切管机及其卡爪检测设备的制作方法

本实用新型涉及管材切割领域，尤其涉及一种切管机及其卡爪检测设备。

背景技术：

在切管机中，可利用卡盘来夹紧工件，进而，利用设置于卡盘旋转体上的活动卡爪的径向移动，可将工件夹紧和定位，进一步的，卡盘旋转体的旋转，以及卡爪的径向移动可利用切管机的控制设备来控制。

现有的相关技术中，切管机的卡爪缺乏检测反馈的构造，同时，常规的检测反馈构造中，可利用传感器检测卡爪的位置，其中的传感器通常需要利用电源线与信号线对外连接，然而，卡爪需随卡盘旋转体旋转，故而，难以布置相应的电源线与信号线。

技术实现要素：

本实用新型提供一种切管机及其卡爪检测设备，以解决切管机的卡爪缺乏检测反馈的构造的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种切管机的卡爪检测设备，包括：用于利用机械开关检测卡爪移动位置的传感器模块、微控制器模块、第一无线通信模块、第一emc防护模块与滤波补偿模块；所述传感器模块、微控制器模块、所述第一无线通信模块、所述第一emc防护模块与所述滤波补偿模块均能随切管机的卡盘旋转体旋转；

所述传感器模块、所述第一emc防护模块、所述滤波补偿模块、所述微控制器模块与所述第一无线通信模块依次直接或间接连接，所述第一无线通信模块用于与控制设备进行无线通信。

可选的，所述滤波补偿模块包括第一电感、第一运算放大器、第一电容与第二电容；

所述第一电感的第一端连接所述第一emc防护模块，所述第一运算放大器的第一输入端直接或间接连接数字地，所述第一电感的第二端直接或间接连接至所述第一运算放大器的第二输入端，所述第一运算放大器的输出端直接或间接连接所述微控制器模块，所述第一电感的两端分别经所述第一电容与所述第二电容直接或间接连接数字地。

可选的，所述第一emc防护模块包括第一变压单元，以及三个双向限压单元；每个双向限压单元均包括阳极互相对接的两个稳压二极管；所述三个双向限压单元分别为第一双向限压单元、第二双向限压单元与第三双向限压单元；

所述第一变压单元的第一侧的第一端用于接入所述传感器模块的第一开关信号，所述第一变压单元的第二侧的第一端用于接入所述传感器模块的第二开关信号；所述第一变压单元的第一侧的第二端连接所述滤波补偿模块的第一电感；

所述第一双向限压单元并联于所述第一变压单元的第一侧的第一端与所述第一变压单元的第二侧的第一端之间，所述第二双向限压单元连接于所述第一变压单元的第一侧的第二端与数字地之间，所述第三双向限压单元连接于所述第一变压单元的第二侧的第二端与数字地之间。

可选的，所述滤波补偿模块为无源滤波与有源滤波的混合滤波补偿模块。

可选的，所述滤波补偿模块与所述微控制器模块之间还设有信号增益模块。

可选的，所述信号增益模块包括：第二运算放大器与隔离单元；

所述第二运算放大器的第一输入端连接所述滤波补偿模块，所述第二运算放大器的第二输入端直接或间接接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述隔离单元的第一侧，所述隔离单元的第二侧连接所述微控制器模块。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种切管机，包括第一方面及其可选方案涉及的切管机的卡爪检测设备，以及所述控制设备。

可选的，所述控制设备包括上位机与第二无线通信模块，所述第二无线通信模块直接或间接连接所述上位机，所述第二无线通信模块用于与所述第一无线通信模块交互。

可选的，所述第二无线通信模块通过usb接口连接所述上位机，且所述usb接口与所述第二无线通信模块之间设有第二emc防护模块。

本实用新型提供的切管机及其卡爪检测设备中，由于传感器模块、微控制器与第一无线通信模块依次直接或间接连接，且第一无线通信模块能够与控制设备通过无线信号交互，可便于将传感器检测结果通过无线方式传输至控制设备，实现了卡爪运动位置的检测与反馈，同时，避免了使用走线，保障了卡爪能够随卡盘旋转体旋转。

此外，本实用新型在传感器模块与微控制器模块之间还设置了滤波补偿模块与第一emc防护模块。

针对于滤波补偿模块，现有相关技术中，传感器模块的机械开关会出现误触问题，在被气泵顶回去触发以及松开的过程中，其机械接点将会有瞬时多次回弹现象，误触频率极高；实际测试中，当快速动作卡盘卡爪，一个夹紧松开流程中，就容易多次检测到信号，本实用新型通过滤波补偿模块的滤波补偿后，可有利于避免将误触的信号当做真实的检测结果，卡爪张开传感器的开关信息不易于发生错漏，避免了干扰波形影响。

同时，通过第一emc防护模块，可避免大功率伺服，气泵，电磁阀等强电磁干扰的干扰源对信号传输的影响，减少或避免了信号的丢失。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例中卡爪检测设备的构造示意图一；

图2是现有相关技术中传感器模块输出信号的波形示意图；

图3是本实用新型一实施例中卡爪检测设备的部分电路示意图一；

图4是本实用新型一实施例中卡爪检测设备的构造示意图二；

图5是本实用新型一实施例中信号增益模块的电路示意图；

图6是本实用新型一实施例中切管机的构造示意图一；

图7是本实用新型一实施例中切管机的构造示意图二；

图8是本实用新型一实施例中控制设备的部分电路示意图。

附图标记说明：

1-卡爪检测设备；

11-传感器模块；

12-第一emc防护模块；

121-双向限压单元；

13-滤波补偿模块；

14-微控制模块；

15-第一无线通信模块；

16-信号增益模块；

2-卡爪；

3-控制设备；

31-第二无线通信模块；

32-上位机；

33-第二emc防护模块；

331-接口芯片；

332-双向限压单元；

333-稳压单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、

“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1是本实用新型一实施例中卡爪检测设备的构造示意图一。

请参考图1，卡爪检测设备1，包括：用于利用机械开关检测卡爪移动位置的传感器模块11、微控制器模块14、第一无线通信模块15、第一emc防护模块12与滤波补偿模块13。

所述传感器模块11、微控制器模块14、所述第一无线通信模块15、所述第一emc防护模块12与所述滤波补偿模块13均能随切管机的卡盘旋转体旋转。

所述传感器模块11、所述第一emc防护模块12、所述滤波补偿模块13、所述微控制器模块14与所述第一无线通信模块15依次直接或间接连接，所述第一无线通信模块15用于与控制设备3进行无线通信。

其中的微控制器模块14，可理解为包含微控制器的电路模块，具体还可包括微控制器的外围器件，其中的微控制器可以指mcu，具体为microcontrollerunit，其也可描述为微处理器、微处理单元、单片机等等。

其中的第一无线通信模块15，可以为任意能够实现无线信号传输的电路模块，其中例如可包括信号调制单元与发射天线，信号调制单元可接收微控制模块14发出的信息(例如传感器的机械开关被触动而产生的开关信息)，并将所接收到的信息调制为无线信号，进而利用发射天线发射出去。具体举例中，在调制单元与发射天线之间还可设有信号放大单元，用于将调制后的信号放大，并利用发射天线将放大后的信号发射出去。

第一无线通信模块15可以被配置为仅能实现信号发射，也可以被配置为既能实现信号发射，也能实现信号接收。

一种举例中，第一无线通信模块15可以为2.4ghz低功耗收发模块。结合2.4g的低功耗模块，采用的是上升沿触发及下降沿触发，即只有机械开关触发状态发生改变时，才发无线信号；当被触发时，无线模块被唤醒，连续发送信号100次，时间100ms左右，同时发送的时候一边发送一边进入sleep模式，实际发送时间约为50ms，此时整体功耗5.6ma，按照一天切1000根管材，第一无线通信模块的一天工作时间在50s，实现了极低功耗。

可见，以上方案中，由于传感器模块、微控制器与第一无线通信模块依次直接或间接连接，且第一无线通信模块能够与控制设备通过无线信号交互，可便于将传感器检测结果通过无线方式传输至控制设备，实现了卡爪运动位置的检测与反馈，同时，避免了使用走线，保障了卡爪能够随卡盘旋转体旋转。

其中的传感器模块11，可理解为包括能够以机械开关的触动为基础检测卡爪2移动位置的传感器，还可包括配合于该传感器的其他电路构造与机械构造。其工作原理可例如：机械开关设置于切管机的卡盘旋转体的相应位置(例如机械开关装在气缸上)，其可精准检测卡爪是否张开，当卡爪移动至一定位置时，卡爪或与卡爪位置相对固定的其他结构可触碰到机械开关，进而，机械开关可产生开关信息。

具体举例中，针对于每个卡爪2，可配置有两个机械开关，也可仅设有单个机械开关，或设置三个或三个以上机械开关，进而，可对一个位置进行检测，也可对两个或两个以上位置进行检测。

图2是现有相关技术中传感器模块输出信号的波形示意图。

现有相关技术中，传感器模块的机械开关会出现误触问题，在被气泵顶回去触发以及松开的过程中，其机械接点将会有瞬时多次回弹现象，对应微控制器的输入端的波形如图2中中间波形所示，误触频率极高误触频率极高；实际测试中，当快速动作卡盘卡爪，一个夹紧松开流程中，就容易多次检测到信号。

针对于此，本实施例引入了滤波补偿模块，通过滤波补偿模块的滤波补偿后，可有利于避免将误触的信号当做真实的检测结果，卡爪张开传感器的开关信息不易于发生错漏，避免了干扰波形影响。

具体的，滤波补偿模块13可采用无源滤波与有源滤波的混合滤波补偿模块，实际阻容网络值的选定使其频带可达截止频率：30hz，经测试，增加该电路模块，卡爪张开传感器的开关信息不会遗漏，也避免了干扰波形影响。

此外，通过第一emc防护模块，可避免大功率伺服，气泵，电磁阀等强电磁干扰的干扰源对信号传输的影响，减少或避免了信号的丢失。

图3是本实用新型一实施例中卡爪检测设备的部分电路示意图一。

其中一种实施方式中，请参考图3，所述滤波补偿模块13包括第一电感t1、第一运算放大器n1、第一电容c1与第二电容c2。

所述第一电感t1的第一端连接所述第一emc防护模块12，具体可连接至第一emc防护模块12中第一变压单元tr1的第一侧的第二端，所述第一运算放大器n1的第一输入端(例如正输入端)直接或间接连接数字地，具体可经第一emc防护模块12中的一个双向限压单元121连接数字地vss，所述第一电感t1的第二端直接或间接连接至所述第一运算放大器n1的第二输入端，所述第一运算放大器n1的输出端直接或间接连接所述微控制器模块14，所述第一电感t1的两端分别经所述第一电容c1与所述第二电容c2直接或间接连接数字地，具体可经第一emc防护模块12中的一个双向限压单元121连接数字地vss，其中的第二电容c2可以为极性电容。

其中一种实施方式中，请参考图3，所述第一emc防护模块12包括第一变压单元tr1，以及三个双向限压单元121；每个双向限压单元121均包括阳极互相对接的两个稳压二极管；所述三个双向限压单元121分别为第一双向限压单元、第二双向限压单元与第三双向限压单元。

所述第一变压单元tr1的第一侧的第一端用于接入所述传感器模块11的第一开关信号，所述第一变压单元tr1的第二侧的第一端用于接入所述传感器模块11的第二开关信号；所述第一变压单元tr1的第一侧的第二端连接所述滤波补偿模块13的第一电感t1。

其中的第一开关信号与第二开关信号，可以指同一机械开关的两种状态下产生的信号，例如被触动时产生的信号与未被触动时产生的信号。也可以指不同机械开关反馈的信号，例如针对于同一卡爪的两个位置的两个机械开关所反馈的信号。

在图2所示实施方式中，第一开关信号可表征为switch_h信号，第二开关信号可保证为switch_l信号，经滤波补偿模块13得到的信号可表征为目标开关信号，其可表征为switch信号，其能被直接或间接传输至微控制器模块14，微控制器模块14可将该switch信号发送至第一无线通信模块15，或根据switch信号产生用于表征对应卡爪位置的位置信号，将位置信号发送至第一无线通信模块15，第一无线通信模块15可针对于所接收到的信号进行调制，将其调制为无线信号，进而将其直接或放大后传输至控制设备3的第二无线通信模块31，进而，上位机可间接获取到第二无线通信模块31对无线信号进行解调后得到的信号，并据此获悉卡爪的位置。

所述第一双向限压单元并联于所述第一变压单元tr1的第一侧的第一端与所述第一变压单元tr1的第二侧的第一端之间，所述第二双向限压单元连接于所述第一变压单元tr1的第一侧的第二端与数字地之间，所述第三双向限压单元连接于所述第一变压单元tr1的第二侧的第二端与数字地之间。

具体举例中，第一变压单元tr1的第一侧的第一端可经电阻r11连接传感器模块11，第一变压单元tr1的第二侧的第一端可经电阻r12连接传感器模块11。

具体举例中，第一传感器t1的第二端可经电阻r13与电阻r15连接第一运算放大器n1，第三电容c3的第一端可连接于电阻r13与电阻r15之间的节点，第三电容c3的第二端可经一个双向限压单元121连接数字地；第一运算放大器n1的第二输入端与输出端之间还连接有第四电容c4，电阻r14的一端可连接至第一运算放大器n1的输出端，电阻r14的另一端可连接于电阻r13与电阻r15之间的节点，第一运算放大器n1的输出端还经电阻r16连接至数字地。

具体举例中，滤波补偿模块13的后端还连接有第一二极管d1的阴极，与电阻r17，第一二极管d1的阳极连接第五电容c5的第一端，第五电容c5的第二端可以经一个双向限压单元连接至数字地，电阻r17可并联于第五电容c5的两端。

图4是本实用新型一实施例中卡爪检测设备的构造示意图二；图5是本实用新型一实施例中信号增益模块的电路示意图。

请参考图4与图5，所述滤波补偿模块13与所述微控制器模块14之间还设有信号增益模块16。

其中一种实施方式中，请参考图5，所述信号增益模块16包括：第二运算放大器n2与隔离单元161。

所述第二运算放大器n2的第一输入端(例如正输入端)连接所述滤波补偿模块13，所述第二运算放大器n2的第二输入端(例如负输入端)直接或间接接地，该地可理解为是保护地pgnd，所述第二运算放大器n2的输出端连接所述隔离单元161的第一侧，所述隔离单元161的第二侧连接所述微控制器模块14。

具体举例中，第六电容c6连接于第二运算放大器n2的输出端与第二输入端之间，电阻r22也连接于第二运算放大器n2的输出端与第二输入端之间，电阻r22的连接第二输入端的一端还经电阻r21接地，第二运算放大器n2的电源端连接第七电容c7。

具体举例中，隔离单元161的第一侧的电源端分别连接有第八电容c8、电容tc1与双向击穿二极管vd1，第八电容c8、电容tc1与双向击穿二极管vd1的另一端接地，隔离单元161的第二侧的电源端连接第九电容c9的一端，第九电容c9的另一端接地，隔离单元161的第二侧连接微控制模块14的一端连接有第十电容c10的第一端，第十电容c10的第二端接地。

通过以上信号增益模块16，能有效加强信号强度，小信号，瞬间开关量也能被剥啄，隔离电路，保护微控制器模块14不受emc干扰影响。

其中一种实施方式中，卡爪检测设备1还可包括电池模块，传感器模块11、微控制器模块14、第一无线通信模块15等均可以是利用电池模块供电的，该电池模块可以是可充电电池，例如可以采用碱性电池模块，避免电池模块控制电路设计繁琐、低效率电源管理方式及锂电池高温环境下存在安全隐患的问题，预估使用时间为8.3年。

其中一种实施方式中，第一无线通信模块可使用全向天线结合塑料外壳。避免卡盘金属外壳遮挡问题，及干扰问题。同时无线模块使用全向天线，线缆为三次屏蔽线缆设计、具备可靠长度及磁性吸盘，可放在各个合适位置(可远离电脑，靠近无线模块)，同时进行pcb板级优化及硬件eft干扰保护设计，实现了无线收发模块高质量的抗干扰性能。

图6是本实用新型一实施例中切管机的构造示意图一；图7是本实用新型一实施例中切管机的构造示意图二；图8是本实用新型一实施例中控制设备的部分电路示意图。

请参考图6与图7，切管机，包括以上可选方案所涉及的切管机的卡爪检测设备1，以及所述控制设备3。

所述控制设备3包括上位机32与第二无线通信模块31，所述第二无线通信模块31直接或间接连接所述上位机32，所述第二无线通信模块31用于与所述第一无线通信模块15交互，从而传输无线信号。

其中一种实施方式中，第二无线通信模块31可包括解调模块与接收天线，接收天线接收到无线信号之后，解调模块可对无线信号进行解调，得到解调后信号，再将解调后信号传输至上位机32(例如通过usb接口传输至上位机32)。

一种举例中，若所述第一无线通信模块为2.4g低功耗发射模块，则所述第二无线通信模块可以采用2.4g低功耗接收模块。

请参考图7与图8，其中一种实施方式中，所述第二无线通信模块31可通过usb接口321连接所述上位机32，且所述usb接口与所述第二无线通信模块之间设有第二emc防护模块33。

第二emc防护模块33可以采用与第一emc防护模块12相类似的构造，也可采用其他构造。同时，第一emc防护模块12与第二emc防护模块33的电路构造均可不限于图3与图8的举例，任意本领域中已有的或者改进的emc防护电路均可应用于本实施例而形成第一emc防护模块12与第二emc防护模块33。

具体举例中，第二emc防护模块33包括接口芯片331、第二变压单元tr2、第三变压单元tr3、双向击穿二极管vd2与三个双向限压单元332、稳压单元333，其中，双向限压单元332可以是阳极对接的两个稳压二极管形成的，其可参照于前文所涉及的双向限压单元121理解。

第二变压单元tr2的第一侧的第一端连接usb接口321的电源端，第二变压单元tr2的第二侧的第一端连接usb接口321的接地端，第二变压单元tr2的第一侧的第一端与第二侧的第一端之间连接有双向击穿二极管vd2，第二变压单元tr2的第一侧的第二端连接第二二极管d2的阳极，第二二极管d2的阴极经磁珠fb1连接至第二电感t2的第一端，第二电感t2的第二端连接至电源转换芯片34，第二变压单元tr2的第二侧的第二端接地；第二电感t2的第一端还经第十二电容c12接地，第二电感t2的第二端还分别经电容tc2与第十三电容c13接地，第二电感t2的第二端还连接第三二极管d3的阴极，第三二极管d3的阳极接地。

第三变压单元tr3的第一侧的第一端与第二侧的第一端均连接usb接口321的usb_d-脚，第三变压单元tr3的第一侧的第一端与第二侧的第一端之间还连接有一个双向限压单元332，第三变压单元tr3的第一侧的第二端与第三变压单元tr3的第二侧的第二端分别通过双向限压单元332接地。

所述接口芯片331的第一连接端可连接第三变压单元tr3的第一侧的第二端，所述接口芯片331的第二连接端可接地，所述接口芯片331的第三连接端可连接第三变压单元tr3的第二侧的第二端，接口芯片331的第四连接端可连接第四变压单元tr4的第二侧的第一端，接口芯片331的第五连接端可连接至第二二极管d2的阴极，从而连接至第二变压单元tr2的第一侧的第二端，接口芯片331的第六连接端连接第四变压单元tr4的第一侧的第一端。

同时，在接口芯片331中，第一连接端可连接至第六连接端，第四连接端可连接至与第三连接端，第一连接端与第二连接端分别可经至少一个二极管连接至第五连接端。

第四变压单元tr4的第一侧的第二端可经电阻r31连接至无线接收模块31，第四变压单元tr4的第二侧的第二端可经电阻r32连接至无线接收模块31，稳压单元333可例如包括两个稳压二极管，两个稳压二极管的阳极均基底，其中一个稳压二极管的阴极经电阻r31连接第四变压单元tr4的第一侧的第二端，另一个稳压二极管的阴极经电阻r32连接第四变压单元tr4的第二侧的第二端。第四变压单元tr4的第一侧的第二端还可经第十五电容c15接地，第四变压单元tr4的第二侧的第二端还可经第十四电容c14接地。

通过第二emc防护模块，可避免大功率伺服，气泵，电磁阀等强电磁干扰的干扰源对信号传输的影响，减少或避免了信号的丢失。

综上所述，本实施例提供的切管机及其卡爪检测设备中，由于传感器模块、微控制器与第一无线通信模块依次直接或间接连接，且第一无线通信模块能够与控制设备通过无线信号交互，可便于将传感器检测结果通过无线方式传输至控制设备，实现了卡爪运动位置的检测与反馈，同时，避免了使用走线，保障了卡爪能够随卡盘旋转体旋转。

此外，本实施例在传感器模块与微控制器模块之间还设置了滤波补偿模块与第一emc防护模块。

针对于滤波补偿模块，现有相关技术中，传感器模块的机械开关会出现误触问题，在被气泵顶回去触发以及松开的过程中，其机械接点将会有瞬时多次回弹现象，误触频率极高；实际测试中，当快速动作卡盘卡爪，一个夹紧松开流程中，就容易多次检测到信号，本实用新型通过滤波补偿模块的滤波补偿后，可有利于避免将误触的信号当做真实的检测结果，卡爪张开传感器的开关信息不易于发生错漏，避免了干扰波形影响。

同时，通过第一emc防护模块，可避免大功率伺服，气泵，电磁阀等强电磁干扰的干扰源对信号传输的影响，减少或避免了信号的丢失。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。