对刀装置的智能控制器的制作方法

专利名称：对刀装置的智能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对刀装置的智能控制器，属于机床的控制器领域。
背景技术：
羊毛衫是人们衣着的重要组成部分，随着生活水平的提高，对它的花样和品质有 了更高的要求，羊毛衫的生产设备——横机也随之由手摇横机时代向电脑横机时代升级。 针板是电脑横机的核心部件，其精度要求(特别是分度精度)提高了数倍，单件加工时间也 由数小时变成数个班。现有的专用数控针板机床已能满足其加工要求，但加工过程不能被 中断，如因断刀、下班、停电等因素中断后，由于温度的变化，主轴、丝杠等均有不同程度的 热胀冷縮，加工精度无法满足要求，只能作废品处理，造成生产成本过高，不利于市场竞争。 因此在该机床上增加对刀装置具有十分重要意义。传统的对刀装置都是针对加工中心、雕 刻机等通用机床设计，其设计目的主要是测出使用刀具与标准刀具之间的长度差值，对刀 方式是刀具以相同的运动速度接近对刀装置，达到对刀位置后减速停车，其仅能保证同样 的运动状态下的对刀精度。而该机床要求静止和运动两种状态下具有相同的对刀精度，因 此需有一种针对该机床的实用对刀装置，以解决以上问题。目前，电容式敏感元件因结构 简单，非接触式测量，灵敏度高，分辨率高，动态响应好等特点而广为应用，但其受干扰影响 大，特性稳定性差，易受电磁干扰，特别是变间隙式单电容敏感器件的非线性较大。

发明内容本实用新型的目的是提供一种对刀装置的智能控制器，它具有距离标定、静态对 刀、动态对刀、自学习并在动态和静态方式下具有同样精度的智能控制器。 本实用新型的目的是这样来实现的， 一种对刀装置的智能控制器，包括数字信号 处理电路、电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPR0M电路、输入/输出电路、人 机接口电路和电源电路，数字信号处理电路与电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、 EEPR0M电路、输入/输出电路和人机接口电路连接，电源电路为数字信号处理电路、电容振 荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPR0M电路、输入/输出电路和人机接口电路提供电 源。 本实用新型所述的电源电路由输入滤波电路、第一稳压电路、第二稳压电路和时 序控制电路组成，输入滤波电路与第一稳压电路连接，第一稳压电路与时序控制电路和第 二稳压电路连接，时序控制电路接第二稳压电路。 本实用新型所述的数字信号处理电路由数字信号处理芯片、时钟电路、上电延时
电路、复位电路、仿真电路和模数转换参考电压电路组成，数字信号处理芯片与时钟电路、
复位电路、仿真电路、模数转换参考电压电路、电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、
EEPR0M电路、输入/输出电路和人机接口电路连接，上电延时电路接复位电路。 本实用新型所述的电容振荡及处理电路由脉宽调制信号控制电路、电容充放电
路、电容充电电压放大电路和检测传感电路组成，脉宽调制信号控制电路与电容充放电路和数字信号处理电路连接，电容充放电路与电容充电电压放大电路和检测传感电路连接， 电容充电电压放大电路与检测传感电路和数字信号处理电路连接。 本实用新型所述的EEPR0M电路由EEPR0M控制电路和EEPR0M存储电路组成， EEPR0M控制电路与数字信号处理电路和EEPR0M存储电路连接。 本实用新型所述的RS-232通信接口电路由第一电平转换电路和第二电平转换电 路组成，第一电平转换电路与数字信号处理电路和第二电平转换电路连接，第二电平转换 电路接PC机。 本实用新型所述的输入/输出电路由低电平输入电路、低电平输出电路、继电器 输出电路和系统接口组成，低电平输入电路、低电平输出电路和继电器输出电路与数字信 号处理电路和系统接口连接，系统接口与计算机数字控制系统连接。 本实用新型所述的人机接口电路由第三电平转换电路、显示电路和按键输入电路 组成，第三电平转换电路与数字信号处理电路、显示电路和按键输入电路连接，显示电路与 按键输入电路连接。 本实用新型采用以上技术方案后，对刀装置的智能控制器具有距离标定、静态对 刀、动态对刀、自学习并在动态和静态方式下具有同样精度的功能。

图1为本实用新型的原理框图。 图2为电源电路原理图。 图3为数字信号处理电路原理图。 图4为电容振荡及处理电路原理图。 图5为RS-232通信接口电路原理图。 图6为EEPR0M电路原理图。 图7为输入/输出电路原理图 图8为人机接口电路原理图 图9为平行极板变间隙电容原理图。
具体实施方式参见图l，对刀装置的智能控制器。电源电路提供本智能控制器多组电源；RS-232 通信接口电路，用于数字信号处理(DSP)电路与PC机进行通信；EEPROM电路，用于保存参 数表、记忆位置等；电容振荡及处理电路、DSP电路通过脉宽调制(P丽)接口控制电容充电， 充电电压经模数转换(ADC)接口转换后，再将电容放电，完成一次测量；输入/输出电路，该 电路用于与机床的协调信号处理；人机接口电路，用于显示检测结果与参数，并提供键盘输 入手段。 参见图2，电源电路。输入滤波电路由接插件J201、熔断器F201、电阻R201、电容 C201、C202、C203、电感L201和发光二极管D201组成，接插件J201接外部电源+12，熔断器 F201的一端与接插件J201的一端连接，熔断器F201的另一端与电阻R201、电感L201和电 容C201的一端连接，电阻R201的另一端接发光二极管D201的阳极，电感L201的另一端与 电容C202、 C203的一端和第一稳压电路中的三端稳压器V201的Vin端连接，接插件J201的另一端、发光二极管D201的阴极、电容C201、 C202、 C203的另一端接地。第一稳压电路 由三端稳压器V201和电容C204、C205组成，三端稳压器V201的Vout端与电容C204、C205 的一端、第二稳压电路中芯片U203的5、6、11、12脚和时序控制电路连接，三端稳压器V201 的Gnd端和电容C204、 C205的另一端接地。第二稳压电路由芯片U203、电阻R202、 R203、 R204、电容C206-C233和电感L202、L203、L204组成，芯片U203的23、24脚与电阻R202的 一端、电容C206、 C207、 C212-C221的一端和电感L202的一端连接，电阻R202的另一端与 芯片U203的25脚和电阻R203的一端连接，芯片U203的17、 18、 19脚与电容C208、 C209、 C225-C230的一端、电阻R204的一端和电感L203的一端连接，电阻R204的另一端与电容 C210、C211的一端和数字信号处理电路中芯片IC301的VDD3VFL端连接，电感L202的另一 端与电容C222、C223、C224的一端和芯片IC301的VDD1端连接，电感L203的另一端与电容 C231、C232、C233的一端和芯片IC301的VDDA1端连接，芯片U203的3、9、10脚、电阻R203 的另一端、电容C206-C221、 C225-C230的另一端和电感L204的一端接地，电感L204的另 一端、电容C222-C224、 C231-C233的另一端接AGND， AGND为屏蔽地。时序控制电路由芯片 U202、电阻R205、R206、R207和场效应管Ql组成，芯片U202的3、5脚与电阻R205的一端、芯 片U203的5、6、 11、 12脚和三端稳压器V201的Vout端连接，芯片U202的4脚与电阻R206、 R207的一端和场效应管Ql的栅极连接，电阻R206的另一端接电源+3. 3V，电阻R205的另 一端与场效应管Ql的漏极和芯片U203的4脚连接，芯片U202的1、2脚、电阻R207的另一 端和场效应管Q1的源极接地。由接插件J201引入的来自外部的+12V电源，经保护熔断器 F201后，由电感L201、电容C201、C202、C203滤波，滤波后再由三端稳压器V201 (78L05)稳 压为+5￥，提供本系统内5V电源。芯片U203(TPS676D301)为+3. 3V与+1. 9V电压变换器 件，电容C204、 C205为芯片U202器件输入滤波的电压，电阻R202、 R203为芯片U202提供 输出电压(+1.9V)的采样电压，电阻R203可保证+3. 3V与VDD3VFL的电压顺序，芯片U202、 电阻R206、 R207及R205、 Ql同样可保证+1. 9V与+3. 3V的上电顺序，当初始上电后，芯片 U202 (TPS3838K33) 4脚开Ql的漏极输出脚输出，Ql截止，电阻R205将芯片U203的4脚上 拉为+5V，此时芯片U203的+1. 9V的23、24脚不输出，达到一定的时间后，芯片U202的4脚 截止，此时电阻R206、R207为Ql提供导通电压，电阻R205将U203的4脚拉为低电平，此时 芯片U203的+1. 9V的23、24脚输出，为芯片IC301提供内核电源。电容C206-C233及电感 L2-L4均起输出滤波作用。电阻R201及发光二极管D201为电源工作指示电路。 参见图3，数字信号处理电路。数字信号处理芯片为芯片IC301。时钟电路由晶振 CT、电感L301、电容C301、 C302、电阻R301、 R302和芯片IC302组成，电阻R302的一端与芯 片IC301的58脚连接，电阻R302的另一端与芯片IC302的4脚连接，芯片IC302的5脚接 电源+1. 9V，芯片IC302的2脚与电容C302的一端和晶振CT的5脚连接，晶振CT的8脚与 电容C301和电感L301的一端连接，电感L301的另一端接电源+3. 3V，芯片IC302的3脚、 电容C301、C302的另一端和晶振CT的4脚接地。复位电路由二极管D302、三极管Q301、电 阻R304、R305和芯IC303组成，芯片IC303的4脚与芯片IC301的113脚连接，芯片IC303 的5脚、电阻R304的一端接电源+3. 3V，芯片IC303的2脚接电阻R305的一端，电阻R305 的另一端与电阻R304的另一端与三极管Q301的集电极连接，三极管Q301的基极接二极管 D302的阴极，芯片IC303的3脚和三极管Q301的发射极接地。上电延时电路由电阻R303、 电容C303和二极管D301组成，电阻R303的一端和二极管D301的阴极接电源+3. 3V，电阻R303的另一端、二极管D301的阳极和电容C303的一端接二极管D302的阳极，电容C303的 另一端接地。仿真电路由接口 J301、电阻R306、 R307组成，接口 J301的2、 1、3、7、9、 13脚 分别与芯片IC301的98、92、96、93、99、100脚连接，接口 J301的9、 11脚接芯片IC301的 99脚，接口 J301的5脚、电阻R306、 R307的一端接电源+3. 3V，电阻R306的另一端与芯片 IC301的105脚连接，电阻R307的另一端接接口 J301的14脚，接口 J301的6、8、10、12脚 接地。模数转换(ADC)参考电压电路由电容C304、C305和电阻R308组成，电容C304、C305 和电阻R308的一端分别接芯片IC301的10、 11、 16脚，电容C304、C305和电阻R308的另一 端接屏蔽地。芯片IC301的68、69、76、77、33、34、40、41、126、2脚接电容振荡及处理电路， 芯片IC301的m、112脚接RS-232通信接口电路，芯片IC301的54、55、46、47、48、78、79、 80、86、89、90脚接EEPR0M电路，芯片IC301的23、21、22、24、 19、 18脚接输入/输出电路， 芯片IC301的31、32、27、28脚接人机接口电路，芯片IC301的20、29、42、56、63、74、82、94、 102、110脚接电源+1. 9V，芯片IC301的17、26、30、39、53、59、62、73、88、95、103、109脚接 地，芯片IC301的25、49、83、104脚接电源+3. 3V，芯片IC301的119_125、3_9、 12、 127、 15、 117、 128接屏蔽地。芯片IC302、 IC303为74LVC1G14，接口 J301为7X2。 芯片IC301为TMS320F2811，该数字信号处理芯片，采用了改进的哈佛总线结构和 流水线操作，运行速度可达1G次定点运算每秒，ADC模块具有两个可同时采样的采样/保 持器， 一个12位带流水线的模/数转换器， 一次模/数转换器时间仅为40ns，最高采样带宽 为12. 5MS/S，并带有电压参考及其他辅助电路。 参见图4，电容振荡及处理电路。第一路脉宽调制(P丽)信号控制电路由芯片 IC501、电阻R501-R504、电容C501和三极管Q501组成，电阻R501的一端接电源+3. 3V，电 阻R501的另一端与芯片IC301的76脚和芯片IC501的1脚连接，芯片IC501的2脚接芯 片IC301的68脚，芯片IC501的3脚与电阻R502的一端和电阻R503的一端连接，电阻 R503的另一端与电容C501的一端和三极管Q501的基极连接，三极管Q501的集电极与电 阻R504的一端连接，电阻R504的另一端接外接电源+12V,电阻R502、电容C501的另一端 和三极管Q501的发射极接地。第一路电容充放电路由电阻R601-R604、电容C601-C603和 三极管Q601、 Q602组成，电容C601的一端和三极管Q601的发射极接外接电源+12V,电容 C601的另一端和电阻R601的一端接三极管Q501的集电极，电阻R601的另一端接三极管 Q601的基极，三极管Q601的集电极接电阻R603的一端，电阻R603的另一端与电阻R604 和电容C603的一端连接，电阻R604的另一端接三极管Q602的集电极，三极管Q602的基极 接电阻R602的一端，电阻R602的另一端和电容C602的一端接第二路P丽信号控制电路， 电容C602、 C603的另一端和三极管Q602的发射极接屏蔽地。第一路电容充电电压放大电 路由芯片IC701、电阻R701、R702和电容C701组成，芯片IC701的3脚接电阻R603和电阻 R604的公共接点，芯片IC701的1、2脚接电阻R701的一端，电阻R701的另一端与电阻R702 的一端和芯片IC701的5脚连接，芯片IC701的6、7脚与电容C701的一端和芯片IC301的 126脚连接，芯片IC701的8脚接外接电源+12V，芯片IC701的4脚、，电阻R702、电容C701 的另一端接屏蔽地。同理，第二路P丽信号控制电路由芯片IC501、电阻R505-R508、电容 C502和三极管Q502组成，该电路的一端与芯片IC301的77、69脚连接，该电路和另一端与 第一路电容充放电路的电阻R602和电容C602的公共接点连接。第三路P丽信号控制电路 由芯片IC501、电阻R511-R514、电容C511和三极管Q511组成，该电路一端与芯片IC301的40、 33脚连接，该电路的另一端与第二路电容充放电路连接。第四路P丽信号控制电路由 芯片IC501、电阻R515-R518、电容C512和三极管Q512组成，该电路的一端与芯片IC301的
41、 34脚连接，该电路的另一端与第二路电容充放电路连接。第二路电容充放电路由电阻 R611-R614、电容C611、C612和三极管Q603、Q604组成，该电路一端与第三、第四路P丽信号 控制电路连接，该电路另一端与第二路电容充电电压放大电路和检测传感电路连接，第二 路电容充电电压放大电路由芯片IC702、电阻R711 、R712和电容C711组成，该电路的一端与 第二路电容充放电路和检测传感电路连接，该电路另一端与数字信号处理电路连接。检测 传感电路由接口 J801、J802、检测电容C801、屏蔽电缆和等效电容C802组成，接口 J801的l 脚与第二路电容充电电压放大电路中的芯片IC702的1、2脚连接，接口 J801的2脚与芯片 IC702的3脚和第二路电容充放电路中的电阻R613和R614的公共接点连接，接口 J802的 1脚与屏蔽电缆的屏蔽外壳连接，接口J802的2脚与屏蔽电缆的电缆芯连接，屏蔽电缆的电 缆芯接检测电容C801的一端连接，屏蔽电缆的屏蔽外壳和屏蔽地之间为等效电容C802，接 口 J801、 J802的3脚、屏蔽电缆外壳和检测电容C801的另一端接屏蔽地。 由芯片IC301的68脚输出的P丽l信号，经过芯片IC501A(74AC125)，控制三极管 Q501通断，电阻R501为P丽l使能信号的上拉电阻，R503为三极管Q501基极的限流电阻， R502为三极管Q501基极的下拉电阻，C501为滤波电容，R504为上拉电阻，该电路将芯片 IC301送出的3. 3V脉冲信号转换为12V脉冲信号送出；同样，芯片IC301输出的P丽2信号， 经过芯片IC501B，控制三极管Q502通断，R505为P丽2使能信号的上拉电阻，R507为Q501 基极的限流电阻，R506为三极管Q502基极的上拉电阻，C502为滤波电容，R508为上拉电 阻；另一路P丽控制电路与上述一样。 P丽信号控制电路输出的12V脉冲信号chargel控制三极管Q601通断，R601为基 极限流电阻，C601为滤波电容，当三极管Q601开通时，+12V电源通过电阻R603给电容C603 充电；脉冲信号charge2控制三极管Q602通断，R602为三极管Q602基极的限流电阻，C602 为滤波电容，当三极管Q602开通时，电容C603的上下极板经过电阻R604导通，电容C603放 电。另一路电容充放电路原理与上述一样。其中，一条线路为比较电路，采样电容为C603， 而另一条线路为检测电路，采样电容为检测电容(平行极板变间隙电容)C801。 芯片IC701 (TLC2272)为运算放大器，运放第一级IC701A为电容C603电压跟随， 跟随电压再由电阻R701和R702分压后，然后第二级IC701B跟随电压输出至芯片IC301的 126脚，供芯片IC301采样处理；另一路电容充电电压放大电路与前述一样，电压输出至芯 片IC301的2脚。 为解决寄生电容的影响，采用双层屏蔽等电位传输，检测电容为C801， C802为屏 蔽电缆等效电容，主控板与检测电容通过接口 J801与接口 J802连接。 参见图5， EEPROM电路。EEPROM控制电路由芯片IC901组成，EEPROM存储电路由 芯片ICIOOI、 IC1002和IC1003组成，芯片IC901的5脚与芯片IC301的46脚连接，芯片 IC901的6脚与芯片IC1001的1脚连接，芯片IC901的1脚与芯片IC301的54脚连接，芯 片IC901的2、3脚连接，芯片IC901的4脚与芯片ICIOOI、 IC1002、 IC1003的2脚连接，芯 片IC901的13脚接芯片IC301的47脚，芯片IC901的12脚接芯片IC1002的1脚，芯片 IC901的1脚接芯片IC301的48脚，芯片IC901的10脚接芯片IC1003的1脚，芯片IC1001 的3、4脚分别接芯片IC301的78、86脚，芯片IC1002的3、4脚分别接芯片IC301的79、89脚，芯片IC1003的3、4脚分别接芯片IC301的80、90脚，芯片IC1001、 IC1002、 IC1003的 8、6脚接电源+3. 3V，芯片IC1001、 IC1002、 IC1003的5脚接地。为增加芯片IC301驱动能 力，芯片IC301送出的SK(读写脉冲)，经芯片IC901A(74AC04)和IC901B后再输出，同样 芯片IC301送出的A0、A1、A2(片选信号)也经芯片IC901C、IC901D、IC901E反向后再输出 至EEPROM存储电路的1脚(CS) ;EEPROM控制电路读写脉冲信号输入到串行EEPROM存储电 路芯片IC1001、IC1002、IC1003(AT93C86)的读写脉冲输入端，片选信号CS1、CS2、CS3分别 接至芯片ICIOOI、 IC1002、 IC1003的片选信号输入端，芯片ICIOOI、 IC1002、 IC1003的6脚 ORG接至+3. 3V，使芯片IC1001、1C1002、IC1003工作于十六位方式，DI、DO脚分别接至芯片 IC301。 参见图6，RS-232通信接口电路。第一电平转换电路由芯片IC401、IC402、IC403、 电阻R401和电容C401、C402组成，芯片IC401的1、4脚分别与芯片IC301的111、 112脚连 接，芯片IC401的2脚接芯片IC402的l脚，芯片IC402的2脚与电阻R401、电容C401的 一端和第二电平转换电路连接，电阻R401的另一端接电源+5V，芯片IC401的3脚接芯片 IC403的2脚，芯片IC403的1脚与电容C402的一端和第二电平转换电路连接，电容C401、 C402的另一端接地。第二电平转换电路由芯片IC1101、电容C1101-C1104和接口 1101组 成，芯片IC1101的11、12脚与第一电平转换电路连接，芯片IC1101的1、3脚与电容C1101 的二端连接，芯片IC1101的4、5脚与电容C1102的二端连接，芯片IC1101的2、6脚分别 与电容C1103、 C1104的一端连接，芯片IC1101的13、14脚分别与接口 J1101的3、2脚连 接，芯片IC1101的16脚接电源十5V，芯片IC1101的15脚、电容C1103、 C1104的另一端禾口 接口 J1101的5脚接地。芯片IC301送出的串行数据信号经芯片IC401A(74AC04)反向后， 再经集电极开路反向器芯片IC402A(74AC05)输出至第二电平转换电路，R401为上拉电阻， 实现3. 3V到5V电平的转换，C401为滤波电容；来自第二电平转换电路的5V信号经电容 C402滤波后，输入芯片IC403A，实现电平转换并反向，再经芯片IC401B反向后，输出至芯片 IC301的串行数据接受的112脚，实现5V到3. 3V电平的转换。芯片IC1101 (MAX202)、电容 C1101 C1104实现TTL电平与RS-232电平的转换；J1101为PC机与本智能控制器的通讯 接口，通过J1101的2、3、5脚与PC机相连。 参见图7，输入/输出电路。第一路低电平输入电路由芯片IC1201、光耦IC1202、电 阻R1201、R1202和电容C1201组成，芯片IC1201的2脚接芯片IC301的23脚，芯片IC1201 的1脚与电阻R1201、电容C1201的一端和光耦IC1202输出端的一端连接，电阻R1201的另 一端接电源+3. 3V，电容C1201的另一端和光耦IC1202输出端的另一端接地，光耦IC1202 输入端的一端接电阻R1202的一端，电阻R1202的另一端接外接电源+12V,光耦IC1202 输入端的另一端接系统接口 J1201的3脚。第二路低电平输入电路由芯片IC1201、光耦 IC1303、电阻R1203、 R1204和电容C1202组成，芯片IC1201的4脚接芯片IC301的21脚， 光耦IC1203输入端的另一端接系统接口 J120111脚，其余的连接关系同第一路低电平输入 电路。第一路低电平输出电路由芯片IC1201、光耦IC1404、电阻R1205和电容C1203组成， 芯片IC1201的5脚接芯片IC301的22脚，电阻R1205的一端接电源+3. 3V，电阻R1205的 另一端接光耦IC1204输入端的一端，芯片IC1201的6脚接光耦IC1204输入端的另一端，光 耦IC1204输出端的一端与电容C1203的一端和系统接口 J1201的4脚连接，电容C1203的 另一端接地。同理，第二路低电平输出电路由芯片IC1201、光耦IC1205、电阻R1206和电容
8C1204组成，第三路低电平输出电路由芯片IC1201、光耦IC1206、电阻R1206和电容C1205 组成，该二电路的一端分别与芯片IC301的24、19脚连接，另一端分别与系统接口 J1201的 12、5脚连接。继电器输出电路由芯片IC1201、电阻R1208、电容C1206、三极管Q1201、二极 管D1201和继电器K1201组成，芯片IC1201的9脚接芯片IC301的18脚，芯片IC1201的8 脚接电阻R1208的一端，电阻R1208的另一端与电容C1206的一端和三极管Q1201的基极 连接，三极管Q1201的集电极与二极管D1201的阳极和继电器K1201线圈的一端连接，三极 管Q1201发射极接地，二极管D1201的阴极和继电器K1201线圈的另一端接外接电源+12V， 继电器K1201的两个触头分别接系统接口 J1201的13、6脚。系统接口 J1201的1、9、2、10 脚接外接电源+12V，系统接口 J1201的14、7、15、8脚接地，系统接口 J1201的16、17脚接 CNC。 芯片IC1201为74AC04，光耦IC1202-IC1206为TLP521。当由于外部传感器发生 故障等原因，系统出错，传感电容的动极与静极距离过近时，接口 J1201的3脚输入低电平， 经过限流电阻R1202，光耦IC1202导通，光耦IC1202的输出信号经芯片IC1201A后送至芯 片IC301, R1201为上拉电阻，C1201为滤波电容；动态对刀过程中信号原理与上述相同，当 执行动态对刀过程时，本系统接受CNC系统输出该信号。 芯片IC301的22、24、19脚的输出信号01、 02、 03的电路原理也相同，芯片IC301 的输出信号经IC1201反向器控制光耦导通，该导通信号输出送给CNC系统，其中R1205、 R1206、 R1207为基极限流电阻，C1203、 C1204、 C1205为滤波电容，Ol作为减速信号，当电 容的动极快速的移向并接近静极时，该信号输出，机床收到该信号后，减速至较低的运行速 度，当继续运行到一定的位置，02作为到位信号输出，机床收到该信号后，减速停止，减速停 止结束后，该系统将当前位置与静态较刀时的位置相比较，如果误差在允许的范围内，则输 出正常结束信号03。 芯片IC301的输出信号04经芯片IC1201F反向后，控制三极管Q1201导通，R1208 为基极限流电阻，C1206为滤波电容，三极管Q1201导通后，继电器K1201得电吸合，系统接 口 J1201的6脚和13脚导通，D1201为继电器K1201线圈的泄放二极管，该信号作为CNC的 急停信号，正常时继电器K1201吸合，需急停时断开。 参见图8，人机接口电路。第三电平转换电路由芯片IC401、 IC402、 IC403、接口 J401和电阻R402-R404组成，芯片IC401的5、12、11、9脚分别与芯片IC301的31、32、27、 28脚连接，芯片IC401的6、10、8脚分别与芯片IC402的3、5、 13脚连接，芯片IC401的13 脚与芯片IC403的4脚连接，芯片IC402的4脚与电阻R402的一端和接口 J401的2脚连 接，芯片IC403的3脚接接口 J401的3脚，芯片I C402的6脚与电阻R403的一端和接口 J401的4脚连接，芯片IC402的12脚与电阻R404的一端和接口 J401的5脚连接，电阻 R402、R403、R404的另一端和接口 J401的1脚接电源+5￥，接口 J401的6脚接地。显示电 路由芯片IC1301、IC1302、电阻R1301-R1307、R1310-R1317、三极管Q1301-Q1306、数码显示 管T1301-T1305、接口 J1301和发光二极管DS1301-DS1307组成，接口 J1301的1脚、电阻 R1307的一端接电源+5V，电阻R1307的另一端与发光二极管DS1307的阳极连接，发光二极 管DS1307的阴极接地。接口 J1301的2脚接芯片IC1301的14脚，接口 J1301的4脚与芯片 IC1301、IC1302的11脚和按键输入电路连接，接口 J1301的5脚与芯片IC1301、IC1302的 12脚和按键输入电路连接，接口 J1301的6脚接地，芯片IC1301、IC1302的10、16脚接电源+5V，芯片IC1301、 IC1302的8、 13脚接地，芯片IC1301的15、 1-7脚分别与电阻R1310-R1317 的一端连接，电阻R1310-R1317的另一端分别与数码显示管T1301-T1305的7、6、4、2、1、 9、10、5脚连接，电阻R1310-R1315的另一端分别与发光二极管DS1301-DS1306的阴极连 接，芯片IC1302的15、 1-5脚分别与电阻R1301-R1306的一端连接，电阻R1301-R1306 的另一端分别与三极管Q1301-Q1306的基极连接，三极管Q1301-Q1306的发射极接电源 +5乂，三极管91301-91305的集电极分别与数码显示管T1301-T1305的3、8脚连接，三极管 Q1306的集电极与发光二极管DS1301-DS1306的阳极连接。按键输入电路由芯片IC1303、 IC1307、 IC1308、电阻R1320-R1327、 R1330-R1337、电容C1320-C1327、 C1330-C1337和按键 K1320-K1327、K1330-K1337组成，芯片IC1303的1、3脚分别与接口 J1301的5、4脚连接，芯 片IC1302的2脚与芯片IC1307、 IC1308的1脚连接，芯片IC1303的4脚与芯片IC1307、 IC1308的2脚连接，芯片IC1307、 IC1308的16脚接电源+5V，芯片IC1307的10脚接芯片 IC1308的9脚，芯片IC1307的9脚接接口 J1301的3脚，芯片IC1307的11、 12、 13、 14、3、 4、5、6脚分别与电阻R1320-R1327、按键K1320-K1327和电容C1320-C1327的一端连接，芯 片IC1308的11、12、13、14、3、4、5、6脚分别与电阻R1330-R1337、按键K1330-K1337和电 容C1330-C1337的一端连接，电阻R1320-R1327、 R1330-R1337的另一端接电源+5V，芯片 IC1307、 IC1308的8、 15脚、芯片IC1308的10脚、按键K1320-K1327、 K1330-K1337的另一 端和电容C1320-C1327、C1330-C1337的另一端接地。 芯片IC301的同步串行通信(SPI)接口输出的信号，经过IC401C(74AC04)反向 后，再由集电极开路反向器的芯片IC402B(74AC05)输出，R402为上拉电阻，将3. 3V电平转 换为5V电平，然后通过接口 J401送到人机接口电路部分；人机接口部分的输出信号经芯 片IC403B(74LCX04)后，再经芯片IC401D (74AC04)，将5V电平转换为3. 3V电平送至芯片 IC301 ，经以上电路实现电平转换。 接口 J1401和J1301连接，IC1301和IC1302(74HC595)为串行信号接受器，根据芯 片IC301的SPI串行通信数据控制显示功能，T1301 T1305为数码显示管，用于显示数据 等，DS1301 DS1306为发光二极管，用于显示工作方式、异常等，R1301 R1306、R1310 R1317为限流电阻，电阻R1307与发光二极管DS1307组成电源指示。 芯片IC1307和IC1308(74HC165)为串行信号发送器，将按键信号通过芯IC301 的SPI串行通信口送至芯片IC301, R1320 R1327、 R1330 R1337为上拉电阻，K1320 K1327、 K1330 K1337为按键，C1320 C1327、 C1330 C1337为滤波电容；IC1303A、 IC1303B(74HC04)用于将芯片IC301的SPI 口输出的信号反向，使其与芯片IC1307、IC1308
相适应。 参见图9，平行极板变间隙电容原理图。当不考虑边缘效应，极板间介质为空气时， 其电容特性方程为C = 8. 84194*S/ S (PF) S-极板间相互覆盖的面积(m2) S-极板间的距离(m) 在如图所示的RC回路中，开关由稳态1切换为2时，暂态过程如下 u=i*R+Uc 同时由i-C^f"可推出 争[0047] 在电压U、 R和充电时间一定的条件下，电压Uc与电容大小成单调递减，对平行极 板变间隙电容，即电压Uc与极板间的距离S成单调递增关系。在本智能控制器中平行极 板变间隙电容即为电容振荡及处理电路中的检测电容C801。 采用图4所述的电容振荡及处理电路，选择合理的充电参数，DSP工作频率为 150MHz，电容充放电频率为50KHz，敏感检测元件将位置信号(极板间距)转换为电压信号， 然后通过DSP的ADC模块转化为12位数字量，再由DSP来进行查表得出当前极板间距(事 先离散好的电压与极板间距对应关系表)，根据该极板间距再预测出机床此时降速停止时 的终点位置，当该终点位置与目标位置相一致时通知机床停止运动；12位的ADC转换结果 为0 4095，去除非线性度较大的最高和最低电压区域，取中间约700 3400的转换结果 与极板间距变化1. 5mm相对应，即按lum为间距，保存1500个位置对应的AD转换值，该表 保存在EEPROM中；图4中电容C603为比较电容，因为电源电压等环境因素的变化会影响电 容的充电电压，通过检测其上的充电电压变化，来修正检测元件上的充电电压值，电容C603 上的充电电压与修正系数的关系表，同样保存在EEPROM电路中。 通过这种方法，可以将硬件电路降至最简，通过改变软件和电路参数即可适应新 的需求。由于采用离散查表法，即能获得较高的检测精度，又可解决单电容变间隙式敏感元 件的非线性较大问题，提高测量范围。 使用过程 a.标定方式仪器第一次使用前需标定，标定时由激光干涉仪检测工作台的位 移，该系统检测电容的充电电压Uc，通过RS-232与PC机通信，得到位移及与之对应的电压， 数据经处理后，作为离散数据表，再由RS-232 口传回该系统，并保存到EEPROM电路中，以备 以后使用。 b.静态工作方式加工需中断时，先将该系统置于工作台上适当的位置，进入方 式l，然后调节微调机构，当调节到合适的位置范围时，LED提示操作者，此时按下记忆键， 系统将当前位置保存到EEPROM电路中，此后系统即可断电。 c.动态工作方式加工需恢复时，系统进入方式2，刀片(电容动极)以一定的速 度向敏感检测元件靠近，系统实时计算刀片停止时的终点位置，当该位置与上次记忆的静 态较刀位置相同时，发出停止信号，机床收到该信号后即停止运动。机床完全停止运动后， 按静态方式测量对刀位置，同时显示对刀误差。至此，对刀过程结束，移去该系统即可继续 加工。 d.自学习方式由于动态对刀时由于惯性原因，机床不能立即停止，需有一降速 过程，此过程距离是多少是动态对刀时提前发出减速信号的关键。在该方式下，通过模拟 多次对刀过程，使机床减速，并由该装置进行检测，最后得出减速距离的平均值，保存于 EEPROM电路中，供以后使用。
权利要求一种对刀装置的智能控制器，其特征在于包括数字信号处理电路、电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPROM电路、输入/输出电路、人机接口电路和电源电路，数字信号处理电路与电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPROM电路、输入/输出电路和人机接口电路连接，电源电路为数字信号处理电路、电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPROM电路、输入/输出电路和人机接口电路提供电源。
2. 根据权利要求1所述的对刀装置的智能控制器，其特征在于所述的电源电路由输入 滤波电路、第一稳压电路、第二稳压电路和时序控制电路组成，输入滤波电路与第一稳压电 路连接，第一稳压电路与时序控制电路和第二稳压电路连接，时序控制电路接第二稳压电 路。
3. 根据权利要求1所述的对刀装置的智能控制器，其特征在于所述的数字信号处理电 路由数字信号处理芯片、时钟电路、上电延时电路、复位电路、仿真电路和模数转换参考电 压电路组成，数字信号处理芯片与时钟电路、复位电路、仿真电路、模数转换参考电压电路、 电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPR0M电路、输入/输出电路和人机接口电路 连接，上电延时电路接复位电路。
4. 根据权利要求1所述的对刀装置的智能控制器，其特征在于所述的电容振荡及处理 电路由脉宽调制信号控制电路、电容充放电路、电容充电电压放大电路和检测传感电路组 成，脉宽调制信号控制电路与电容充放电路和数字信号处理电路连接，电容充放电路与电 容充电电压放大电路和检测传感电路连接，电容充电电压放大电路与检测传感电路和数字 信号处理电路连接。
5. 根据权利要求1所述的对刀装置的智能控制器，其特征在于所述的EEPR0M电路由 EEPR0M控制电路和EEPR0M存储电路组成，EEPROM控制电路与数字信号处理电路和EEPR0M 存储电路连接。
6. 根据权利要求1所述的对刀装置的智能控制器，其特征在于所述的RS-232通信接口 电路由第一 电平转换电路和第二电平转换电路组成，第一 电平转换电路与数字信号处理电 路和第二电平转换电路连接，第二电平转换电路接PC机。
7. 根据权利要求1所述的对刀装置的智能控制器，其特征在于所述的输入/输出电路 由低电平输入电路、低电平输出电路、继电器输出电路和系统接口组成，低电平输入电路、 低电平输出电路和继电器输出电路与数字信号处理电路和系统接口连接，系统接口与计算 机数字控制系统连接。
8. 根据权利要求1所述的对刀装置的智能控制器，其特征在于所述的人机接口电路由 第三电平转换电路、显示电路和按键输入电路组成，第三电平转换电路与数字信号处理电 路、显示电路和按键输入电路连接，显示电路与按键输入电路连接。
专利摘要一种对刀装置的智能控制器，属于机床的控制器领域。包括数字信号处理电路、电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPROM电路、输入/输出电路、人机接口电路和电源电路，数字信号处理电路与电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPROM电路、输入/输出电路和人机接口电路连接，电源电路为数字信号处理电路、电容振荡及处理电路、RS-232通信接口电路、EEPROM电路、输入/输出电路和人机接口电路提供电源。优点对刀装置的智能控制器具有距离标定、静态对刀、动态对刀、自学习并在动态和静态方式下具有同样精度的功能。
文档编号G05B19/414GK201497899SQ20092023415
公开日2010年6月2日 申请日期2009年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者刘国芳, 卫美红, 赵卫华 申请人:常熟市中恒数控设备制造有限公司