专利名称：一种用于数控机床的测试装置的制作方法
技术领域：
本发明属于数控机床测控领域，尤其涉及一种用于数控机床的测试装置。
背景技术：
在数控机床的设计及控制工程中，力输入与位移、应变、加速等输出的关系是非常重要的，需要借鉴这些数据(力、位移、应变、加速度)来解决实际的工程问题。因此，这些数据的测试与采集工作(关乎数据的准确性)也相当重要。然而，这数据采集时钟不同，同一测试对象(如机床主轴、横梁等)各个测试数据(力输入与位移、应变、加速度输出)是难以被整合在一起分析的；并且无法判断输入与输出的时序关系，解决工程实际问题也只能结合理论原理和经验方法来应对。这难以为数控机床控制与设计工程提供准确可靠的数据依据。数控机床的控制与设计工程是相当复杂的工作。其机械结构的复杂性要求测试仪器要可靠，使用简便。目前，数控机床工程的力输入与位移、应变、加速度输出都是通过独立搭建测试仪器的测试条件或系统，进而使用数据采集设备采集测试数据。其电气线路之多，且与信号线路的复杂交错，使得测试工作极其不便，同时测试的数据的可靠性也受到影响(数据被干扰)。再者，这些独立的测试数据虽然在数据采集模块6的控制下也可实现同一时钟下采集，但是各相互独立的传感器的测试条件(其放置位置及振动、温度等测试因素)是不同的；这难以测试得到数控机床的位移、应变、加速度等输出在同一力输入下的准确数据。这不仅艰难，也是相当浪费时间和不可预测的。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种用于数控机床的测试装置，旨在解决现有的测试装置中各个传感器相互独立、测试条件不同导致测试工作极其不便，且测试数据的准确性、可靠性也受到影响的问题。本发明实施例是这样实现的，一种用于数控机床的测试装置，包括:电源模块；力测量模块，其电源输入端与所述电源模块连接，用于检测动态力信号并将所述动态力信号进行放大；位移测量模块，其电源输入端与所述电源模块连接，用于检测位移信号并将所述位移信号进行放大；应变测量模块，其电源输入端与所述电源模块连接，用于检测动态应变信号并将所述动态应变信号进行放大；分压电路，其输入端连接至所述位移测量模块的输出端；将所述放大后的位移信号进行分压处理后输出；稳压电路，其电源输入端与所述电源模块连接，将所述电源模块输出的电压进行稳压处理；
按钮开关，其输入端连接至所述稳压电路的输出端，所述按钮开关的输出端连接至所述应变测量模块的复位端；数据采集模块，第一采集端口连接至所述力测量模块的输出端，所述数据采集模块的第二采集端口连接至所述分压电路的输出端，所述数据采集模块的第三采集端口连接至所述应变测量模块的输出端；所述数据采集模块通过采集端口采集所述动态力信号、所述位移信号及所述动态应变信号。更进一步地，所述数据采集模块还与计算机连接，通过所述计算机对所述数据采集模块进行采样设置以及通道选择设置。更进一步地，所述电源模块包括:依次连接的电源变换降压单元、24V直流电压转换单元和滤波单元；以及分别连接在所述滤波单元的输出端的第一拨动开关、第二拨动开关和第三拨动开关；所述电源变换降压单元的输入端外接220V交流电；所述第一拨动开关的输出端连接所述位移测量模块，所述第二拨动开关的输出端连接所述力测量模块，所述第三拨动开关的输出端分别连接所述应变测量模块和所述稳压电路。更进一步地，所述位移测量模块包括:位移传感器，用于检测位移信号；以及位移信号放大器，其电源输入端连接至所述第一拨动开关的输出端，所述位移信号放大器的信号输入端与所述位移传感器连接，所述位移信号放大器的输出端与所述分压电路连接；所述位移信号放大器将检测到的位移信号进行放大后输出。更进一步地，所述力测量模块包括:力传感器，用于检测动态力信号；以及力信号放大器，其电源输入端连接至所述第二拨动开关的输出端，所述力信号放大器的信号输入端与所述力传感器连接，所述力信号放大器的输出端与所述数据采集模块的第一采集端口连接。更进一步地，所述应变测量模块包括:应变传感器，用于检测动态应变信号；以及应变信号放大器，其电源输入端连接至所述第三拨动开关的输出端，所述应变信号放大器的信号输入端与所述应变传感器连接；所述应变信号放大器的输出端与所述数据采集模块的第三采集端口连接。本发明实施例提供的测试装置将力、位移、应变等传感器整合在一起，通过数据采集模块在同一时钟下采集所有数据，测试使用非常方便，测试数据可靠性好、准确性高。
图1是本发明实施例提供的用于数控机床的测试装置的模块结构框图；图2是本发明实施例提供的测试装置中电源模块的内部模块结构图；图3是本发明实施例提供的测试装置的内部电路图；图4是本发明实施例提供的力输入数据、位移数据和应变数据的曲线图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供的用于数控机床的测试装置适用于力输入与位移、应变、加速度输出等实际物理量的测量，并可在同一时钟下分析它们之间的时序关系，为数控机床控制工程解决问题提供实际数据。图1示出了该测试装置的模块结构框图，为了便于说明书，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下:用于数控机床的测试装置包括:电源模块1、位移测量模块2、分压电路3、力测量模块4、应变测量模块5、数据采集模块6、稳压电路7和按钮开关8 ;其中，力测量模块4的电源输入端与电源模块I连接，用于检测动态力信号并将动态力信号进行放大；位移测量模块2的电源输入端与电源模块I连接，用于检测位移信号并将位移信号进行放大；应变测量模块5的电源输入端与电源模块I连接，用于检测动态应变信号并将动态应变信号进行放大；分压电路3的输入端连接至位移测量模块2的输出端；将放大后的位移信号进行分压处理后输出；稳压电路7的电源输入端与电源模块I连接，将电源模块I输出的电压进行稳压处理；按钮开关8的输入端连接至稳压电路7的输出端，按钮开关8的输出端连接至应变测量模块5的复位端；数据采集模块6的第一采集端口连接至力测量模块4的输出端，数据采集模块6的第二采集端口连接至分压电路3的输出端，数据采集模块6的第三采集端口连接至应变测量模块5的输出端；数据采集模块6通过采集端口采集动态力信号、位移信号以及动态应变信号。在数控机床的设计及控制工程中，清楚激励与响应的时序关系，有利于主动控制结构的振动形式。研究激励与响应的关系需要测试、采集仪器获得准确的数据(力输入与位移、应变、加速度等输出)关系。本发明实施例提供的用于数控机床的测试装置就是综合了力、位移、应变等传感器的测试仪器平台，利用数据采集模块6可在同一时钟下采集所有数据。力、位移、应变等传感器的电路都已经搭建在测试装置上，测试使用非常方便，测试数据可靠性好。在本发明实施例中，数据采集模块6还与计算机连接，通过计算机对数据采集模块6进行采样设置以及通道选择设置。其中，数据采集模块6采用比利时LMS公司SCADAS305的数据采集前端。在本发明实施例中，电源模块I的模块结构如图2所示，电源模块I包括:电源变换降压单元11、24V直流电压转换单元12、滤波单元13以及分别连接在滤波单元13的输出端的第一拨动开关14、第二拨动开关15和第三拨动开关16 ;其中，电源变换降压单元11、24V直流电压转换单元12和滤波单元13依次连接；电源变换降压单元11的输入端外接220V交流电；第一拨动开关14的输出端连接位移测量模块2，第二拨动开关15的输出端连接力测量模块4，第三拨动开关16的输出端分别连接应变测量模块5和稳压电路7。在本发明实施例中，为保证各个信号放大器和传感器稳定工作，滤波单元13可以采用型号为FN409的滤波器对24V直流电压转换单元12输出的24VDC电源进行滤波，吸收由电源开关或者测试线路造成的电压冲击或者波动；同时滤波单元13输出的电源单独接线供给每个信号放大器。在本发明实施例中，位移测量模块2包括:位移信号放大器21和位移传感器22 ；其中位移传感器22用于检测位移信号；位移信号放大器21的电源输入端连接至第一拨动开关14的输出端，位移信号放大器21的信号输入端与位移传感器22连接，位移信号放大器21的输出端与分压电路3连接；位移信号放大器21将检测到的位移信号进行放大后输出。作为本发明的一个实施例，位移信号放大器21的工作电源是-24VDC，可以采用COM端与Vs的电压反接的方法来实现；其放大信号输出电压大于数据米集模块6的米样电压，因此采用分压电路3来实现放大信号电压降半；具体的，分压电路3可以采用型号为LM6134的运算放大器来实现。位移信号放大器21和位移传感器22需要通电预热10分钟。在本发明实施例中，力测量模块4包括:力信号放大器41和力传感器42 ;其中力传感器42用于检测动态力信号；力信号放大器41的电源输入端连接至第二拨动开关15的输出端，力信号放大器41的信号输入端与力传感器42连接，力信号放大器41的输出端与数据采集模块6的第一采集端口连接。在本发明实施例中，应变测量模块5包括:应变信号放大器51和应变传感器52 ；其中应变传感器52用于检测动态应变信号；应变信号放大器51的电源输入端连接至第三拨动开关16的输出端，应变信号放大器51的信号输入端与应变传感器52连接；应变信号放大器51的输出端与数据采集模块6的第三采集端口连接。图3示出了用于数控机床的测试装置的具体电路图；第一拨动开关14用于控制位移信号放大器21的工作电源，从而进一步控制位移传感器22工作；第二拨动开关15用于控制力信号放大器41的工作电源，从而进一步控制力传感器42工作；第三拨动开关16用于控制应变信号放大器51的工作电源,从而进一步控制应变传感器52工作。作为本发明的一个实施例，力信号放大器41和应变信号放大器51可以采用Kistler动态应变信号放大器，由于Kistler动态应变信号放大器的工作或者复位都需要触发信号；工作测量时其Operate端口需要O 0.7V电压触发，复位时则需要2 7V电压触发；因此，可以采用一个常开常闭的稳压电路7和按钮开关8来实现；具体地:0V电压接到按钮开关8的常闭端，5V电压接到按钮开关8的常开端，按钮开关8的输出端接Kistler动态应变信号放大器的Operate端口。为了保证走线统一，各个信号放大器的输出转接至电路板上，然后使用排线统一传输至各自的输出端口。图4是通过本发明实施例提供的用于数控机床的测试装置采集到的力输入数据、位移数据和应变数据的曲线图，其中SI表示力输入数据曲线，S2表示位移数据曲线，S3表示应变数据曲线。该测试装置将各个单一参量(比如:力、位移、应变和加速度)的测试仪器与数据采集模块6整合在一起，采用同一个采集器(数据采集模块6 SCADA)采集各个参量的数据；力、位移、应变和加速度等测试参数都在同一时钟下采集；将使用拨动控制开关、24V电源、滤波单元、分压和复位电路实现了测试电气线路系统，从而保证了这些测试仪器可被任意选择进行测试工作。这样会使机床控制与设计工程的测试工作非常方便，有条理。数控机床控制工程所需解决的实际工程问题不外乎是激励(输入)与响应(输出)之间的问题。使用该测试装置测试力输入与位移、应变和加速度等输出，然后在同一时钟下使用数据采集模块6采集这些测试数据，并整合分析测试数据的时序关系。根据数据分析的结果即可判断力输入与位移、应变和加速度等输出的问题所在，进而让工程师使用合理的方法调解输入与位移、应变和加速度等输出的时序关系，以解决数控机床控制工程的问题。这种做法既经济又可靠。在数控机床的设计及控制工程中，清楚激励与响应的时序关系，有利于主动控制结构的振动形式。研究激励与响应的关系需要测试、采集仪器获得准确的数据(力输入与位移、应变、加速度等输出)关系。本发明实施例提供的测试装置为数控机床的控制与设计工程，激励与响应测试提供方便和统一的测试条件(位置、振动、温度等)，并且提供实时、准确的数据，有利于帮助快速地解决机床设计与控制工程的问题。本发明实施例提供的测试装置将力、位移、应变等传感器整合在一起，通过数据采集模块在同一时钟下采集所有数据，测试使用非常方便，测试数据可靠性好、准确性高。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于数控机床的测试装置，其特征在于，包括: 电源模块； 力测量模块，其电源输入端与所述电源模块连接，用于检测动态力信号并将所述动态力信号进行放大； 位移测量模块，其电源输入端与所述电源模块连接，用于检测位移信号并将所述位移信号进行放大； 应变测量模块，其电源输入端与所述电源模块连接，用于检测动态应变信号并将所述动态应变信号进行放大； 分压电路，其输入端连接至所述位移测量模块的输出端；将所述放大后的位移信号进行分压处理后输出； 稳压电路，其电源输入端与所述电源模块连接，将所述电源模块输出的电压进行稳压处理；按钮开关，其输入端连接至所述稳压电路的输出端，所述按钮开关的输出端连接至所述应变测量模块的复位端；· 数据采集模块，第一采集端口连接至所述力测量模块的输出端，所述数据采集模块的第二采集端口连接至所述分压电路的输出端，所述数据采集模块的第三采集端口连接至所述应变测量模块的输出端；所述数据采集模块通过采集端口采集所述动态力信号、所述位移信号及所述动态应变信号。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述数据采集模块还与计算机连接，通过所述计算机对所述数据采集模块进行采样设置以及通道选择设置。
3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述电源模块包括: 依次连接的电源变换降压单元、24V直流电压转换单元和滤波单元；以及分别连接在所述滤波单元的输出端的第一拨动开关、第二拨动开关和第三拨动开关； 所述电源变换降压单元的输入端外接220V交流电；所述第一拨动开关的输出端连接所述位移测量模块，所述第二拨动开关的输出端连接所述力测量模块，所述第三拨动开关的输出端分别连接所述应变测量模块和所述稳压电路。
4.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述位移测量模块包括: 位移传感器，用于检测位移信号；以及 位移信号放大器，其电源输入端连接至所述第一拨动开关的输出端，所述位移信号放大器的信号输入端与所述位移传感器连接，所述位移信号放大器的输出端与所述分压电路连接；所述位移信号放大器将检测到的位移信号进行放大后输出。
5.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述力测量模块包括: 力传感器，用于检测动态力信号；以及 力信号放大器，其电源输入端连接至所述第二拨动开关的输出端，所述力信号放大器的信号输入端与所述力传感器连接，所述力信号放大器的输出端与所述数据采集模块的第一采集端口连接。
6.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述应变测量模块包括: 应变传感器，用于检测动态应变信号；以及 应变信号放大器，其电源输入端连接至所述第三拨动开关的输出端，所述应变信号放大器的信号输入端与所述应变传感器连接；所述应变信号放大器的输出端与所述数据采集模块的第三采集端口 连接。
全文摘要
本发明适用于数控机床测控领域，提供了一种用于数控机床的测试装置；包括电源模块，力测量模块，位移测量模块，应变测量模块，分压电路，稳压电路，按钮开关，以及数据采集模块，第一采集端口连接至力测量模块的输出端，数据采集模块的第二采集端口连接至分压电路的输出端，数据采集模块的第三采集端口连接至应变测量模块的输出端；数据采集模块通过采集端口采集所述动态力信号、位移信号以及动态应变信号。本发明提供的测试装置将力、位移、应变等传感器整合在一起，通过数据采集模块在同一时钟下采集所有数据，测试使用非常方便，测试数据可靠性好、准确性高。
文档编号B23Q17/00GK103158033SQ20111040944
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者黄俊华, 谭艳萍, 宋福民, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族数控科技有限公司