专利名称：Pcb钻孔机断刀检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种断刀检测方法及其装置，尤其涉及一种PCB钻孔机断 刀检测方法及其装置，属于车削技术领域。
背景技术：
目前数控PCB钻孔机在加工作业时， 一旦发生刀具断裂或者刀具头部 崩裂，则无法进行正常加工。因此，需要及时检测到断刀的情况，并由PCB 钻孔机的控制系统及时发出警告信号或者自动换取下一刀具。如果无法正 常检测出断刀的状态，贝何能会弓l起漏孔等诸多问题，导致被加工PCB板 报废。
当前常用的PCB钻 L机断刀检测方式有光纤对射式、粉尘检测以及接 触式断刀检测等方式。具体来说，光纤对射式是由两根光纤及相应的处理 电路完成， 一根光纤连接处理电路的光信号发射端，另一根光纤则连接处 理电路的光信号接收端，当刀具未断时，光信号被刀具阻挡。但是，当光 纤对射式采用的两根光纤对射的头部被粉尘所阻挡时，则无法正常使用， 因此需要经常维护，而且无法检测出刀具头部崩裂的情况。
对于粉尘检测来说，其是检测钻孔时加工主轴前端吸屑罩内的粉尘浓 度来判断是否断刀，此方式的缺点是无法及时检测出断刀情况，有一定滞 后，并且同样无法检测出刀具的崩裂。
传统的接触式断刀检测方式是采取模拟电路，由振荡电路产生一定频 率的波形并通过主轴的外壳传递到刀具上与被加工PCB板上的铝片导体接 地。在使用过程中，当刀具接触铝片，则信号接收端的波形发生变化。此
4200810157097. 1 信号经过滤波后进入比较器判断再输出相应信号。但是，由于主轴外壳需 要输入信号，因此无法接到地上起保护作用，而且由于PCB钻孔加工过程 是个动态的过程，检测信号始终无法稳定，即便是采取滤波的措施，则又 会带来信号的延时问题。
因此，需要一种装置崭新的PCB钻孔机断刀检测方法和相应的装置来 弥补上述技术的不足。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种
PCB钻 L机断刀检测方法及其装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现
PCB钻孔机断刀检测方法，其包括以下歩骤~~^骤①由单片机输 出周期性窄脉冲信号到三极管的基极，驱动高频变压器的初级；步骤② 变压器初级根据单片机输入管脚的波形变化，判断是否存在断刀现象；步 骤③单片机若检测到断刀现象，输出相应的信号给数控机床控制系统。
上述的PCB钻孔机断刀检测方法，其中步骤②中所述的"判断"过 程是，当单片机接收到的波形在第一波形和第二波形之间周期切换时，判 断为"正常运行"，当单片机只能接收至嗨一波形时，判断为"发生断刀"。
PCB钻孔机断刀检测装置，涉及PCB钻孔机的主轴外壳、主轴转子、 刀具，主轴转子位于主轴外壳内，主轴转子上设置有刀具，其特征在于包 括单片机，用于产生信号以及接收检测信号；信号接口模块，包含输出 信号放大及输入信号整形电路；外围信号传输回路，包括主轴外壳、气隙 电容、主轴转子、刀具以及被加工PCB板上的导体，互联构成；外围信号 传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块互联组成断刀检
上述的PCB钻孔机断刀检测装置，其中所述单片机的输出管脚连接有三极管的基极，输出周期性窄脉冲信号，通过三极管驱动高频变压器的 初级。
进一步地，上述的PCB钻孔机断刀检测装置，其中所述的高频变压 器由磁环及其缠绕在磁环上的导线构成，其初级由连接信号接口模块的端 口构成，其次级由连接主轴外壳以及地线的端口构成。
再进一步地，上述的PCB钻孔机断刀检领蝶置，其中所述的气隙电 容位于主轴外壳与主轴转子之间。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在采用 本发明后，针对PCB钻孔加工的动态过程，能始终确保检测信号的稳定， 避免检测信号的不稳定带来输出信号不稳定。同时，检测迅速，不受加工 环境的粉尘、光线的变化所影响。再者，由于本发明输出信号无需采取滤 波措施，因此免去了无法预估的延时，提高了精度信号，在无需增加其他 成本的情况下即可应用于PCB盲埋孔的加工。
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明 进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采 取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范 围之内。这些附图当中，
图1是本发明实施构造示意图2是单片机及其周边电路、信号接口模块的示意图3是单片机工作过程中所输出和接收的波形示意图4是单片机输入控制系统内的波形示意图。 图中各附图标记的含义如下
1 单片机及其周边电路 2 信号接口模块 3 外围信号传输回路 31高频变压器32 主轴外壳 33 气隙电容
34 主轴转子 35 刀具
36铝片 4 控制系统
5 单片机输出波形 6 第一波形
7 第二波形
具体实施例方式
本发明涉及PCB钻孔机断刀检领啦术，其检测装置如图l、图2所示， 涉及PCB钻孔机的主轴外壳32、主轴转子34、刀具35，主轴转子34位于 主轴外壳32内，主轴转子34上设置有刀具35，其特别之处在于包括单 片机及其周边电路l，用于产生信号以及接收检测信号。在此期间，若检测 到正确信号，则输出相应的信号指示给数控机床控制系统4。进一步来看， 单片机的输出管脚连接有三极管的基极，且单片机的输出管脚周期性窄脉 冲信号，通过三极管驱动高频变压器31的初级，以此来产生信号。
信号接口模块2，包含输出信号放大及输入信号整形电路。外围信号传 输回路3，其通过主轴外壳32、气隙电容33、主轴转子34、刀具35以及 被加工PCB板上的导体，相互连接构成。具体来说所述的主轴外壳32 与主轴转子34之间构成气隙电容33。并且，结合现有的PCB加工技术来 说，所述的导体为铝片36。
同时，夕卜围信号传输回路3上连接有高频变压器31,与单片机、信号 接口模块2互联组成断刀检测回路。所述的高频变压器31由磁环及其缠绕 在磁环上的导线构成，其初级由连接信号接口模块2的端口构成，其次级 由连接主轴外壳32以及地线的端口构成。在工作期间，高频变压器31通 过输入信号整形电路，转化为数字信号，输入单片机的输入管脚，令单片 机完成信号检测。在上述过程中，所产生的信号有可能会发生变化，其是由主轴外壳32
与主轴转子34在工作时构成的气隙电容33、刀具35、被加工PCB板上的导体构成的回路阻抗变化所形成的。
本发明的工作情况大致如下首先，由单片机的输出管脚输出周期性窄脉冲信号到三极管的基极，驱动在高频变压器31的初级。同时，高频变压器31次级连接外围信号传输回路3。根据变压器初级检测加工过程中，输入到单片机输入管脚波形的变化，来判断是否存在断刀现象。最后由单片机输出相应的信号给数控机床控制系统4。
再进一步结合图2来说单片机U9上电复位以后，由其第13脚输出周期性的窄脉冲信号，通过电阻R7和电容C4组成的网络连接到三极管Ql的基极。三极管Q1的集电极输出放大后的信号，通过电阻R6连接到高频变压器31的初级。根据变压器的原理，高频变压器31的次级感应相应的周期信号。
当PCB钻孑L机工作时，PCB钻孔机主轴夹持刀具35进行往复运动，因此刀具35会不时地接触被加工PCB板上覆盖的铝片36。此时，由主轴外壳32、主轴外壳32与主轴转子34之间的气隙电容33、主轴转子34、刀具35以及被加工PCB板上覆盖的铝片36所构成的高频变压器31的次级回路阻抗也相应的发生变化。
具体来说，高频变压器31的次级回路阻抗发生变化时，连接到高频变压器31初级的电阻R2—端的信号波形也发生相应变化。此信号通过电阻R2、电阻R1分压后输入到高速比较器U2，高速比较器U2输入的另一端连接到电阻R3、精密可调电位器R4、电容C3构成的电压基准。同时，高速比较器U2的输出端通过数字门电路U10后输入单片机U9的第12脚，由单片机U9对此信号进行分析。换句话说，单片机U9根据输入信号的不
8同状态，从其第11脚输出相应的信号给数控机床控制系统4。
当PCB钻孔机工作正常时，单片机U9输出给数控机床控制系统4的信号状态对应于刀具35是否接触被加工PCB板上覆盖的铝片36。当刀具35断裂时，刀具35无法接触到铝片36，导致了单片机U9输出给数控机床控制系统4的信号状态无法发生变化，由此数控机床控制系统4可以得出刀具35已经断裂，从而实现断刀的检测。
具体结合图3来说，单片机输出波形5如图所示，频率为80KHz。在PCB加工过程中，当刀具没有接触被加工PCB上的导体时，单片机接收到的是第一波形6，而当刀具接触到被加工PCB上的导体时，单片机接收到的是第二波形7。第一波形6和第二波形7的下降沿相对于单片机输出波形5上升沿的延时分别为第一延时tl和第二延时t2，并且第二延时t2大于第一延时tl 。正常加工PCB时，刀具会不停地接触被加工PCB上的导体，因此单片机接收到的波形在第一波形6和第二波形7之间周期切换，单片机计算接收波形下降沿相对于输出波形上升沿的延时，根据延时的不同，单片机输出如图4所示的波形。
当发生断刀时，刀具无法接触被加工PCB上的导体，单片机接收到的波形只是第一波形6，因此单片机输出只是低电平，控制系统因此可以得出发生断刀的情况。
结合上述文字描述及附图可以看出，采用本发明后，针对PCB钻孔加工的动态过程，能始终确保检测信号的稳定，避免检测信号的不稳定带来输出信号不稳定。同时，检测迅速，不受加工环境的粉尘、光线的变化所影响。再者，由于本发明输出信号无需采取滤波措施，因此免去了无法预估的延时，提高了精度信号，在无需增加其他成本的情况下即可应用于PCB盲埋孔的加工。由此可见，本发明在车削技术领域中有着很好的应用前景。
权利要求
1、PCB钻孔机断刀检测方法，其特征在于包括以下步骤步骤①由单片机输出周期性窄脉冲信号到三极管的基极，驱动高频变压器的初级；步骤②变压器初级根据单片机输入管脚的波形变化，判断是否存在断刀现象；步骤③单片机若检测到断刀现象，输出相应的信号给数控机床控制系统。
2、 根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测方法，其特征在于 步骤②中所述的"判断"过程是，当单片机接收到的波形在第一波形和 第二波形之间周期切换时，判断为"正常运行"，当单片机只能接收到 第一波形时，判断为"发生断刀"。
3、 PCB钻孔机断刀检测装置，涉及PCB钻孔机的主轴外壳、主轴 转子、刀具，主轴转子位于主轴外壳内，主轴转子上设置有刀具，其特 征在于包括单片机，用于产生信号以及接收检测信号；信号接口模块， 包含输出信号放大及输入信号整形电路；外围信号传输回路，包括主轴 外壳、气隙电容、主轴转子、刀具以及被加工PCB板上的导体，互联构 成；外围信号传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块 互联组成断刀检测回路。
4、 根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测装置，其特征在于 所述单片机的输出管脚连接有三极管的基极，输出周期性窄脉冲信号，通过三极管驱动高频变压器的初级。
5、 根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测装置，其特征在于 所述的高频变压器由磁环及其缠绕在磁环上的导线构成，其初级由连接 信号接口模块的端口构成，其次级由连接主轴外壳以及地线的端口构 成。
6、 根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测装置，其特征在于:所述的气隙电容位于主轴外壳与主轴转子之间。
全文摘要
本发明涉及PCB钻孔机断刀检测方法及其装置。包括单片机、信号接口模块以及由主轴外壳、气隙电容、主轴转子、刀具和被加工PCB板上的导体互联构成的外围信号传输回路。外围信号传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块互联组成断刀检测回路。检测时，由单片机输出周期性窄脉冲信号驱动高频变压器的初级，根据单片机输入管脚的波形变化判断是否断刀，若检测到断刀现象，则输出相应的信号给数控机床控制系统。本发明能始终确保检测信号的稳定，不受加工环境中粉尘和光线的变化所影响，避免无法预估的延时，提高了精度信号，在无需增加其他成本的情况下即可应用于PCB盲埋孔的加工。
文档编号B23B49/00GK101676053SQ20081015709
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者杨仁杰 申请人:维嘉数控科技(苏州)有限公司