專(zhuān)利名稱(chēng)：一種數(shù)控壓力監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及壓力機(jī)監(jiān)控領(lǐng)域，特別是涉及一種用于監(jiān)控壓力機(jī)的壓頭壓力和壓頭行程的數(shù)控壓力監(jiān)控器。
背景技術(shù)：
應(yīng)用在壓力機(jī)上的數(shù)控壓力機(jī)監(jiān)控器是一種新型的高性能、高精度、高效能的數(shù)控壓裝監(jiān)控設(shè)備?？蓮V泛應(yīng)用于汽車(chē)、微電機(jī)、電子、軍工、 航空等行業(yè)。在使用傳統(tǒng)壓力機(jī)的情況下，壓力加工的過(guò)程數(shù)據(jù)無(wú)法采集和存儲(chǔ)，如欲對(duì)壓力加工過(guò)程的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估只能通過(guò)破壞性實(shí)驗(yàn)，這就造成無(wú)法對(duì)所有的加工產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。而數(shù)控壓力機(jī)監(jiān)控器則可改變這一現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)加工過(guò)程數(shù)據(jù)的采集和處理，可對(duì)所有加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估和控制，進(jìn)而達(dá)到改善質(zhì)量控制的目的。目前雖然各部分技術(shù)都已成熟，但國(guó)內(nèi)尚未產(chǎn)生將各部分功能進(jìn)行組合的產(chǎn)品，該實(shí)用新型即是在各部分成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)組合、改進(jìn)和優(yōu)化，創(chuàng)造一種新的壓力監(jiān)控設(shè)備。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題在于，對(duì)壓力機(jī)的壓頭壓力和壓頭行程進(jìn)行監(jiān)控、評(píng)估和調(diào)整。本實(shí)用新型公開(kāi)了一種數(shù)控壓力監(jiān)控器，該數(shù)控壓力監(jiān)控器接收電壓式壓力傳感器、電壓式位移傳感器或光編碼器的輸出信號(hào)，該數(shù)控壓力監(jiān)控器包括接收該電壓式壓力傳感器和/或該電壓式位移傳感器輸出的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波放大并輸出一處理信號(hào)的傳感器信號(hào)處理電路；接收該處理信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號(hào)的傳感器信號(hào)采集電路；接收該數(shù)字處理信號(hào)并進(jìn)行緩存和預(yù)處理的通用協(xié)處理器；接收該光編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行電平兼容和預(yù)處理并輸出一光編碼信號(hào)的光編碼器信號(hào)采集電路；對(duì)該光編碼信號(hào)以及經(jīng)過(guò)緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的嵌入式工控主板。該傳感器信號(hào)處理電路包括相互連接的過(guò)電壓抑制電路和運(yùn)算放大器，該過(guò)電壓抑制電路接收該感測(cè)信號(hào)。該電壓抑制電路包括相互連接的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和TVS管。該傳感器信號(hào)采集電路包括AD轉(zhuǎn)換器以及為該AD轉(zhuǎn)換器提供基準(zhǔn)參考電壓的參考電壓源。該光編碼器信號(hào)采集電路包括用于對(duì)該光編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行電平兼容的緩沖驅(qū)動(dòng)電路和用于對(duì)該光編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的協(xié)處理器。[0017]該數(shù)控壓力監(jiān)控器還包括一用于驅(qū)動(dòng)IXD顯示的IXD驅(qū)動(dòng)電路。該數(shù)控壓力監(jiān)控器還包括一用于提供電源的模塊化DC-DC電源模塊。該模塊化DC-DC電源模塊包括兩個(gè)獨(dú)立封裝的電源模塊。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力機(jī)的壓頭壓力和壓頭行程進(jìn)行監(jiān)控、評(píng)估和調(diào)整。

圖I所示為本實(shí)用新型的數(shù)控壓力監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)示意圖2A、2B (a)、2B (b)所示為傳感器信號(hào)處理電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖；圖3A、3B所示為傳感器信號(hào)采集電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖；圖4A、4B所示為通用協(xié)處理器的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖；圖5A、5B所示為光編碼器信號(hào)采集電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖；圖6A、6B (a)_6B (d)所示為數(shù)控壓力監(jiān)控器的示意圖和IXD驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
圖I所示為本實(shí)用新型的數(shù)控壓力監(jiān)控器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中數(shù)控壓力監(jiān)控器100包括傳感器信號(hào)處理電路I、傳感器信號(hào)采集電路2、通用協(xié)處理器3、嵌入式工控主板4、光編碼器信號(hào)采集電路5。傳感器信號(hào)處理電路I連接該傳感器信號(hào)采集電路2，該傳感器信號(hào)采集電路2連接該通用協(xié)處理器3，該通用協(xié)處理器3和該光編碼器信號(hào)采集電路5均連接至該嵌入式工控主板4。傳感器信號(hào)處理電路I接收來(lái)自壓力機(jī)的傳感器的感測(cè)信號(hào)。具體的，壓力機(jī)中包括有該電壓式壓力傳感器7，用于檢測(cè)壓頭的壓力信號(hào)，該壓力信號(hào)為模擬信號(hào)。壓力機(jī)中還包括有該電壓式位移傳感器8，用于檢測(cè)壓頭的位移信號(hào)，該位移信號(hào)為模擬信號(hào)。該壓力信號(hào)或該位移信號(hào)均為電壓式的感測(cè)信號(hào)。壓力機(jī)中的該電壓式位移傳感器8可由光編碼器9替代。該光編碼器9也用于檢測(cè)壓頭的位移信號(hào)，但是，光編碼器檢測(cè)到的該位移信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，壓力機(jī)中可同時(shí)包括該電壓式壓力傳感器7和電壓式位移傳感器8，或者，同時(shí)包括該電壓式壓力傳感器7和光編碼器9。數(shù)控壓力監(jiān)控器100可以兼容各種類(lèi)型的壓力機(jī)，即，可以對(duì)電壓式位移傳感器8和/或電壓式壓力傳感器7輸入的位移信號(hào)/壓力信號(hào)進(jìn)行接收處理，也可以對(duì)光編碼器輸入的位移信號(hào)進(jìn)行接收處理。故而，數(shù)控壓力監(jiān)控器100需同時(shí)設(shè)置對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)的傳感器信號(hào)處理電路I、傳感器信號(hào)采集電路2和通用協(xié)處理器3，以及對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)的光編碼器信號(hào)采集電路5。傳感器信號(hào)處理電路I與該電壓式壓力傳感器7以及該電壓式位移傳感器8連接，直接接收該電壓式壓力傳感器7和/或該電壓式位移傳感器8輸出的感測(cè)信號(hào)，即該模擬壓力信號(hào)、模擬位移信號(hào)，分別進(jìn)行濾波放大并對(duì)應(yīng)輸出一處理信號(hào)。傳感器信號(hào)采集電路2與該傳感器信號(hào)處理電路I相連接，傳感器信號(hào)采集電路2接收該處理信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號(hào)。傳感器信號(hào)采集電路2與通用協(xié)處理器3相連接，傳感器信號(hào)采集電路2將該數(shù)字處理信號(hào)發(fā)送至該通用協(xié)處理器3，由該通用協(xié)處理器3進(jìn)行緩存和預(yù)處理。通用協(xié)處理器3與該嵌入式工控主板4相連接。光編碼器信號(hào)采集電路5與該嵌入式工控主板4相連接。光編碼器信號(hào)采集電路5接收該光編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行緩存和預(yù)處理，并輸出一光編碼信號(hào)至該嵌入式工控主板4。該嵌入式工控主板4對(duì)從通用協(xié)處理器3和光編碼器信號(hào)采集電路5接收到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。由于傳感器采集到的的感測(cè)信號(hào)會(huì)有一定幅度的波動(dòng)，因此該嵌入式工控主板4針對(duì)從通用協(xié)處理器3和光編碼器信號(hào)采集電路5接收到的信號(hào)， 首先采取多次累積取平均值的平滑算法，盡量濾掉偶然電壓波動(dòng)造成的干擾，此外由于此處傳感器采集到的感測(cè)信號(hào)為未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是無(wú)法直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)的。因此嵌入式工控主板4還要對(duì)經(jīng)過(guò)平滑算法后得到的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，包括修正傳感器的偏移量，根據(jù)當(dāng)前傳感器的總量程求得當(dāng)前壓力或位移的實(shí)際值、根據(jù)傳感器豎直的變化率求得工件的加工質(zhì)量參數(shù)等。傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)這些算法進(jìn)行處理后，得到壓力和位移的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，并按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)對(duì)壓力機(jī)的壓頭的加工過(guò)程參數(shù)進(jìn)行評(píng)估和篩選，從而達(dá)到對(duì)加工過(guò)程的質(zhì)量進(jìn)行控制和追蹤。以下借助附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)現(xiàn)方式。圖2A、2B所示為傳感器信號(hào)處理電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖。該傳感器信號(hào)處理電路I包括運(yùn)算放大器101和過(guò)電壓抑制電路102。其中，該過(guò)電壓抑制保護(hù)電路102接收來(lái)自電壓式位移傳感器或電壓式壓力傳感器的電壓式的感測(cè)信號(hào)，用于保護(hù)該部分電路免遭過(guò)壓燒毀，并將來(lái)自各個(gè)傳感器的輸入信號(hào)調(diào)整至預(yù)定的范圍。該運(yùn)算放大器101用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大。由于圖2B較大，附圖中以圖2B (a)和圖2B (b)共同組成該傳感器信號(hào)處理電路的具體結(jié)構(gòu)。圖中U34、U35、U36、U40均為運(yùn)算放大器，而過(guò)電壓抑制電路102包括自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和TVS管。圖中的FUSEl以及與FUSEl連接的R70/R74，共同組成該自恢復(fù)保險(xiǎn)絲102。圖中的D4、D5、D6均為T(mén)VS管?？梢?jiàn)，該傳感器信號(hào)處理電路I包括多個(gè)運(yùn)算放大器101和過(guò)電壓抑制電路102。至少一過(guò)電壓抑制電路102連接至該運(yùn)算放大器101。另有至少一過(guò)電壓抑制電路102連接至該電流-電壓轉(zhuǎn)換器再連接至該運(yùn)算放大器101。其中，該電壓式的感測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)該過(guò)電壓抑制電路處理后接入至該運(yùn)算放大器。SP，該電壓式的感測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)FUSEl與R74以及D4后，接入U(xiǎn)35?；蛘撸撾妷菏降母袦y(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)FUSEl與R70以及D6后，接入U(xiǎn)36。對(duì)電壓式的感測(cè)信號(hào)直接進(jìn)行濾波放大后輸出處理信號(hào)。如圖3A、3B所示為傳感器信號(hào)采集電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖。該傳感器信號(hào)采集電路2用于對(duì)傳感器信號(hào)處理電路輸出的處理信號(hào)進(jìn)行高頻采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字處理信號(hào)。該傳感器信號(hào)采集電路2進(jìn)一步包括高速、高分辨率的AD轉(zhuǎn)換器201，以及，為該AD轉(zhuǎn)換器201提供基準(zhǔn)參考電壓的參考電壓源202。該AD轉(zhuǎn)換器201將該傳感器信號(hào)處理電路I輸出的模擬的處理信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字處理信號(hào)，這一過(guò)程可視為數(shù)據(jù)采集。如圖4A、4B所示為通用協(xié)處理器的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖。該通用協(xié)處理器3包括單片機(jī)301以及外圍電路302。該通用協(xié)處理器3接收該傳感器信號(hào)采集電路2所輸出的數(shù)
字處理信號(hào)。由于數(shù)據(jù)采集的頻率較高，在如此高的速度下，很容易發(fā)生數(shù)據(jù)溢出。為了防止數(shù)據(jù)溢出，本實(shí)用新型設(shè)置該通用協(xié)處理器3作為數(shù)據(jù)緩沖器進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存。同時(shí)，該通用協(xié)處理器3還用于對(duì)該數(shù)字處理信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。例如，該數(shù)字處理信號(hào)中同時(shí)包括壓力信號(hào)和位移信號(hào)，該通用協(xié)處理器3可用于對(duì)二者進(jìn)行同步，并對(duì)其格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換并添加校驗(yàn)位后按照約定的編碼格式發(fā)送至該嵌入式工控主板4。如圖5A、5B所示為光編碼器信號(hào)采集電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖。該光編碼器信號(hào)采集電路5包括相互連接的緩沖驅(qū)動(dòng)電路501以及光編碼器專(zhuān)用協(xié)處理器502。緩沖驅(qū)動(dòng)電路501接收該光編碼器的輸出信號(hào)并進(jìn)行電平兼容。由于光編碼器的輸 出一般為5V或12V電平，而光編碼器專(zhuān)用協(xié)處理器502的工作電平為3. 3V，為防止光編碼器專(zhuān)用協(xié)處理器502被燒毀，本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置該緩沖驅(qū)動(dòng)電路501來(lái)實(shí)現(xiàn)電平兼容。另外，光編碼器專(zhuān)用協(xié)處理器502用于對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。例如，按照約定的算法計(jì)算壓頭的位移量，并按照約定的格式進(jìn)行編碼、添加校驗(yàn)位后生成一光編碼信號(hào)，傳輸給該嵌入式工控主板4。具體的，如圖5B中所示，光編碼器的輸出信號(hào)從接口 J6輸入，由電路D8進(jìn)行電平兼容后輸入單片機(jī)U42。單片機(jī)U42為光編碼器專(zhuān)用協(xié)處理器502。該嵌入式工控主板4對(duì)該光編碼信號(hào)以及經(jīng)過(guò)緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。該嵌入式工控主板4中包括intel PXA270處理器。該intel PXA270處理器可以用于輸入數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理及存儲(chǔ)，也可以用于負(fù)責(zé)人機(jī)界面的顯示。該嵌入式工控主板4的運(yùn)算結(jié)果，可以通過(guò)IXD顯示出來(lái)，以便于使用者及時(shí)獲知。故而，該數(shù)控壓力監(jiān)控器中還可以包括一用于驅(qū)動(dòng)IXD顯示的IXD驅(qū)動(dòng)電路6。如圖6A、6B所示為數(shù)控壓力監(jiān)控器的示意圖和IXD驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)圖。IXD驅(qū)動(dòng)電路6為IXD顯示屏提供驅(qū)動(dòng)電壓，共有28V、9V和3. 3V三種電壓。分別由圖6B (b)、6B (c)中的兩個(gè)電源芯片U1、U2配合圖6B (a)、6B (d)外部電路產(chǎn)生。另外，數(shù)控壓力監(jiān)控器中還包括模塊化DC-DC電源模塊10。其用于為數(shù)控壓力監(jiān)控器各部分供電。本實(shí)用新型的電源部分采用了獨(dú)立封裝為模塊的方式，即，該模塊化DC-DC電源模塊包括兩個(gè)獨(dú)立封裝的電源模塊。兩個(gè)電源模塊分別提供±12V電壓和+5V、+3. 3V電壓，并使用硅膠灌封。電源部分封裝為模塊之后，既提高了電源電路的電磁兼容性能，又提高了電源部分的散熱性能，使該數(shù)控壓力監(jiān)控器工作更穩(wěn)定。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力機(jī)的壓頭壓力和壓頭行程進(jìn)行監(jiān)控、評(píng)估和調(diào)整。并且，本實(shí)用新型基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，具有集成度高、可靠性高、外部接口簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，非常適用于數(shù)控壓力機(jī)監(jiān)控器的設(shè)計(jì)與制造。同時(shí)，通過(guò)電平兼容等保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，可保護(hù)電路免遭燒毀。同時(shí)，本實(shí)用新型可有效放大輸入信號(hào)、抑制干擾。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控壓力監(jiān)控器，該數(shù)控壓力監(jiān)控器接收電壓式壓力傳感器、電壓式位移傳感器或光編碼器的輸出信號(hào)，其特征在于，該數(shù)控壓力監(jiān)控器包括 接收該電壓式壓力傳感器和/或該電壓式位移傳感器輸出的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波放大并輸出一處理信號(hào)的傳感器信號(hào)處理電路； 接收該處理信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號(hào)的傳感器信號(hào)采集電路； 接收該數(shù)字處理信號(hào)并進(jìn)行緩存和預(yù)處理的通用協(xié)處理器； 接收該光編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行電平兼容和預(yù)處理并輸出一光編碼信號(hào)的光編碼器信號(hào)采集電路； 對(duì)該光編碼信號(hào)以及經(jīng)過(guò)緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的嵌入式工控主板。
2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)控壓力監(jiān)控器，其特征在于，該傳感器信號(hào)處理電路包括相互連接的過(guò)電壓抑制電路和運(yùn)算放大器，該過(guò)電壓抑制電路接收該感測(cè)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)控壓力監(jiān)控器，其特征在于，該電壓抑制電路包括相互連接的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和TVS管。
4.如權(quán)利要求I所述的數(shù)控壓力監(jiān)控器，其特征在于，該傳感器信號(hào)采集電路包括:AD轉(zhuǎn)換器以及為該AD轉(zhuǎn)換器提供基準(zhǔn)參考電壓的參考電壓源。
5.如權(quán)利要求I所述的數(shù)控壓力監(jiān)控器，其特征在于，該光編碼器信號(hào)采集電路包括用于對(duì)該光編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行電平兼容的緩沖驅(qū)動(dòng)電路和用于對(duì)該光編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的協(xié)處理器。
6.如權(quán)利要求I所述的數(shù)控壓力監(jiān)控器，其特征在于，該數(shù)控壓力監(jiān)控器還包括一用于驅(qū)動(dòng)IXD顯示的IXD驅(qū)動(dòng)電路。
7.如權(quán)利要求I所述的數(shù)控壓力監(jiān)控器，其特征在于，該數(shù)控壓力監(jiān)控器還包括一用于提供電源的模塊化DC-DC電源模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)控壓力監(jiān)控器，其特征在于，該模塊化DC-DC電源模塊包括兩個(gè)獨(dú)立封裝的電源模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種數(shù)控壓力監(jiān)控器，該數(shù)控壓力監(jiān)控器接收電壓式壓力傳感器、電壓式位移傳感器或光編碼器的輸出信號(hào)，該數(shù)控壓力監(jiān)控器包括接收該電壓式壓力傳感器和/或該電壓式位移傳感器輸出的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波放大并輸出一處理信號(hào)的傳感器信號(hào)處理電路；接收該處理信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號(hào)的傳感器信號(hào)采集電路；接收該數(shù)字處理信號(hào)并進(jìn)行緩存和預(yù)處理的通用協(xié)處理器；接收該光編碼器的輸出信號(hào)并進(jìn)行電平兼容和預(yù)處理，輸出一光編碼信號(hào)的光編碼器信號(hào)采集電路；對(duì)該光編碼信號(hào)以及經(jīng)過(guò)緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的嵌入式工控主板。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力機(jī)的壓頭壓力和壓頭行程進(jìn)行監(jiān)控、評(píng)估和調(diào)整。
文檔編號(hào)B30B15/26GK202608104SQ201220245309
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者劉志棟, 杜吉龍, 賈曉亮, 高偉, 李曉會(huì) 申請(qǐng)人:北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所