专利名称：一种数控压力监控器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及压力机监控领域，特别是涉及一种用于监控压力机的压头压力和压头行程的数控压力监控器。
背景技术：
应用在压力机上的数控压力机监控器是一种新型的高性能、高精度、高效能的数控压装监控设备。可广泛应用于汽车、微电机、电子、军工、 航空等行业。在使用传统压力机的情况下，压力加工的过程数据无法采集和存储，如欲对压力加工过程的质量进行评估只能通过破坏性实验，这就造成无法对所有的加工产品进行质量评估。而数控压力机监控器则可改变这一现象，通过对加工过程数据的采集和处理，可对所有加工过程进行实时评估和控制，进而达到改善质量控制的目的。目前虽然各部分技术都已成熟，但国内尚未产生将各部分功能进行组合的产品，该实用新型即是在各部分成熟技术的基础上，通过组合、改进和优化，创造一种新的压力监控设备。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题在于，对压力机的压头压力和压头行程进行监控、评估和调整。本实用新型公开了一种数控压力监控器，该数控压力监控器接收电压式压力传感器、电压式位移传感器或光编码器的输出信号，该数控压力监控器包括接收该电压式压力传感器和/或该电压式位移传感器输出的感测信号进行滤波放大并输出一处理信号的传感器信号处理电路；接收该处理信号并将其转换为一数字处理信号的传感器信号采集电路；接收该数字处理信号并进行缓存和预处理的通用协处理器；接收该光编码器的输出信号进行电平兼容和预处理并输出一光编码信号的光编码器信号采集电路；对该光编码信号以及经过缓存和预处理的该数字处理信号进行运算的嵌入式工控主板。该传感器信号处理电路包括相互连接的过电压抑制电路和运算放大器，该过电压抑制电路接收该感测信号。该电压抑制电路包括相互连接的自恢复保险丝和TVS管。该传感器信号采集电路包括AD转换器以及为该AD转换器提供基准参考电压的参考电压源。该光编码器信号采集电路包括用于对该光编码器的输出信号进行电平兼容的缓冲驱动电路和用于对该光编码器的输出信号进行预处理的协处理器。[0017]该数控压力监控器还包括一用于驱动IXD显示的IXD驱动电路。该数控压力监控器还包括一用于提供电源的模块化DC-DC电源模块。该模块化DC-DC电源模块包括两个独立封装的电源模块。本实用新型实现了对压力机的压头压力和压头行程进行监控、评估和调整。
图I所示为本实用新型的数控压力监控器的结构示意图2A、2B (a)、2B (b)所示为传感器信号处理电路的示意图以及结构图；图3A、3B所示为传感器信号采集电路的示意图以及结构图；图4A、4B所示为通用协处理器的示意图以及结构图；图5A、5B所示为光编码器信号采集电路的示意图以及结构图；图6A、6B (a)_6B (d)所示为数控压力监控器的示意图和IXD驱动电路的结构图。
具体实施方式
图I所示为本实用新型的数控压力监控器的结构示意图。其中数控压力监控器100包括传感器信号处理电路I、传感器信号采集电路2、通用协处理器3、嵌入式工控主板4、光编码器信号采集电路5。传感器信号处理电路I连接该传感器信号采集电路2，该传感器信号采集电路2连接该通用协处理器3，该通用协处理器3和该光编码器信号采集电路5均连接至该嵌入式工控主板4。传感器信号处理电路I接收来自压力机的传感器的感测信号。具体的，压力机中包括有该电压式压力传感器7，用于检测压头的压力信号，该压力信号为模拟信号。压力机中还包括有该电压式位移传感器8，用于检测压头的位移信号，该位移信号为模拟信号。该压力信号或该位移信号均为电压式的感测信号。压力机中的该电压式位移传感器8可由光编码器9替代。该光编码器9也用于检测压头的位移信号，但是，光编码器检测到的该位移信号为数字信号。具体来说，压力机中可同时包括该电压式压力传感器7和电压式位移传感器8，或者，同时包括该电压式压力传感器7和光编码器9。数控压力监控器100可以兼容各种类型的压力机，即，可以对电压式位移传感器8和/或电压式压力传感器7输入的位移信号/压力信号进行接收处理，也可以对光编码器输入的位移信号进行接收处理。故而，数控压力监控器100需同时设置对应模拟信号的传感器信号处理电路I、传感器信号采集电路2和通用协处理器3，以及对应数字信号的光编码器信号采集电路5。传感器信号处理电路I与该电压式压力传感器7以及该电压式位移传感器8连接，直接接收该电压式压力传感器7和/或该电压式位移传感器8输出的感测信号，即该模拟压力信号、模拟位移信号，分别进行滤波放大并对应输出一处理信号。传感器信号采集电路2与该传感器信号处理电路I相连接，传感器信号采集电路2接收该处理信号并将其转换为一数字处理信号。传感器信号采集电路2与通用协处理器3相连接，传感器信号采集电路2将该数字处理信号发送至该通用协处理器3，由该通用协处理器3进行缓存和预处理。通用协处理器3与该嵌入式工控主板4相连接。光编码器信号采集电路5与该嵌入式工控主板4相连接。光编码器信号采集电路5接收该光编码器的输出信号进行缓存和预处理，并输出一光编码信号至该嵌入式工控主板4。该嵌入式工控主板4对从通用协处理器3和光编码器信号采集电路5接收到的信号进行运算。由于传感器采集到的的感测信号会有一定幅度的波动，因此该嵌入式工控主板4针对从通用协处理器3和光编码器信号采集电路5接收到的信号， 首先采取多次累积取平均值的平滑算法，尽量滤掉偶然电压波动造成的干扰，此外由于此处传感器采集到的感测信号为未经处理的原始数据，这些数据是无法直接存储到数据库的。因此嵌入式工控主板4还要对经过平滑算法后得到的这些数据进行计算，包括修正传感器的偏移量，根据当前传感器的总量程求得当前压力或位移的实际值、根据传感器竖直的变化率求得工件的加工质量参数等。传感器数据通过这些算法进行处理后，得到压力和位移的实时曲线，并按照预先设定的参数对压力机的压头的加工过程参数进行评估和筛选，从而达到对加工过程的质量进行控制和追踪。以下借助附图详细描述本实用新型的具体实现方式。图2A、2B所示为传感器信号处理电路的示意图以及结构图。该传感器信号处理电路I包括运算放大器101和过电压抑制电路102。其中，该过电压抑制保护电路102接收来自电压式位移传感器或电压式压力传感器的电压式的感测信号，用于保护该部分电路免遭过压烧毁，并将来自各个传感器的输入信号调整至预定的范围。该运算放大器101用于对输入信号进行放大。由于图2B较大，附图中以图2B (a)和图2B (b)共同组成该传感器信号处理电路的具体结构。图中U34、U35、U36、U40均为运算放大器，而过电压抑制电路102包括自恢复保险丝和TVS管。图中的FUSEl以及与FUSEl连接的R70/R74，共同组成该自恢复保险丝102。图中的D4、D5、D6均为TVS管。可见，该传感器信号处理电路I包括多个运算放大器101和过电压抑制电路102。至少一过电压抑制电路102连接至该运算放大器101。另有至少一过电压抑制电路102连接至该电流-电压转换器再连接至该运算放大器101。其中，该电压式的感测信号经过该过电压抑制电路处理后接入至该运算放大器。SP，该电压式的感测信号经过FUSEl与R74以及D4后，接入U35。或者，该电压式的感测信号经过FUSEl与R70以及D6后，接入U36。对电压式的感测信号直接进行滤波放大后输出处理信号。如图3A、3B所示为传感器信号采集电路的示意图以及结构图。该传感器信号采集电路2用于对传感器信号处理电路输出的处理信号进行高频采样，转换成数字处理信号。该传感器信号采集电路2进一步包括高速、高分辨率的AD转换器201，以及，为该AD转换器201提供基准参考电压的参考电压源202。该AD转换器201将该传感器信号处理电路I输出的模拟的处理信号转换为数字处理信号，这一过程可视为数据采集。如图4A、4B所示为通用协处理器的示意图以及结构图。该通用协处理器3包括单片机301以及外围电路302。该通用协处理器3接收该传感器信号采集电路2所输出的数
字处理信号。由于数据采集的频率较高，在如此高的速度下，很容易发生数据溢出。为了防止数据溢出，本实用新型设置该通用协处理器3作为数据缓冲器进行数据缓存。同时，该通用协处理器3还用于对该数字处理信号进行预处理。例如，该数字处理信号中同时包括压力信号和位移信号，该通用协处理器3可用于对二者进行同步，并对其格式进行转换并添加校验位后按照约定的编码格式发送至该嵌入式工控主板4。如图5A、5B所示为光编码器信号采集电路的示意图以及结构图。该光编码器信号采集电路5包括相互连接的缓冲驱动电路501以及光编码器专用协处理器502。缓冲驱动电路501接收该光编码器的输出信号并进行电平兼容。由于光编码器的输 出一般为5V或12V电平，而光编码器专用协处理器502的工作电平为3. 3V，为防止光编码器专用协处理器502被烧毁，本实用新型通过设置该缓冲驱动电路501来实现电平兼容。另外，光编码器专用协处理器502用于对输出信号进行预处理。例如，按照约定的算法计算压头的位移量，并按照约定的格式进行编码、添加校验位后生成一光编码信号，传输给该嵌入式工控主板4。具体的，如图5B中所示，光编码器的输出信号从接口 J6输入，由电路D8进行电平兼容后输入单片机U42。单片机U42为光编码器专用协处理器502。该嵌入式工控主板4对该光编码信号以及经过缓存和预处理的该数字处理信号进行运算。该嵌入式工控主板4中包括intel PXA270处理器。该intel PXA270处理器可以用于输入数据的运算处理及存储，也可以用于负责人机界面的显示。该嵌入式工控主板4的运算结果，可以通过IXD显示出来，以便于使用者及时获知。故而，该数控压力监控器中还可以包括一用于驱动IXD显示的IXD驱动电路6。如图6A、6B所示为数控压力监控器的示意图和IXD驱动电路的结构图。IXD驱动电路6为IXD显示屏提供驱动电压，共有28V、9V和3. 3V三种电压。分别由图6B (b)、6B (c)中的两个电源芯片U1、U2配合图6B (a)、6B (d)外部电路产生。另外，数控压力监控器中还包括模块化DC-DC电源模块10。其用于为数控压力监控器各部分供电。本实用新型的电源部分采用了独立封装为模块的方式，即，该模块化DC-DC电源模块包括两个独立封装的电源模块。两个电源模块分别提供±12V电压和+5V、+3. 3V电压，并使用硅胶灌封。电源部分封装为模块之后，既提高了电源电路的电磁兼容性能，又提高了电源部分的散热性能，使该数控压力监控器工作更稳定。本实用新型实现了对压力机的压头压力和压头行程进行监控、评估和调整。并且，本实用新型基于嵌入式系统技术，具有集成度高、可靠性高、外部接口简单、使用维护方便等特点，非常适用于数控压力机监控器的设计与制造。同时，通过电平兼容等保护电路的设计，可保护电路免遭烧毁。同时，本实用新型可有效放大输入信号、抑制干扰。
权利要求1.一种数控压力监控器，该数控压力监控器接收电压式压力传感器、电压式位移传感器或光编码器的输出信号，其特征在于，该数控压力监控器包括 接收该电压式压力传感器和/或该电压式位移传感器输出的感测信号进行滤波放大并输出一处理信号的传感器信号处理电路； 接收该处理信号并将其转换为一数字处理信号的传感器信号采集电路； 接收该数字处理信号并进行缓存和预处理的通用协处理器； 接收该光编码器的输出信号进行电平兼容和预处理并输出一光编码信号的光编码器信号采集电路； 对该光编码信号以及经过缓存和预处理的该数字处理信号进行运算的嵌入式工控主板。
2.如权利要求I所述的数控压力监控器，其特征在于，该传感器信号处理电路包括相互连接的过电压抑制电路和运算放大器，该过电压抑制电路接收该感测信号。
3.如权利要求2所述的数控压力监控器，其特征在于，该电压抑制电路包括相互连接的自恢复保险丝和TVS管。
4.如权利要求I所述的数控压力监控器，其特征在于，该传感器信号采集电路包括:AD转换器以及为该AD转换器提供基准参考电压的参考电压源。
5.如权利要求I所述的数控压力监控器，其特征在于，该光编码器信号采集电路包括用于对该光编码器的输出信号进行电平兼容的缓冲驱动电路和用于对该光编码器的输出信号进行预处理的协处理器。
6.如权利要求I所述的数控压力监控器，其特征在于，该数控压力监控器还包括一用于驱动IXD显示的IXD驱动电路。
7.如权利要求I所述的数控压力监控器，其特征在于，该数控压力监控器还包括一用于提供电源的模块化DC-DC电源模块。
8.如权利要求7所述的数控压力监控器，其特征在于，该模块化DC-DC电源模块包括两个独立封装的电源模块。
专利摘要本实用新型公开了一种数控压力监控器，该数控压力监控器接收电压式压力传感器、电压式位移传感器或光编码器的输出信号，该数控压力监控器包括接收该电压式压力传感器和/或该电压式位移传感器输出的感测信号进行滤波放大并输出一处理信号的传感器信号处理电路；接收该处理信号并将其转换为一数字处理信号的传感器信号采集电路；接收该数字处理信号并进行缓存和预处理的通用协处理器；接收该光编码器的输出信号并进行电平兼容和预处理，输出一光编码信号的光编码器信号采集电路；对该光编码信号以及经过缓存和预处理的该数字处理信号进行运算的嵌入式工控主板。本实用新型实现了对压力机的压头压力和压头行程进行监控、评估和调整。
文档编号B30B15/26GK202608104SQ201220245309
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者刘志栋, 杜吉龙, 贾晓亮, 高伟, 李晓会 申请人:北京机械工业自动化研究所