通過物鏡照射到光電器件上成像，由光信號變成電信號，而后輸入到微處理器，其優(yōu)點是采用光電控制系統(tǒng)，提高了加工精度，提高了工效，可用于各種機械精密加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對精密加工的要求和目前的檢測系統(tǒng)只對精密加工過程中單一性能量進行監(jiān)控的不足，提供一種用于精密加工的綜合調(diào)控設(shè)備。本發(fā)明設(shè)有信號采集電路、傳輸接口電路和控制電路；信號采集電路設(shè)有數(shù)字溫度傳感器、位移信號采集電路和振動信號采集電路；傳輸接口電路設(shè)有多通道接口電路、 RS - 232串口通信電路和無線收發(fā)設(shè)備；控制電路設(shè)有微處理器控制電路和計算機；微處理器控制電路分別接數(shù)字溫度傳感器、位移信號采集電路和振動信號采集電路，RS - 232 串口通信電路輸入端接多通道接口電路輸出端，無線收發(fā)設(shè)備與RS - 232串口通信電路連接，RS - 232串口通信電路與計算機連接。位移信號采集電路設(shè)有位移傳感器、位移信號濾波電路、位移信號放大電路和位移信號A / D轉(zhuǎn)換電路，位移信號濾波電路輸入端接位移傳感器輸出端，位移信號放大電路輸入端接位移信號濾波電路輸出端，位移信號A / D轉(zhuǎn)換電路輸入端接位移信號放大電路輸出端。振動信號采集電路設(shè)有振動傳感器、振動信號濾波電路、振動信號放大電路和振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路，振動信號濾波電路輸入端接振動傳感器輸出端，振動信號放大電路輸入端接振動信號濾波電路輸出端，振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路輸入端接振動信號放大電路輸出端。數(shù)字溫度傳感器輸出端、位移信號A / D轉(zhuǎn)換電路輸出端和振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路輸出端分別接微處理器控制電路輸入端。本發(fā)明采用先進的智能數(shù)字溫度傳感器，將其分別置于精密加工裝置的各個溫度測量點，該傳感器能對所采集的溫度信號進行濾波、放大和A / D轉(zhuǎn)換處理，處理后的數(shù)字溫度信號暫存于器件中的高速數(shù)據(jù)暫存器中，并由該溫度傳感器向控制總線發(fā)送檢測完成的信號通知主機提取該信號。每個數(shù)字溫度傳感器都有唯一的編號，當(dāng)主機需要對其中一個傳感器進行操作時，就以“點名”的方式告知。因此，可以將多個溫度傳感器的數(shù)據(jù)線連接到一起而不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突與混亂。將若干個負責(zé)對位移即加工動部件和靜部件的形變量進行采集的激光式位移傳感器分別置于精密加工裝置的各個位移測量點，該位移傳感器將采集的位移信號經(jīng)濾波、 放大處理后可以以數(shù)字信號或者模擬信號兩種形態(tài)輸出。能檢測工件的翹度、傾斜度、曲度等量。每個位移傳感器數(shù)據(jù)線占用單片機不同的1 / 0 口，1/0的編號即為傳感器的編號，計算機據(jù)此來控制和區(qū)分各路傳感器。將若干個對振動信號進行采集的電荷輸出的壓電式加速度計分別置于精密加工裝置的各個振動測量點，然后將所采集的振動信號轉(zhuǎn)換成電荷信號輸出，經(jīng)由放大器放大后傳至A / D轉(zhuǎn)換電路進行A / D轉(zhuǎn)換，處理后的振動數(shù)字信號同暫存于數(shù)據(jù)暫存器，同時向控制總線發(fā)送檢測完成的信號通知主機提取該信號。同樣地，每個振動傳感器數(shù)據(jù)線占用單片機不同的I / 0 口，I / 0的編號即為傳感器的編號，計算機據(jù)此來控制和區(qū)分各路傳感器。
傳輸接口電路中負責(zé)有線通信的是RS - 232串口通信電路，主要功能是將數(shù)據(jù)暫存器中的數(shù)字信號TTL電平轉(zhuǎn)換成計算機串口的RS - 232通信電平，并將其傳至計算機。 如需無線傳輸，則在RS - 232串口通信電路后接無線通信的收發(fā)設(shè)備，在計算機處也接上該設(shè)備即可。在計算機控制電路中，微處理器控制電路經(jīng)由傳輸接口電路與信號采集電路中的數(shù)據(jù)暫存器相連，獲取信號采集電路處理后的信號，根據(jù)一階差分法剔除采樣數(shù)據(jù)中的奇異點即有明顯錯誤的個別數(shù)據(jù)，并將其以數(shù)據(jù)或圖形顯示?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)精密加工裝置預(yù)設(shè)的加工精度和數(shù)學(xué)模型給出反饋控制信號，實現(xiàn)對加工精度的監(jiān)控。在本發(fā)明的軟件界面中可以選擇多個通道所要測量的性能值類別，能根據(jù)用戶的選擇來調(diào)用不同的信號處理程序，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的特點和極強的抗干擾糾錯能力，適用于有著高精度要求的精密加工裝置、加工環(huán)境，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場潛力。


圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成框圖； 圖2為本發(fā)明實施例的工作流程圖3為本發(fā)明實施例的A/D轉(zhuǎn)換電路組成原理圖4為本發(fā)明實施例的微處理器控制電路、計算機和數(shù)字溫度傳感器電路組成原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步闡述。如圖1所示，本發(fā)明設(shè)有信號采集電路、傳輸接口電路和控制電路。信號采集電路設(shè)有數(shù)字溫度傳感器3、位移信號采集電路和振動信號采集電路。位移信號采集電路設(shè)有位移傳感器1、位移信號濾波電路41、位移信號放大電路51和位移信號A / D轉(zhuǎn)換電路61，位移信號濾波電路41輸入端接位移傳感器1 輸出端，位移信號放大電路51輸入端接位移信號濾波電路41輸出端，位移信號A / D 轉(zhuǎn)換電路61輸入端接位移信號放大電路51輸出端；
振動信號采集電路設(shè)有振動傳感器2、振動信號濾波電路42、振動信號放大電路 52和振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路62，振動信號濾波電路42輸入端接振動傳感器2輸出端，振動信號放大電路52輸入端接振動信號濾波電路51輸出端，振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路62輸入端接振動信號放大電路52輸出端。傳輸接口電路設(shè)有多通道接口電路8、RS - 232串口通信電路9和無線收發(fā)設(shè)備10?？刂齐娐吩O(shè)有微處理器控制電路7和計算機11。數(shù)字溫度傳感器3、位移信號A / D轉(zhuǎn)換電路61和振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路 62分別接微處理器控制電路了，微處理器控制電路7輸出端接多通道接口電路B輸入端，多通道接口電路8輸出端接RS — 232串口通信電路9輸入端，RS - 232串口通信電路9輸出端接無線收發(fā)設(shè)備10，無線收發(fā)設(shè)備10與計算機11連接。微處理器控制電路7的輸出端分別與數(shù)字溫度傳感器3、位移傳感器1和振動傳感器2連接。
使用時，分別將位移傳感器、振動傳感器和溫度傳感器置于加工現(xiàn)場，振動信號和位移信號經(jīng)濾波電路濾波、放大電路放大處理后傳至A / D轉(zhuǎn)換電路進行A / D轉(zhuǎn)換，經(jīng)一系列前端處理電路的數(shù)據(jù)處理后的數(shù)字信號傳至單片機等待傳輸；而溫度傳感器輸出的數(shù)字信號則直接經(jīng)數(shù)字信號通道傳至單片機等待傳輸。對于有線傳輸要求的數(shù)據(jù)，單片機通過多通道接口電路和將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉S - 232串口通信電路與計算機進行數(shù)據(jù)交換。而對于無線傳輸要求的數(shù)據(jù)，經(jīng)過RS - 232串口通信電路傳至無線收發(fā)設(shè)備，經(jīng)由無線傳輸通道到控制計算機前的無線收發(fā)設(shè)備，這樣計算機就能獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行進一步的處理。而計算機對現(xiàn)場設(shè)備的控制同樣可以選擇有線或無線兩種傳輸模式。對于無線傳輸模式來說， 計算機將工作參數(shù)發(fā)送給RS - 232串口通信電路，經(jīng)無線收發(fā)設(shè)備將數(shù)據(jù)傳至工作現(xiàn)場的 RS - 232串口通信電路，然后數(shù)據(jù)依次傳至多通道接口電路、單片機，由單片機實現(xiàn)對傳感器工作的控制。而有限傳輸模式則是由計算機前端的RS - 232串口通信電路直接實現(xiàn)與現(xiàn)場的RS - 232串口通信電路的通信。在將各種性能量傳感器置于精密加工裝置中的動部件和靜部件的各個待測點，檢測前計算機先對性能傳感器類型、數(shù)據(jù)傳輸通道、通道增益、A / D轉(zhuǎn)換電路工作方式、單片機內(nèi)部控制字等系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置。設(shè)置完成后，計算機根據(jù)這些參數(shù)經(jīng)由總線向單片機發(fā)送系統(tǒng)參數(shù)，再由單片機完成對傳感器工作參數(shù)的設(shè)置并且通知被“點名”的傳感器開始采集信號。對于溫度待測信號，計算機先選擇溫度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸通道和對溫度傳感器以及單片機內(nèi)部控制字等系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置。計算機將該次檢測的系統(tǒng)參數(shù)送至單片機，每個溫度傳感器都有自己唯一的出廠編號，單片機據(jù)此以“點名”的方式選擇一個或者依次選擇多個溫度傳感器，先向其發(fā)送一個復(fù)位信號，溫度傳感器完成復(fù)位后告知單片機，單片機通知溫度傳感器要進行工作參數(shù)的寫入，并在總線上準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，溫度傳感器完成工作參數(shù)的設(shè)置后反饋完成信號，單片機收到該參數(shù)后即通知溫度傳感器開始溫度信號的采集， 并做好溫度數(shù)據(jù)的接收。由于本發(fā)明采用數(shù)字溫度傳感器，能對所采集的原始溫度信號進行濾波、放大和A / D轉(zhuǎn)換處理，處理后的數(shù)字溫度信號存放于器件中的高速數(shù)據(jù)暫存器中，并發(fā)出采樣完成的信號通知單片機提取該信號。單片機接收到數(shù)字溫度信號后立即通知計算機提取該信號。計算機根據(jù)溫度轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型將數(shù)字溫度信號轉(zhuǎn)換成攝氏溫度直觀地顯示出來。對于位移待測信號，計算機先選擇位移傳感器和數(shù)據(jù)傳輸通道，之后對單片機和位移傳感器的內(nèi)部控制字等系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置。計算機將該次檢測的系統(tǒng)參數(shù)送至單片機，每個傳感器數(shù)據(jù)線占用單片機不同的I/O 口，I/O的編號即為傳感器的系統(tǒng)編號，計算機據(jù)此來控制和區(qū)分各路傳感器，單片機也是據(jù)此以“點名”的方式選擇一個或者依次選擇多個位移傳感器。單片機先向傳感器發(fā)送一個復(fù)位信號，等待復(fù)位完成后發(fā)送工作參數(shù)，該傳感器可以以模擬量和數(shù)字量兩種方式輸出所采集的位移性能量，采樣完成后通知單片機提取該信號。單片機接收后立即通知計算機提取該信號。計算機根據(jù)正反式激光傳感器顯示的數(shù)學(xué)模型直接輸出位移量或者以曲線的方式顯示模擬量。對于振動待測信號，同樣地，計算機先選擇振動傳感器和數(shù)據(jù)傳輸通道，之后對通道增益，A / D轉(zhuǎn)換器和單片機內(nèi)部控制字等系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置。計算機將該次檢測的系統(tǒng)參數(shù)送至單片機，每個傳感器數(shù)據(jù)線占用單片機不同的I/O 口，I/O的編號即為傳感器的系統(tǒng)編號，計算機據(jù)此來控制和區(qū)分各路傳感器，單片機也是據(jù)此以“點名”的方式選擇一個或者依次選擇多個振動傳感器。單片機先向A / D轉(zhuǎn)換設(shè)備發(fā)送一個復(fù)位信號，復(fù)位完成后發(fā)送工作參數(shù)，A / D轉(zhuǎn)換器完成工作參數(shù)的設(shè)置后會自動對經(jīng)電荷放大器放大后的電荷信號進行濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，而濾波的頻率通道、校準(zhǔn)方式、二次增益都是在工作參數(shù)設(shè)置的時候完成的。本發(fā)明采用了 M位高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換方式，處理后的數(shù)字振動信號存放于A / D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)暫存器中，并發(fā)出采樣完成的信號通知單片機提取該信號。 單片機接收后立即通知計算機提取該信號。計算機根據(jù)壓電式加速度計和模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成振幅顯示。傳輸接口電路由多通道接口電路、RS - 232串口通信電路和無線收發(fā)設(shè)備組成。 RS - 232是現(xiàn)在常用的有線通訊模式，其通訊距離可達15M，基本上滿足了加工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳輸要求。所有的系統(tǒng)參數(shù)和現(xiàn)場性能量都是通過這種方式實現(xiàn)計算機與現(xiàn)場信號采集處理器的數(shù)據(jù)交換。目前，很多加工現(xiàn)場是工作人員不可進入的封閉加工空間，為了適用于這種封閉環(huán)境，本發(fā)明設(shè)計了無線收發(fā)設(shè)備，該設(shè)備選用國家公用的頻率段，分別在計算機的串口通信前端和單片機串口通信前端接無線通信的收發(fā)設(shè)備即可進行數(shù)據(jù)的無線通信?？刂齐娐肥钦麄€系統(tǒng)的控制核心，控制電路由微處理器控制電路和計算機組成。 在系統(tǒng)開始工作之前，控制電路軟件負責(zé)對各項工作參數(shù)的設(shè)置。完成設(shè)置后，自動通知工作現(xiàn)場的前端設(shè)備開始現(xiàn)場性能量的采集。而微處理器控制電路則根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和各性能量信號轉(zhuǎn)換協(xié)議生成監(jiān)控所需的數(shù)學(xué)模型。前端設(shè)備完成性能量的采集和數(shù)據(jù)處理后經(jīng)由總線將信號傳至計算機的微處理器控制電路，該電路根據(jù)預(yù)先生成的數(shù)學(xué)模型進行計算與顯示，以最直觀和最容易理解的方式告知現(xiàn)場工作人員檢測結(jié)果是否滿足加工要求，如不符則立即報警。如圖2所示，工作流程如下首先進行通道選擇，可選擇單個通道，同時也支持多個通道的復(fù)選，然后進行監(jiān)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定包括傳感器類型、濾波要求、增益參數(shù)、A / D 轉(zhuǎn)換電路工作背景等，微處理器控制電路則根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和各性能量信號轉(zhuǎn)換協(xié)議生成監(jiān)控所需的數(shù)學(xué)模型。信號采集電路收到計算機的命令后開始檢測，各傳感器開始采集數(shù)據(jù)信號，然后對數(shù)據(jù)進行濾波、放大和A / D轉(zhuǎn)換等一系列的處理，系統(tǒng)根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)判斷檢測結(jié)果是否滿足加工要求，如果在精度允許范圍內(nèi)，則繼續(xù)實施監(jiān)控，如果超出精度要求立即報警。圖3給出本發(fā)明實施例的A。轉(zhuǎn)換電路組成原理圖。其中，7-AIN ( + )和 8-AIN (_)為模擬信號輸入端，若是位移信號，則由21-P2.0 / A8端輸出若為振動信號，則由22-P2. 1 / A9端輸出。在圖3中，集成電路Ul為24位AD轉(zhuǎn)換芯片，U2為 89C52 型；電容 Cl 為 10 μ，C2 和 C3 為 0. 1μ，C4 為 1. Op，C5 和 C6 為 30ρ ；電阻RI為12. 5Κ，石英晶體Yl為11.0592 MHz。圖4給出本發(fā)明實施例的微處理器控制電路、計算機和數(shù)字溫度傳感器電路組成原理圖。集成電路Ul為ΜΑΧ232型，U2為89C52型；電容Cl- C5為1 μ f， C6 和 C7 為 30pf;電阻 Rl - R4 為 300 Ω，R5 為 IOK Ω，R6 為 4. 7ΚΩ ；石英晶體 Yl為11.0592MHz ；接插座Jl為DB9型；開關(guān)Sl為SW - PB型；數(shù)字溫度傳感器A 為DS18B20型。其中集成電路U2的沈_2. 5 / A13腳為信號輸入端，集成電路U2的 23-P2.2 / AlO腳為溫度信號輸出端。
權(quán)利要求
1.用于精密加工的綜合調(diào)控設(shè)備，其特征在于設(shè)有信號采集電路、傳輸接口電路和控制電路；信號采集電路設(shè)有數(shù)字溫度傳感器、位移信號采集電路和振動信號采集電路；傳輸接口電路設(shè)有多通道接口電路、RS - 232串口通信電路和無線收發(fā)設(shè)備；控制電路設(shè)有微處理器控制電路和計算機；微處理器控制電路分別接數(shù)字溫度傳感器、位移信號采集電路和振動信號采集電路，RS - 232串口通信電路輸入端接多通道接口電路輸出端，無線收發(fā)設(shè)備與RS - 232串口通信電路連接，RS - 232串口通信電路與計算機連接；其中(1)位移信號采集電路設(shè)有位移傳感器、位移信號濾波電路、位移信號放大電路和位移信號A / D轉(zhuǎn)換電路，位移信號濾波電路輸入端接位移傳感器輸出端，位移信號放大電路輸入端接位移信號濾波電路輸出端，位移信號A / D轉(zhuǎn)換電路輸入端接位移信號放大電路輸出端；(2)振動信號采集電路設(shè)有振動傳感器、振動信號濾波電路、振動信號放大電路和振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路，振動信號濾波電路輸入端接振動傳感器輸出端，振動信號放大電路輸入端接振動信號濾波電路輸出端，振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路輸入端接振動信號放大電路輸出端；(3)微處理器控制電路輸入端分別接數(shù)字溫度傳感器輸出端、位移信號A/ D轉(zhuǎn)換電路輸出端和振動信號A / D轉(zhuǎn)換電路輸出端。
全文摘要
用于精密加工的綜合調(diào)控設(shè)備，設(shè)有信號采集電路、傳輸接口電路和控制電路；信號采集電路設(shè)有數(shù)字溫度傳感器、位移信號采集電路和振動信號采集電路；傳輸接口電路設(shè)有多通道接口電路、RS-232串口通信電路和無線收發(fā)設(shè)備；控制電路設(shè)有微處理器控制電路和計算機；微處理器控制電路分別接數(shù)字溫度傳感器、位移信號采集電路和振動信號采集電路，RS-232串口通信電路輸入端接多通道接口電路輸出端，無線收發(fā)設(shè)備與RS-232串口通信電路連接，RS-232串口通信電路與計算機連接。
文檔編號G05B19/406GK102478826SQ201010554309
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
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