專利名稱：一種數(shù)控壓力監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及壓力機監(jiān)控領(lǐng)域，特別是涉及一種用于監(jiān)控壓力機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)用在壓力機上的數(shù)控壓力機監(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、微電機、電子、軍工、 航空等行業(yè)。在使用傳統(tǒng)壓力機的情況下，壓力加工的過程數(shù)據(jù)無法采集和存儲，如欲對壓力加工過程的質(zhì)量進行評估只能通過破壞性實驗，這就造成無法對所有的加工產(chǎn)品進行質(zhì)量評估。而數(shù)控壓力機監(jiān)控器則可改變這一現(xiàn)象，通過對加工過程數(shù)據(jù)的采集和處理，可對所有加工過程進行實時評估和控制，進而達到改善質(zhì)量控制的目的。目前雖然各部分技術(shù)都已成熟，但國內(nèi)尚未產(chǎn)生將各部分功能進行組合的產(chǎn)品，該實用新型即是在各部分成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過組合、改進和優(yōu)化，創(chuàng)造一種新的壓力監(jiān)控設(shè)備。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的技術(shù)問題在于，對壓力機的壓頭壓力和壓頭行程進行監(jiān)控、評估和調(diào)整。本實用新型公開了一種數(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，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信號進行濾波放大并輸出一處理信號的傳感器信號處理電路；接收該處理信號并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號的傳感器信號采集電路；接收該數(shù)字處理信號并進行緩存和預(yù)處理的通用協(xié)處理器；接收該光編碼器的輸出信號進行電平兼容和預(yù)處理并輸出一光編碼信號的光編碼器信號采集電路；對該光編碼信號以及經(jīng)過緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號進行運算的嵌入式工控主板。該傳感器信號處理電路包括相互連接的過電壓抑制電路和運算放大器，該過電壓抑制電路接收該感測信號。該電壓抑制電路包括相互連接的自恢復(fù)保險絲和TVS管。該傳感器信號采集電路包括AD轉(zhuǎn)換器以及為該AD轉(zhuǎn)換器提供基準參考電壓的參考電壓源。該光編碼器信號采集電路包括用于對該光編碼器的輸出信號進行電平兼容的緩沖驅(qū)動電路和用于對該光編碼器的輸出信號進行預(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IXD顯示的IXD驅(qū)動電路。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電源模塊包括兩個獨立封裝的電源模塊。本實用新型實現(xiàn)了對壓力機的壓頭壓力和壓頭行程進行監(jiān)控、評估和調(diào)整。

圖I所示為本實用新型的數(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)動電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
圖I所示為本實用新型的數(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包括傳感器信號處理電路I、傳感器信號采集電路2、通用協(xié)處理器3、嵌入式工控主板4、光編碼器信號采集電路5。傳感器信號處理電路I連接該傳感器信號采集電路2，該傳感器信號采集電路2連接該通用協(xié)處理器3，該通用協(xié)處理器3和該光編碼器信號采集電路5均連接至該嵌入式工控主板4。傳感器信號處理電路I接收來自壓力機的傳感器的感測信號。具體的，壓力機中包括有該電壓式壓力傳感器7，用于檢測壓頭的壓力信號，該壓力信號為模擬信號。壓力機中還包括有該電壓式位移傳感器8，用于檢測壓頭的位移信號，該位移信號為模擬信號。該壓力信號或該位移信號均為電壓式的感測信號。壓力機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也用于檢測壓頭的位移信號，但是，光編碼器檢測到的該位移信號為數(shù)字信號。具體來說，壓力機中可同時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可以兼容各種類型的壓力機，即，可以對電壓式位移傳感器8和/或電壓式壓力傳感器7輸入的位移信號/壓力信號進行接收處理，也可以對光編碼器輸入的位移信號進行接收處理。故而，數(shù)控壓力監(jiān)控器100需同時設(shè)置對應(yīng)模擬信號的傳感器信號處理電路I、傳感器信號采集電路2和通用協(xié)處理器3，以及對應(yīng)數(shù)字信號的光編碼器信號采集電路5。傳感器信號處理電路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輸出的感測信號，即該模擬壓力信號、模擬位移信號，分別進行濾波放大并對應(yīng)輸出一處理信號。傳感器信號采集電路2與該傳感器信號處理電路I相連接，傳感器信號采集電路2接收該處理信號并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號。傳感器信號采集電路2與通用協(xié)處理器3相連接，傳感器信號采集電路2將該數(shù)字處理信號發(fā)送至該通用協(xié)處理器3，由該通用協(xié)處理器3進行緩存和預(yù)處理。通用協(xié)處理器3與該嵌入式工控主板4相連接。光編碼器信號采集電路5與該嵌入式工控主板4相連接。光編碼器信號采集電路5接收該光編碼器的輸出信號進行緩存和預(yù)處理，并輸出一光編碼信號至該嵌入式工控主板4。該嵌入式工控主板4對從通用協(xié)處理器3和光編碼器信號采集電路5接收到的信號進行運算。由于傳感器采集到的的感測信號會有一定幅度的波動，因此該嵌入式工控主板4針對從通用協(xié)處理器3和光編碼器信號采集電路5接收到的信號， 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造成的干擾，此外由于此處傳感器采集到的感測信號為未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是無法直接存儲到數(shù)據(jù)庫的。因此嵌入式工控主板4還要對經(jīng)過平滑算法后得到的這些數(shù)據(jù)進行計算，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)通過這些算法進行處理后，得到壓力和位移的實時曲線，并按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)對壓力機的壓頭的加工過程參數(shù)進行評估和篩選，從而達到對加工過程的質(zhì)量進行控制和追蹤。以下借助附圖詳細描述本實用新型的具體實現(xiàn)方式。圖2A、2B所示為傳感器信號處理電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖。該傳感器信號處理電路I包括運算放大器101和過電壓抑制電路102。其中，該過電壓抑制保護電路102接收來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信號，用于保護該部分電路免遭過壓燒毀，并將來自各個傳感器的輸入信號調(diào)整至預(yù)定的范圍。該運算放大器101用于對輸入信號進行放大。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處理電路的具體結(jié)構(gòu)。圖中U34、U35、U36、U40均為運算放大器，而過電壓抑制電路102包括自恢復(fù)保險絲和TVS管。圖中的FUSEl以及與FUSEl連接的R70/R74，共同組成該自恢復(fù)保險絲102。圖中的D4、D5、D6均為TVS管?？梢?，該傳感器信號處理電路I包括多個運算放大器101和過電壓抑制電路102。至少一過電壓抑制電路102連接至該運算放大器101。另有至少一過電壓抑制電路102連接至該電流-電壓轉(zhuǎn)換器再連接至該運算放大器101。其中，該電壓式的感測信號經(jīng)過該過電壓抑制電路處理后接入至該運算放大器。SP，該電壓式的感測信號經(jīng)過FUSEl與R74以及D4后，接入U35。或者，該電壓式的感測信號經(jīng)過FUSEl與R70以及D6后，接入U36。對電壓式的感測信號直接進行濾波放大后輸出處理信號。如圖3A、3B所示為傳感器信號采集電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖。該傳感器信號采集電路2用于對傳感器信號處理電路輸出的處理信號進行高頻采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字處理信號。該傳感器信號采集電路2進一步包括高速、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將該傳感器信號處理電路I輸出的模擬的處理信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字處理信號，這一過程可視為數(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接收該傳感器信號采集電路2所輸出的數(shù)
字處理信號。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)緩沖器進行數(shù)據(jù)緩存。同時，該通用協(xié)處理器3還用于對該數(shù)字處理信號進行預(yù)處理。例如，該數(shù)字處理信號中同時包括壓力信號和位移信號，該通用協(xié)處理器3可用于對二者進行同步，并對其格式進行轉(zhuǎn)換并添加校驗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采集電路的示意圖以及結(jié)構(gòu)圖。該光編碼器信號采集電路5包括相互連接的緩沖驅(qū)動電路501以及光編碼器專用協(xié)處理器502。緩沖驅(qū)動電路501接收該光編碼器的輸出信號并進行電平兼容。由于光編碼器的輸 出一般為5V或12V電平，而光編碼器專用協(xié)處理器502的工作電平為3. 3V，為防止光編碼器專用協(xié)處理器502被燒毀，本實用新型通過設(shè)置該緩沖驅(qū)動電路501來實現(xiàn)電平兼容。另外，光編碼器專用協(xié)處理器502用于對輸出信號進行預(yù)處理。例如，按照約定的算法計算壓頭的位移量，并按照約定的格式進行編碼、添加校驗位后生成一光編碼信號，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從接口 J6輸入，由電路D8進行電平兼容后輸入單片機U42。單片機U42為光編碼器專用協(xié)處理器502。該嵌入式工控主板4對該光編碼信號以及經(jīng)過緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號進行運算。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)的運算處理及存儲，也可以用于負責(zé)人機界面的顯示。該嵌入式工控主板4的運算結(jié)果，可以通過IXD顯示出來，以便于使用者及時獲知。故而，該數(shù)控壓力監(jiān)控器中還可以包括一用于驅(qū)動IXD顯示的IXD驅(qū)動電路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)動電路的結(jié)構(gòu)圖。IXD驅(qū)動電路6為IXD顯示屏提供驅(qū)動電壓，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。本實用新型的電源部分采用了獨立封裝為模塊的方式，即，該模塊化DC-DC電源模塊包括兩個獨立封裝的電源模塊。兩個電源模塊分別提供±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。本實用新型實現(xiàn)了對壓力機的壓頭壓力和壓頭行程進行監(jiān)控、評估和調(diào)整。并且，本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，具有集成度高、可靠性高、外部接口簡單、使用維護方便等特點，非常適用于數(shù)控壓力機監(jiān)控器的設(shè)計與制造。同時，通過電平兼容等保護電路的設(shè)計，可保護電路免遭燒毀。同時，本實用新型可有效放大輸入信號、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，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信號進行濾波放大并輸出一處理信號的傳感器信號處理電路； 接收該處理信號并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號的傳感器信號采集電路； 接收該數(shù)字處理信號并進行緩存和預(yù)處理的通用協(xié)處理器； 接收該光編碼器的輸出信號進行電平兼容和預(yù)處理并輸出一光編碼信號的光編碼器信號采集電路； 對該光編碼信號以及經(jīng)過緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號進行運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，該傳感器信號處理電路包括相互連接的過電壓抑制電路和運算放大器，該過電壓抑制電路接收該感測信號。
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，該傳感器信號采集電路包括:AD轉(zhuǎn)換器以及為該AD轉(zhuǎn)換器提供基準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，該光編碼器信號采集電路包括用于對該光編碼器的輸出信號進行電平兼容的緩沖驅(qū)動電路和用于對該光編碼器的輸出信號進行預(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IXD顯示的IXD驅(qū)動電路。
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電源模塊包括兩個獨立封裝的電源模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種數(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，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信號進行濾波放大并輸出一處理信號的傳感器信號處理電路；接收該處理信號并將其轉(zhuǎn)換為一數(shù)字處理信號的傳感器信號采集電路；接收該數(shù)字處理信號并進行緩存和預(yù)處理的通用協(xié)處理器；接收該光編碼器的輸出信號并進行電平兼容和預(yù)處理，輸出一光編碼信號的光編碼器信號采集電路；對該光編碼信號以及經(jīng)過緩存和預(yù)處理的該數(shù)字處理信號進行運算的嵌入式工控主板。本實用新型實現(xiàn)了對壓力機的壓頭壓力和壓頭行程進行監(jiān)控、評估和調(diào)整。
文檔編號B30B15/26GK202608104SQ201220245309
公開日2012年12月19日 申請日期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 申請人:北京機械工業(yè)自動化研究所