CN101676053A

CN101676053A - Pcb钻孔机断刀检测方法及其装置

Info

Publication number: CN101676053A
Application number: CN200810157097A
Authority: CN
Inventors: 杨仁杰
Original assignee: Vega CNC Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Vega CNC Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-03-24

Abstract

本发明涉及PCB钻孔机断刀检测方法及其装置。包括单片机、信号接口模块以及由主轴外壳、气隙电容、主轴转子、刀具和被加工PCB板上的导体互联构成的外围信号传输回路。外围信号传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块互联组成断刀检测回路。检测时，由单片机输出周期性窄脉冲信号驱动高频变压器的初级，根据单片机输入管脚的波形变化判断是否断刀，若检测到断刀现象，则输出相应的信号给数控机床控制系统。本发明能始终确保检测信号的稳定，不受加工环境中粉尘和光线的变化所影响，避免无法预估的延时，提高了精度信号，在无需增加其他成本的情况下即可应用于PCB盲埋孔的加工。

Description

PCB钻孔机断刀检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种断刀检测方法及其装置，尤其涉及一种PCB钻孔机断刀检测方法及其装置，属于车削技术领域。

背景技术

目前数控PCB钻孔机在加工作业时，一旦发生刀具断裂或者刀具头部崩裂，则无法进行正常加工。因此，需要及时检测到断刀的情况，并由PCB钻孔机的控制系统及时发出警告信号或者自动换取下一刀具。如果无法正常检测出断刀的状态，则可能会引起漏孔等诸多问题，导致被加工PCB板报废。

当前常用的PCB钻孔机断刀检测方式有光纤对射式、粉尘检测以及接触式断刀检测等方式。具体来说，光纤对射式是由两根光纤及相应的处理电路完成，一根光纤连接处理电路的光信号发射端，另一根光纤则连接处理电路的光信号接收端，当刀具未断时，光信号被刀具阻挡。但是，当光纤对射式采用的两根光纤对射的头部被粉尘所阻挡时，则无法正常使用，因此需要经常维护，而且无法检测出刀具头部崩裂的情况。

对于粉尘检测来说，其是检测钻孔时加工主轴前端吸屑罩内的粉尘浓度来判断是否断刀，此方式的缺点是无法及时检测出断刀情况，有一定滞后，并且同样无法检测出刀具的崩裂。

传统的接触式断刀检测方式是采取模拟电路，由振荡电路产生一定频率的波形并通过主轴的外壳传递到刀具上与被加工PCB板上的铝片导体接地。在使用过程中，当刀具接触铝片，则信号接收端的波形发生变化。此信号经过滤波后进入比较器判断再输出相应信号。但是，由于主轴外壳需要输入信号，因此无法接到地上起保护作用，而且由于PCB钻孔加工过程是个动态的过程，检测信号始终无法稳定，即便是采取滤波的措施，则又会带来信号的延时问题。

因此，需要一种装置崭新的PCB钻孔机断刀检测方法和相应的装置来弥补上述技术的不足。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种PCB钻孔机断刀检测方法及其装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

PCB钻孔机断刀检测方法，其包括以下步骤--步骤①：由单片机输出周期性窄脉冲信号到三极管的基极，驱动高频变压器的初级；步骤②：变压器初级根据单片机输入管脚的波形变化，判断是否存在断刀现象；步骤③：单片机若检测到断刀现象，输出相应的信号给数控机床控制系统。

上述的PCB钻孔机断刀检测方法，其中：步骤②中所述的“判断”过程是，当单片机接收到的波形在第一波形和第二波形之间周期切换时，判断为“正常运行”，当单片机只能接收到第一波形时，判断为“发生断刀”。

PCB钻孔机断刀检测装置，涉及PCB钻孔机的主轴外壳、主轴转子、刀具，主轴转子位于主轴外壳内，主轴转子上设置有刀具，其特征在于包括：单片机，用于产生信号以及接收检测信号；信号接口模块，包含输出信号放大及输入信号整形电路；外围信号传输回路，包括主轴外壳、气隙电容、主轴转子、刀具以及被加工PCB板上的导体，互联构成；外围信号传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块互联组成断刀检测回路。

上述的PCB钻孔机断刀检测装置，其中：所述单片机的输出管脚连接有三极管的基极，输出周期性窄脉冲信号，通过三极管驱动高频变压器的初级。

进一步地，上述的PCB钻孔机断刀检测装置，其中：所述的高频变压器由磁环及其缠绕在磁环上的导线构成，其初级由连接信号接口模块的端口构成，其次级由连接主轴外壳以及地线的端口构成。

再进一步地，上述的PCB钻孔机断刀检测装置，其中：所述的气隙电容位于主轴外壳与主轴转子之间。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：采用本发明后，针对PCB钻孔加工的动态过程，能始终确保检测信号的稳定，避免检测信号的不稳定带来输出信号不稳定。同时，检测迅速，不受加工环境的粉尘、光线的变化所影响。再者，由于本发明输出信号无需采取滤波措施，因此免去了无法预估的延时，提高了精度信号，在无需增加其他成本的情况下即可应用于PCB盲埋孔的加工。

附图说明

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。这些附图当中，

图1是本发明实施构造示意图；

图2是单片机及其周边电路、信号接口模块的示意图；

图3是单片机工作过程中所输出和接收的波形示意图；

图4是单片机输入控制系统内的波形示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1 单片机及其周边电路 2 信号接口模块

3 外围信号传输回路 31 高频变压器

32 主轴外壳 33 气隙电容

34 主轴转子 35 刀具

36 铝片 4 控制系统

5 单片机输出波形 6 第一波形

7 第二波形

具体实施方式

本发明涉及PCB钻孔机断刀检测技术，其检测装置如图1、图2所示，涉及PCB钻孔机的主轴外壳32、主轴转子34、刀具35，主轴转子34位于主轴外壳32内，主轴转子34上设置有刀具35，其特别之处在于包括：单片机及其周边电路1，用于产生信号以及接收检测信号。在此期间，若检测到正确信号，则输出相应的信号指示给数控机床控制系统4。进一步来看，单片机的输出管脚连接有三极管的基极，且单片机的输出管脚周期性窄脉冲信号，通过三极管驱动高频变压器31的初级，以此来产生信号。

信号接口模块2，包含输出信号放大及输入信号整形电路。外围信号传输回路3，其通过主轴外壳32、气隙电容33、主轴转子34、刀具35以及被加PCB板上的导体，相互连接构成。具体来说：所述的主轴外壳32与主轴转子34之间构成气隙电容33。并且，结合现有的PCB加工技术来说，所述的导体为铝片36。

同时，外围信号传输回路3上连接有高频变压器31，与单片机、信号接口模块2互联组成断刀检测回路。所述的高频变压器31由磁环及其缠绕在磁环上的导线构成，其初级由连接信号接口模块2的端口构成，其次级由连接主轴外壳32以及地线的端口构成。在工作期间，高频变压器31通过输入信号整形电路，转化为数字信号，输入单片机的输入管脚，令单片机完成信号检测。

在上述过程中，所产生的信号有可能会发生变化，其是由主轴外壳32与主轴转子34在工作时构成的气隙电容33、刀具35、被加工PCB板上的导体构成的回路阻抗变化所形成的。

本发明的工作情况大致如下：首先，由单片机的输出管脚输出周期性窄脉冲信号到三极管的基极，驱动在高频变压器31的初级。同时，高频变压器31次级连接外围信号传输回路3。根据变压器初级检测加工过程中，输入到单片机输入管脚波形的变化，来判断是否存在断刀现象。最后由单片机输出相应的信号给数控机床控制系统4。

再进一步结合图2来说：单片机U9上电复位以后，由其第13脚输出周期性的窄脉冲信号，通过电阻R7和电容C4组成的网络连接到三极管Q1的基极。三极管Q1的集电极输出放大后的信号，通过电阻R6连接到高频变压器31的初级。根据变压器的原理，高频变压器31的次级感应相应的周期信号。

当PCB钻孔机工作时，PCB钻孔机主轴夹持刀具35进行往复运动，因此刀具35会不时地接触被加工PCB板上覆盖的铝片36。此时，由主轴外壳32、主轴外壳32与主轴转子34之间的气隙电容33、主轴转子34、刀具35以及被加工PCB板上覆盖的铝片36所构成的高频变压器31的次级回路阻抗也相应的发生变化。

具体来说，高频变压器31的次级回路阻抗发生变化时，连接到高频变压器31初级的电阻R2一端的信号波形也发生相应变化。此信号通过电阻R2、电阻R1分压后输入到高速比较器U2，高速比较器U2输入的另一端连接到电阻R3、精密可调电位器R4、电容C3构成的电压基准。同时，高速比较器U2的输出端通过数字门电路U10后输入单片机U9的第12脚，由单片机U9对此信号进行分析。换句话说，单片机U9根据输入信号的不同状态，从其第11脚输出相应的信号给数控机床控制系统4。

当PCB钻孔机工作正常时，单片机U9输出给数控机床控制系统4的信号状态对应于刀具35是否接触被加工PCB板上覆盖的铝片36。当刀具35断裂时，刀具35无法接触到铝片36，导致了单片机U9输出给数控机床控制系统4的信号状态无法发生变化，由此数控机床控制系统4可以得出刀具35已经断裂，从而实现断刀的检测。

具体结合图3来说，单片机输出波形5如图所示，频率为80KHz。在PCB加工过程中，当刀具没有接触被加工PCB上的导体时，单片机接收到的是第一波形6，而当刀具接触到被加工PCB上的导体时，单片机接收到的是第二波形7。第一波形6和第二波形7的下降沿相对于单片机输出波形5上升沿的延时分别为第一延时t1和第二延时t2，并且第二延时t2大于第一延时t1。正常加工PCB时，刀具会不停地接触被加工PCB上的导体，因此单片机接收到的波形在第一波形6和第二波形7之间周期切换，单片机计算接收波形下降沿相对于输出波形上升沿的延时，根据延时的不同，单片机输出如图4所示的波形。

当发生断刀时，刀具无法接触被加工PCB上的导体，单片机接收到的波形只是第一波形6，因此单片机输出只是低电平，控制系统因此可以得出发生断刀的情况。

结合上述文字描述及附图可以看出，采用本发明后，针对PCB钻孔加工的动态过程，能始终确保检测信号的稳定，避免检测信号的不稳定带来输出信号不稳定。同时，检测迅速，不受加工环境的粉尘、光线的变化所影响。再者，由于本发明输出信号无需采取滤波措施，因此免去了无法预估的延时，提高了精度信号，在无需增加其他成本的情况下即可应用于PCB盲埋孔的加工。由此可见，本发明在车削技术领域中有着很好的应用前景。

Claims

1、PCB钻孔机断刀检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤①：由单片机输出周期性窄脉冲信号到三极管的基极，驱动高频变压器的初级；

步骤②：变压器初级根据单片机输入管脚的波形变化，判断是否存在断刀现象；

步骤③：单片机若检测到断刀现象，输出相应的信号给数控机床控制系统。

2、根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测方法，其特征在于：步骤②中所述的“判断”过程是，当单片机接收到的波形在第一波形和第二波形之间周期切换时，判断为“正常运行”，当单片机只能接收到第一波形时，判断为“发生断刀”。

3、PCB钻孔机断刀检测装置，涉及PCB钻孔机的主轴外壳、主轴转子、刀具，主轴转子位于主轴外壳内，主轴转子上设置有刀具，其特征在于包括：单片机，用于产生信号以及接收检测信号；信号接口模块，包含输出信号放大及输入信号整形电路；外围信号传输回路，包括主轴外壳、气隙电容、主轴转子、刀具以及被加工PCB板上的导体，互联构成；外围信号传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块互联组成断刀检测回路。

4、根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测装置，其特征在于：所述单片机的输出管脚连接有三极管的基极，输出周期性窄脉冲信号，通过三极管驱动高频变压器的初级。

5、根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测装置，其特征在于：所述的高频变压器由磁环及其缠绕在磁环上的导线构成，其初级由连接信号接口模块的端口构成，其次级由连接主轴外壳以及地线的端口构成。

6、根据权利要求1所述的PCB钻孔机断刀检测装置，其特征在于：所述的气隙电容位于主轴外壳与主轴转子之间。