用於精密加工的綜合調控設備的製作方法

2023-08-07 22:36:01

專利名稱：用於精密加工的綜合調控設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於數據處理與現場性能量監控裝置領域，具體的是涉及一種用於精密加工的綜合調控設備。
背景技術：
目前，精密、超精密技術在我國的應用已不再局限於國防尖端和航空航天等少數領域，它已擴展到國民經濟的許多領域，應用規模也有較大增長。計算機、現代通信、影視傳播等行業都需要精密、超精密加工設備作為其迅速發展的支撐條件。計算機磁碟、錄像機磁頭、雷射印表機的多面稜鏡、複印機的感光筒等零部件的精密、超精密加工，採用的都是高效的大批量自動化生產方式。美國、英國、日本、德國、荷蘭等發達國家的精密、超精密加工技術居世界前列。這方面的技術不僅用於軍事部門，也大量用於民用產品的生產。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。由於生產技術的不斷發展，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，且在具體數值上至今沒有固定。目前工業發達國家的一般企業己能穩定掌握3腳的加工精度，通常稱低於此值的加工為普通精度加工，而高於此值的加工則稱之為高精度加工。在高精度加工的範疇內， 根據精度水平的不同，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，粗糙度優於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。隨著現代製造業的不斷發展，精密加工技術在今天顯得越來越重要，精密加工技術已成為目前高科技技術領域的基礎，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，不可避免地存在發熱、形變、 機械工作不穩定等問題，不僅會導致機械傳遞誤差增大，工件表面加工質量低劣、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定性和工件的加工質量，降低廢品、次品率，開發高精度的測試系統，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境因素進行實時監控，成了促進精密加工技術的發展，應深入研究和探討的其中一個問題。公開號為CN 1084796的中國發明專利申請提供一種無觸點表面定位測量監控裝置，由機械部分、光學部分、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，由發光管、經透鏡照射到加工件上，然後通過物鏡照射到光電器件上成像，由光信號變成電信號，而後輸入到微處理器，其優點是採用光電控制系統，提高了加工精度，提高了工效，可用於各種機械精密加工。

發明內容
本發明的目的在於針對精密加工的要求和目前的檢測系統只對精密加工過程中單一性能量進行監控的不足，提供一種用於精密加工的綜合調控設備。本發明設有信號採集電路、傳輸接口電路和控制電路；信號採集電路設有數字溫度傳感器、位移信號採集電路和振動信號採集電路；傳輸接口電路設有多通道接口電路、 RS - 232串口通信電路和無線收發設備；控制電路設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字溫度傳感器、位移信號採集電路和振動信號採集電路，RS - 232 串口通信電路輸入端接多通道接口電路輸出端，無線收發設備與RS - 232串口通信電路連接，RS - 232串口通信電路與計算機連接。位移信號採集電路設有位移傳感器、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轉換電路輸入端接位移信號放大電路輸出端。振動信號採集電路設有振動傳感器、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轉換電路輸入端接振動信號放大電路輸出端。數字溫度傳感器輸出端、位移信號A / D轉換電路輸出端和振動信號A / D轉換電路輸出端分別接微處理器控制電路輸入端。本發明採用先進的智能數字溫度傳感器，將其分別置於精密加工裝置的各個溫度測量點，該傳感器能對所採集的溫度信號進行濾波、放大和A / D轉換處理，處理後的數字溫度信號暫存於器件中的高速數據暫存器中，並由該溫度傳感器向控制總線發送檢測完成的信號通知主機提取該信號。每個數字溫度傳感器都有唯一的編號，當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據線連接到一起而不會產生數據衝突與混亂。將若干個負責對位移即加工動部件和靜部件的形變量進行採集的雷射式位移傳感器分別置於精密加工裝置的各個位移測量點，該位移傳感器將採集的位移信號經濾波、 放大處理後可以以數位訊號或者模擬信號兩種形態輸出。能檢測工件的翹度、傾斜度、曲度等量。每個位移傳感器數據線佔用單片機不同的1 / 0 口，1/0的編號即為傳感器的編號，計算機據此來控制和區分各路傳感器。將若干個對振動信號進行採集的電荷輸出的壓電式加速度計分別置於精密加工裝置的各個振動測量點，然後將所採集的振動信號轉換成電荷信號輸出，經由放大器放大後傳至A / D轉換電路進行A / D轉換，處理後的振動數位訊號同暫存於數據暫存器，同時向控制總線發送檢測完成的信號通知主機提取該信號。同樣地，每個振動傳感器數據線佔用單片機不同的I / 0 口，I / 0的編號即為傳感器的編號，計算機據此來控制和區分各路傳感器。
傳輸接口電路中負責有線通信的是RS - 232串口通信電路，主要功能是將數據暫存器中的數位訊號TTL電平轉換成計算機串口的RS - 232通信電平，並將其傳至計算機。 如需無線傳輸，則在RS - 232串口通信電路後接無線通信的收發設備，在計算機處也接上該設備即可。在計算機控制電路中，微處理器控制電路經由傳輸接口電路與信號採集電路中的數據暫存器相連，獲取信號採集電路處理後的信號，根據一階差分法剔除採樣數據中的奇異點即有明顯錯誤的個別數據，並將其以數據或圖形顯示。控制系統根據精密加工裝置預設的加工精度和數學模型給出反饋控制信號，實現對加工精度的監控。在本發明的軟體界面中可以選擇多個通道所要測量的性能值類別，能根據用戶的選擇來調用不同的信號處理程序，結構簡單，使用方便的特點和極強的抗幹擾糾錯能力，適用於有著高精度要求的精密加工裝置、加工環境，具有廣闊的應用前景和市場潛力。


圖1為本發明實施例的結構組成框圖； 圖2為本發明實施例的工作流程圖3為本發明實施例的A/D轉換電路組成原理圖4為本發明實施例的微處理器控制電路、計算機和數字溫度傳感器電路組成原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步闡述。如圖1所示，本發明設有信號採集電路、傳輸接口電路和控制電路。信號採集電路設有數字溫度傳感器3、位移信號採集電路和振動信號採集電路。位移信號採集電路設有位移傳感器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 轉換電路61輸入端接位移信號放大電路51輸出端；
振動信號採集電路設有振動傳感器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。傳輸接口電路設有多通道接口電路8、RS - 232串口通信電路9和無線收發設備10。控制電路設有微處理器控制電路7和計算機11。數字溫度傳感器3、位移信號A / D轉換電路61和振動信號A / D轉換電路 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輸出端接無線收發設備10，無線收發設備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於加工現場，振動信號和位移信號經濾波電路濾波、放大電路放大處理後傳至A / D轉換電路進行A / D轉換，經一系列前端處理電路的數據處理後的數位訊號傳至單片機等待傳輸；而溫度傳感器輸出的數位訊號則直接經數位訊號通道傳至單片機等待傳輸。對於有線傳輸要求的數據，單片機通過多通道接口電路和將數據傳輸到RS - 232串口通信電路與計算機進行數據交換。而對於無線傳輸要求的數據，經過RS - 232串口通信電路傳至無線收發設備，經由無線傳輸通道到控制計算機前的無線收發設備，這樣計算機就能獲取現場數據進行進一步的處理。而計算機對現場設備的控制同樣可以選擇有線或無線兩種傳輸模式。對於無線傳輸模式來說， 計算機將工作參數發送給RS - 232串口通信電路，經無線收發設備將數據傳至工作現場的 RS - 232串口通信電路，然後數據依次傳至多通道接口電路、單片機，由單片機實現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與現場的RS - 232串口通信電路的通信。在將各種性能量傳感器置於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、數據傳輸通道、通道增益、A / D轉換電路工作方式、單片機內部控制字等系統參數進行設置。設置完成後，計算機根據這些參數經由總線向單片機發送系統參數，再由單片機完成對傳感器工作參數的設置並且通知被「點名」的傳感器開始採集信號。對於溫度待測信號，計算機先選擇溫度傳感器、數據傳輸通道和對溫度傳感器以及單片機內部控制字等系統參數進行設置。計算機將該次檢測的系統參數送至單片機，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，先向其發送一個復位信號，溫度傳感器完成復位後告知單片機，單片機通知溫度傳感器要進行工作參數的寫入，並在總線上準備好數據，溫度傳感器完成工作參數的設置後反饋完成信號，單片機收到該參數後即通知溫度傳感器開始溫度信號的採集， 並做好溫度數據的接收。由於本發明採用數字溫度傳感器，能對所採集的原始溫度信號進行濾波、放大和A / D轉換處理，處理後的數字溫度信號存放於器件中的高速數據暫存器中，並發出採樣完成的信號通知單片機提取該信號。單片機接收到數字溫度信號後立即通知計算機提取該信號。計算機根據溫度轉換的數學模型將數字溫度信號轉換成攝氏溫度直觀地顯示出來。對於位移待測信號，計算機先選擇位移傳感器和數據傳輸通道，之後對單片機和位移傳感器的內部控制字等系統參數進行設置。計算機將該次檢測的系統參數送至單片機，每個傳感器數據線佔用單片機不同的I/O 口，I/O的編號即為傳感器的系統編號，計算機據此來控制和區分各路傳感器，單片機也是據此以「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送一個復位信號，等待覆位完成後發送工作參數，該傳感器可以以模擬量和數字量兩種方式輸出所採集的位移性能量，採樣完成後通知單片機提取該信號。單片機接收後立即通知計算機提取該信號。計算機根據正反式雷射傳感器顯示的數學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據傳輸通道，之後對通道增益，A / D轉換器和單片機內部控制字等系統參數進行設置。計算機將該次檢測的系統參數送至單片機，每個傳感器數據線佔用單片機不同的I/O 口，I/O的編號即為傳感器的系統編號，計算機據此來控制和區分各路傳感器，單片機也是據此以「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轉換設備發送一個復位信號，復位完成後發送工作參數，A / D轉換器完成工作參數的設置後會自動對經電荷放大器放大後的電荷信號進行濾波和模數轉換，而濾波的頻率通道、校準方式、二次增益都是在工作參數設置的時候完成的。本發明採用了 M位高精度的模數轉換方式，處理後的數字振動信號存放於A / D轉換電路的數據暫存器中，並發出採樣完成的信號通知單片機提取該信號。 單片機接收後立即通知計算機提取該信號。計算機根據壓電式加速度計和模數轉換的數學模型將數位訊號轉換成振幅顯示。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設備組成。 RS - 232是現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場的數據傳輸要求。所有的系統參數和現場性能量都是通過這種方式實現計算機與現場信號採集處理器的數據交換。目前，很多加工現場是工作人員不可進入的封閉加工空間，為了適用於這種封閉環境，本發明設計了無線收發設備，該設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設備即可進行數據的無線通信。控制電路是整個系統的控制核心，控制電路由微處理器控制電路和計算機組成。 在系統開始工作之前，控制電路軟體負責對各項工作參數的設置。完成設置後，自動通知工作現場的前端設備開始現場性能量的採集。而微處理器控制電路則根據系統參數和各性能量信號轉換協議生成監控所需的數學模型。前端設備完成性能量的採集和數據處理後經由總線將信號傳至計算機的微處理器控制電路，該電路根據預先生成的數學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場工作人員檢測結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複選，然後進行監控系統的參數設定包括傳感器類型、濾波要求、增益參數、A / D 轉換電路工作背景等，微處理器控制電路則根據系統參數和各性能量信號轉換協議生成監控所需的數學模型。信號採集電路收到計算機的命令後開始檢測，各傳感器開始採集數據信號，然後對數據進行濾波、放大和A / D轉換等一系列的處理，系統根據處理後的數據判斷檢測結果是否滿足加工要求，如果在精度允許範圍內，則繼續實施監控，如果超出精度要求立即報警。圖3給出本發明實施例的A。轉換電路組成原理圖。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轉換晶片，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給出本發明實施例的微處理器控制電路、計算機和數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Sl為SW - PB型；數字溫度傳感器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。
權利要求
1.用於精密加工的綜合調控設備，其特徵在於設有信號採集電路、傳輸接口電路和控制電路；信號採集電路設有數字溫度傳感器、位移信號採集電路和振動信號採集電路；傳輸接口電路設有多通道接口電路、RS - 232串口通信電路和無線收發設備；控制電路設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字溫度傳感器、位移信號採集電路和振動信號採集電路，RS - 232串口通信電路輸入端接多通道接口電路輸出端，無線收發設備與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)位移信號採集電路設有位移傳感器、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轉換電路輸入端接位移信號放大電路輸出端；(2)振動信號採集電路設有振動傳感器、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字溫度傳感器輸出端、位移信號A/ D轉換電路輸出端和振動信號A / D轉換電路輸出端。
全文摘要
用於精密加工的綜合調控設備，設有信號採集電路、傳輸接口電路和控制電路；信號採集電路設有數字溫度傳感器、位移信號採集電路和振動信號採集電路；傳輸接口電路設有多通道接口電路、RS-232串口通信電路和無線收發設備；控制電路設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字溫度傳感器、位移信號採集電路和振動信號採集電路，RS-232串口通信電路輸入端接多通道接口電路輸出端，無線收發設備與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 優先權日2010年11月23日
發明者杜衝 申請人:大連創達技術交易市場有限公司