专利名称：数控pcb钻孔机床接触式断针检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种印制电路板钻床用刀具断针和Z轴位置测量装置。
技术背景如何检测钻孔机床的钻针是否断裂以及断针的位置，是设计者都在考虑的 问题。如图1所示，主轴转子夹头夹住钻针后，工作时，高频交流电源经过高频变 压器主级(高频变压器串接在电路中)，经过主轴定子，气浮，到主轴转子的钻 针上，与压脚(压脚或接工作台板接GND),金属导电物，接触，形成一个回路。申请号为200420015113. 0的专利公开了 一种检测是否断针以及断针位置的 电路。如图2所示，当机器工作时，主轴转子的钻针和金属导电体，压脚构成一 个电气回路，在高频变压器的次级产生一个交流电压信号，经整流二极管Dl， 和滤波电容C2，将交流电压信号转换成直流信号，输入到比较放大器，人为设 置好比较放大器的2脚参考电压后，由一脚输出一个高低电平信号。申请号为200720051705. 1的专利公开了第二种检测是否断针以及断针位 置的电路。如图3所示，将主轴看做高频电容，在主轴定子上经过电阻R4加一 个高频电源，当机器工作时，主轴转子的钻针，与压脚(压脚或接工作台板接GND)， 金属导电物，接触，形成一个回路，消耗一定的电能。造成经过Dl, Cl整流滤波 后加在比较放大器上3脚的直流电压有一定的变化，设置好比较放大器2脚的 参考电压后，使比较放大器l脚输出一个高低电平信号。这两种电路的缺陷在于，当主轴工作中，或主轴使用时间较长后，主轴定 子绝缘层将出现老化，将严重影响比较放大器3脚的输入采样电压，所以需要 经常调整2脚的参考电压，严重引起电路板工作不稳定；且因为比较放大器3脚输入的采样电压是高频交流电压，虽经过了整流滤波，但信号中夹杂了很大 的交流成分，以使比较放大器输出的高低电平信号也夹杂了很大的交流成分， 对机器电气信号将造成很大程度的干扰。而且采样信号因经过了整流滤波，输出信号将产生约1-2ms的滞后。以至机器信号传输迟緩，不能及时的捕获当前 轴的位置。申请号为200620160010. 2的专利公开了第三种检测是否断针以及断针位置 的电路。如图4所示，将主轴看做高频电容，高频交流电源接在主轴定子上， 经过气浮，到主轴转子的钻针上，与金属导电体接触，再从绝缘压脚(需要台板 绝缘，压脚绝缘，否则，多头Z轴同时工作时，信号将相互串接或失去控制的 意义)上引一条线到高频变压器，高频变压器另一端接地，形成一个回路。在 高频变压器的次级产生一个交流电压信号，经整流二极管D1，和滤波电容C2， 将交流电压信号转换成直流信号，输入到比较放大器，人为设置好比较放大器 的2脚参考电压后，由一脚输出一个高低电平信号。第三种电路的缺陷在于，虽然将主轴因老化和工作中不稳定因素造成的电 路板工作不稳定排除，但同样需要初步调整比较放大器的2脚参考电压，还需 要制做绝缘压脚和绝缘台板，需要保证每个头之间的台板和压脚相互绝缘且不 和地相连，否则将造成串信号和失控，给机械设计上带来了很大的困难！同样， 也因存在整流滤波而带来的输出信号将产生约l-2ms的滞后。以至机器信号传 输迟緩，不能及时的捕获当前轴的位置。申请号为200520065065. O的专利公开了第四种检测是否断针以及断针位置 的电路。如图5所示，主级线圈和气浮主轴接线与图二，图三，图四基本类似(如 图5),不同的是次级线圏电压整流滤波后加在比较放大器3脚输入端，用A/D 转换器将直流电压转换为二进制代码，输入给CPU, CPU将此二进制代码适当加大或缩小，然后适当延时，输出给D/A转换器，给比较放大器2脚做为参考电 压，使l脚输出一个高低电平信号。第四种电路的缺陷在于，虽然解决了比较放大器2脚参考电压需要人为调 整的问题，但是并没有解决需要制作绝缘台板和绝缘压脚的问题，同样也存在 着信号滞后的问题，不能及时捕获当前的位置。而且电路制作复杂，成本高， 极易受到干扰，电路本身抗干扰能力非常弱。CPU—旦死机，此信号将不受控制。 综上所述，现有技术的缺陷在于，解决信号滞后；机械台板和压脚需要绝缘; 成本高，制作难，抗干扰能力弱；电路板功能，性能不稳定。 发明内容有鉴于此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种电路，该电路结构 简单并且性能稳定。本发明的技术方案是 一种数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，其特征 在于交流高频电压源与NPN型三极管Ql和PNP型三极管Q2的B极相连；电 容C2、电阻R3和电阻R4串联，构成滤波电路；电容C1和电阻R3、电阻R4并 联，构成储能单元；电阻R1与从NPN型三极管Ql的C极相连，电阻R2分别与 NPN型三极管Ql的E极和PNP型三极管Q2的E极相连，PNP型三极管Q2的C 极接地；比较放大器的正极与三极管Ql的C极相连，并且接在电容C2、电阻 R3之间，比较放大器的负极与电阻R3、电阻R4之间，并且通过电容C1接地； 主轴和PNP型三极管Q2的E极相连，主轴钻针、导电金属体、工作台板依次与 主轴相连，工作台板接地。所述交流高频电压源包括电阻R5、电阻R6、 电阻R7、 电阻R8、 电阻R9、 电容C3、电位器VR1和通用电压比较器A所构成的前级振荡电路；R10和通用电 压比较器B构成的后级振荡放大电路，限流电阻Rll和电阻R10相连。所述NPN型三才及管Ql的型号为TIP132,所述PNP型三才及管Q2的型号为 TIPi37, TIP132型NPN型三极管Ql和TIP137型PNP型三极管Q2构成功放对管 使用。所述NPN型三极管Ql的型号为TIP142,所述PNP型三4及管Q2的型号为 TIP"7， TIP142型NPN型三极管Ql和TIP147型PNP型三极管Q2构成功力文对管 使用。所述NPN型三极管Ql的型号为TIP3055,所述PNP型三极管Q2的型号为 TIP2955, TIP3055型NPN型三才及管Ql和TIP2955型PNP型三极管Q2构成功力文 对管使用。所述NPN型三极管Ql的型号为TIP35C，所述PNP型三极管Q2的型号为 TIP36C， TIP35C型NPN型三极管Ql和TIP36C型PNP型三极管Q2构成功力丈对管 使用。所述限流电阻Rl的阻值为150欧姆。 所述电阻R2的阻^i为1欧姆。本发明的有益效果是由于在高频交流电压源直流功放端放置一取样电阻 Rl,取直流电源的直流电压变化，不需要整流，滤波，直接给比较放大器输入 端，因此参考电压不需人为调整，输出信号抗干扰性强，无信号滞后的问题。 由于工作台板在电路不起作用，因此不需要绝缘。本发明成本低，性能稳定。
图l是本发明的机械结构与动作原理图； 图2是本发明背景技术1的电路图； 图3是本发明背景技术2的电路图； 图4是本发明背景技术3的电路图；图5是本发明背景技术4的电路图； 图6是本发明电路图。图中，1:高频交流电源；2:高频变压器；3:主轴地线；4:主轴；5:主 轴钻针；6:导电金属体；7:工作台板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。图6是本发明的电路原理图。电阻R5、电阻R6、 电阻R7、 电阻R8、 电阻R9、电容C3、电位器VR1和通用电压比较器A所构成的前级振荡电路；Rl0 和通用电压比较器B构成的后级振荡放大电路；经过限流电阻Rll和NPN型 三极管Q1、 PNP型三极管Q2，限流电阻R1、电阻R2和典型通用运算放大器 C构成的功放电路。调整VR1，产生一个频率为830KHZ,电压幅度为20V的高 频电压源，经过R10和通用电压比较器B构成的后级通用振荡放大电路，经过 电阻R1、 NPN型三;f及管Ql、电阻R2、 PNP型三^ l管Q2,将高频交流电压源1 经过Y点加载在主轴地线3上。正常情况下，主轴钻针5没有发生断裂，主 轴钻针5与导电金属体6接触。电容C1经过电阻R1、电阻R3充电，经过电 阻R4分压，储存了一定的电能，此时比较放大器1脚输出为高电平信号。 当主轴钻针5与导电金属体6接触时，整个电路将消耗一定的电能，由于电阻 Rl限流作用，导致比较放大器C的第三脚的直流电压将有一个下降过程。当 比较放大器3脚电压开始下降，且下降到低于2脚电压时，比较放大器l脚 将输出一个低电压信号，直到电容C1经过电阻R4，电阻R3放电，比较放大 器2脚电压低于3脚电压时，l脚才输出高电平信号。所以，只要比较放大器C的第三脚电压有一定的变化，比较;改大器1脚就 能快速及时的输出一个脉冲信号。当主轴钻针5断裂时，主轴地线3呈高阻态；比较放大器C的第三脚电压没有变化，因此比较放大器1脚无脉冲信号输出。 分析比较;^文大器l脚的输出信号，可以分析出断针的位置。虽然本发明已参照当前的实施方式进行了描述，但本技术领域的普通技术 人员应当认识到，上述实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保 护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效发明、 改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。
权利要求
1. 一种数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，其特征在于交流高频电压源与NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2的B极相连；电容C2、电阻R3和电阻R4串联，构成滤波电路；电容C1和电阻R3、电阻R4并联，构成储能单元；电阻R1与从NPN型三极管Q1的C极相连，电阻R2分别与NPN型三极管Q1的E极和PNP型三极管Q2的E极相连，PNP型三极管Q2的C极接地；比较放大器的正极与三极管Q1的C极相连，并且接在电容C2、电阻R3之间，比较放大器的负极与电阻R3、电阻R4之间，并且通过电容C1接地；主轴(4)和PNP型三极管Q2的E极相连，主轴钻针(5)、导电金属体(6)、工作台板(7)依次与主轴(4)相连，工作台板(7)接地。
2、 根据权利要求1所述的数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，其特征 在于所述交流高频电压源包括电阻R5、电阻R6、 电阻R7、 电阻R8、 电 阻R9、电容C3、电位器VR1和通用电压比较器A所构成的前级振荡电路；RIO 和通用电压比较器B构成的后级振荡放大电路，限流电阻Rll和电阻R10相连。
3、 根据权利要求1所述的数控PCB钻孔机床接触式断针4企测系统，其特征 在于所述NPN型三极管Ql的型号为TIP132，所述PNP型三纟及管Q2的型号为 TIP137, TIP132型NPN型三极管Ql和TIP137型PNP型三极管Q2构成功放对 管使用。
4、 根据权利要求1所述的数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，其特征 在于所述NPN型三才及管Ql的型号为TIP142，所述PNP型三纟及管Q2的型号为 TIP147, TIP142型NPN型三极管Ql和TIP147型PNP型三极管Q2构成功放对 管使用。
5、 根据权利要求1所述的数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，其特征 在于所述NPN型三4l管Ql的型号为TIP3055,所述PNP型三^f及管Q2的型号 为TIP2955, TIP3055型NPN型三极管Ql和TIP2955型PNP型三极管Q2构成 功放对管使用。
6、 根据权利要求1所述的数控PCB钻孔机床接触式断针;险测系统，其特征 在于所述NPN型三;fe管Ql的型号为TIP35C,所述PNP型三才及管Q2的型号为 TIP36C, TIP35C型NPN型三极管Ql和TIP36C型PNP型三极管Q2构成功放对 管使用。
7、 根据权利要求1所述的数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，其特征 在于所述限流电阻R1的阻值为150欧姆。
8、 根据权利要求1所述的数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，其特征 在于所述电阻R2的阻值为1欧姆。
全文摘要
本发明公开了一种数控PCB钻孔机床接触式断针检测系统，包括前级振荡电路；后级振荡放大电路；经过限流电阻R11和三极管Q1、三极管Q2，限流电阻R1、电阻R2和典型通用运算放大器C构成的功放电路，调节前级振荡电路中的VR1电位器，使Y点输出一个频率为830KHz，电压幅度为20V的交流高频电压源，接到主轴的地线上；电容C2、电阻R3和电阻R4串联，构成滤波电路。本发明不需要整流，滤波，直接给比较放大器输入端，参考电压不需人为调整，输出信号抗干扰性强，无信号滞后的问题和机械台板和压脚需要绝缘的问题。本发明成本低，性能稳定。
文档编号B23B49/00GK101264530SQ20081006685
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者周运华, 杨少辰, 鸿 王, 邓贵阳, 龙传德 申请人:大赢数控设备(深圳)有限公司