CN104635623A - 主轴转速监控装置及主轴转速监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主轴转速监控装置及主轴转速监控方法，所述主轴转速监控装置包括单片机，所述单片机包括转速信号采集模块、内部计时器模块、信号处理模块、滑差量选择信号输入模块及滑差报警信号输出模块，所述转速信号采集模块采集转速信号，所述内部计时器模块对单位时间内采集到的信号数据进行存储，并送入信号处理模块，若滑差超出设定值则触发滑差报警信号输出模块。本发明的主轴转速监控装置及主轴转速监控方法可以自动持续监控主轴的运行状况，保证主轴稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及板材加工领域，尤其涉及对加工板材设备进行主轴转速监控的装置及监控方法。
背景技术
当前的PCB铣边机行业中，通常采用变频器直接驱动主轴旋转的开环控制方式，原因有两方面：一是考虑到大部分铣边机的主轴转速较低，使用的是滚珠轴承，转速在六万转到八万转之间，不提供转速反馈信号，使用提供转速反馈信号的主轴时也不对其做处理。二是在PCB铣边机行业中，一个机台采用一台变频器同时驱动多个主轴，而一台变频器只能接受一路速度反馈信号，无法同时反馈多个主轴的实际转速而形成闭环控制。
在PCB铣边机行业中，主轴大多采用开环控制方式，这样虽然简化了设计，方便了操作，但在主轴出现问题时无法及时发现，转速滑差过大时也不易察觉，只有等到主轴发出异响，锣板时主轴卡死等现象发生，才知道主轴已经严重受损，极大地损伤了主轴，同时也造成该趟生产板报废，处理不当还会损坏机台。
PCB铣边机在锣板工作中产生的噪音很大，主轴工作异常会产生异响，操作员也不易发现，异响声会被车间的噪音覆盖，主轴转速小于实际锣板的设定转速时，会加重工作台锣板行程方向控制系统的负担，工艺上造成生产板的精度偏差，导致生产板报废。
操作员操作不当时，比如锣板的程式在打销钉孔的模式下运行，锣刀下刀的深度过深，穿过加工板后钻入了工作台上的垫木板，然后开始锣板。主轴只能以较慢的速度在垫木板上钻销钉孔，无法承受在垫木板上锣的阻力，因为没有转速反馈，所以等到操作员发现时，主轴的夹头已经严重损毁卡死，生产板报废。
造成主轴损伤的原因多种多样，但是如果机台可以及时检测出这些异常，产生报警，以提醒操作员主轴运转异常，则可以避免绝大部分的损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主轴转速监控装置，该主轴转速监控装置可以自动监控主轴的转速，在发生异常时发出报警。
为实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案: 一种主轴转速监控装置，其包括单片机，所述单片机包括转速信号采集模块、内部计时器模块、信号处理模块、滑差量选择信号输入模块及滑差报警信号输出模块，所述转速信号采集模块采集转速信号，所述内部计时器模块对单位时间内采集到的信号数据进行存储，并送入信号处理模块，若滑差超出设定值则触发滑差报警信号输出模块。
作为本发明的进一步改进，所述主轴转速监控装置进一步包括数码管、数码管扫描显示模块及显示选择模块，所述内部计时器模块将单位时间内采集到的信号数据送入数码管扫描显示模块，根据显示选择模块在数码管上显示监控轴的转速。
作为本发明的进一步改进，所述主轴转速监控装置进一步包括主轴选择信号输入模块及变频器信号输入模块，所述信号处理模块分别对主轴选择信号输入模块、变频器信号输入模块及滑差量选择信号输入模块的信号数据进行对比分析，判断是否会触发滑差报警信号输出模块。
本发明的目的还在于提供一种主轴转速监控方法，该主轴转速监控方法可以自动监控主轴的转速，在发生异常时发出报警。
为实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案：一种主轴转速监控方法，用以监控主轴的转速，所述主轴转速监控方法包括以下步骤：
步骤一，判断主轴是否开始旋转，若开始旋转，则进入步骤二；
步骤二，判断主轴速度是否到达，若主轴速度已经到达，则进入步骤三；
步骤三，判断滑差是否小于第一设定值，若小于第一设定值，则主轴运转正常，回到步骤一开始循环。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中，若主轴未旋转，则初始化报警状态并准备监控主轴是否旋转。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二中，若主轴速度未到达而处于加减速阶段，则判断滑差是否小于第二设定值，若小于，则主轴运转正常，回到步骤一开始循环。
作为本发明的进一步改进，若判断滑差大于或等于第二设定值，则输出报警信号，主轴立刻停转到零转速，并回到步骤一。
作为本发明的进一步改进，所述第一设定值小于第二设定值。
作为本发明的进一步改进，所述第一设定值为8%或12%，所述第二设定值为14%。
作为本发明的进一步改进，所述步骤三中，若滑差大于或等于第一设定值，则输出报警信号，主轴立刻停转到零转速，并回到步骤一。
相较于现有技术，本发明的主轴转速监控装置及主轴转速监控方法可以自动持续监控主轴的运行状况，不仅节省了人力资源、保证了主轴稳定运行，同时能够及时发现主轴异常，减少人为故障机率，从而提高了机器的自动化程度、延长了主轴的寿命，还节省了耗材成本。
附图说明
图1是本发明主轴转速监控装置的结构框图。
图2是本发明主轴转速监控方法的步骤图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的主轴转速监控装置100包括单片机10、数码管20。所述单片机10包括转速信号采集模块11、内部计时器模块12、信号处理模块13、滑差量选择信号输入模块14及滑差报警信号输出模块15。
所述转速信号采集模块11用以采集主轴的转速信号以及变频器监视脉冲信号，所述内部计时器模块12用以对单位时间内采集到的信号数据进行存储，并送入信号处理模块13进行处理，若滑差超出设定值则触发滑差报警信号输出模块15。所述信号处理模块13在单位时间内比较变频器监视脉冲信号和选中主轴转速信号是否在滑差允许的范围之内。
所述单片机10进一步包括数码管扫描显示模块16和显示选择模块17，所述内部计时模块12将单位时间内采集到的信号数据送入数码管扫描显示模块16，根据显示选择模块17在数码管20上显示监控轴的转速。所述显示选择模块17通过IO输入判断显示一路转速。
所述主轴转速监控装置100还进一步包括主轴选择信号输入模块18及变频器信号输入模块19，所述信号处理模块13分别对主轴选择信号输入模块18、变频器信号输入模块19及滑差量选择信号输入模块14的信号数据进行对比分析，并判断是否会触发滑差报警信号输出模块15。
所述单片机10通过端口中断采集变频器输出的频率监控信号（定义为：FCSIG），该信号为驱动主轴的实际频率，并作为转速监控的参考频率。单片机10定义六路输入，接设备控制系统（机床上位机的控制系统）的主轴选择信号（定义为：SRIN1~6），系统只监控工作中的主轴转速。单片机10通过端口中断采集六路主轴转速信号（定义为：SPSIG1~6），并通过内部计时器模块12精确计时，读取单位时间内各信号采集端口捕获到的脉冲个数，计算转速。
单片机10定义两路输入分别接变频器输出的转速到达（定义为：SS）和转速零（定义为：SSNO）信号。单片机10定义八路输入，通过拨码开关选择数码管20（定义为：A，B，C，D，E，F，G，DP，SEG1，SEG2，SEG3，SEG4，SEG5）显示监控的转速，选择显示主轴实际转速的输入（1~6号开关，定义为：DIS1~6），选择显示变频器实际输出频率的输入（7号开关，定义为：DISFC），选择滑差的输入（8号开关，定义为：SLIP）。在主轴处于匀速阶段时，滑差为8%或12%可选，而在主轴处于加减速阶段时，滑差为14%。
主轴起转后主轴转速监控装置100开始工作，在转速到达信号还没到达且零转速信号未触发的阶段，识别为主轴加减速阶段，转速信号采集模块11采集单位时间内变频器的输出脉冲个数，并与工作主轴实际转速的输出脉冲个数进行比较，然后再根据滑差的输入设定，判断主轴实际转速是否超出加减速阶段滑差的允许范围。
本实施方式中，主轴加减速使用直线加速方式驱动。若加速阶段主轴转速小于变频器转速，减速阶段主轴转速大于变频器转速，但都在滑差的允许范围内，则说明主轴运转正常。如果该阶段主轴实际转速超出滑差的最大允许范围，此时主轴转速监控装置100会及时输出报警给设备控制系统，提示主轴滑差过大而存在异常，同时主轴会立刻停转到零转速。
主轴转速到达后变频器输出转速到达信号给单片机10，并开始比较加工过程中主轴实际转速是否超出转速到达阶段滑差的允许范围。如果该阶段主轴实际转速超出滑差的最大允许范围，此时主轴转速监控装置100会及时输出报警给设备控制系统，提示主轴滑差过大而存在异常。
输出报警信号（定义为：SLIPALR）给设备控制系统后，机台停止工作，主轴减速到零转速，同时变频器输出零转速信号给单片机10，单片机10检测到零转速信号后复位报警输出，复位监控状态，等待下次监控。若无报警则正常循环监控。
信号处理部分使用AVR单片机实现，使用芯片型号ATMEGA128，定义多个输出输入口，定义如下：
OUT1：SLIPALR（滑差报警）
OUT2：A（数码管段选A）
OUT3：B（数码管段选B）
OUT4：C（数码管段选C）
OUT5：D（数码管段选D）
OUT6：E（数码管段选E）
OUT7：F（数码管段选F）
OUT8：G（数码管段选G）
OUT9：DP（数码管段选DP）
OUT10：SEG1（数码管位选1）
OUT11：SEG2（数码管位选2）
OUT12：SEG3（数码管位选3）
OUT13：SEG4（数码管位选4）
OUT14：SEG5（数码管位选5）
IN1：SRIN1（主轴选通输入1）
IN2：SRIN2（主轴选通输入2）
IN3：SRIN3（主轴选通输入3）
IN4：SRIN4（主轴选通输入4）
IN5：SRIN5（主轴选通输入5）
IN6：SRIN1（主轴选通输入6）
IN7：SPSIG1（1号主轴转速信号输入）
IN8：SPSIG2（2号主轴转速信号输入）
IN9：SPSIG3（3号主轴转速信号输入）
IN10：SPSIG4（4号主轴转速信号输入）
IN11：SPSIG5（5号主轴转速信号输入）
IN12：SPSIG6（6号主轴转速信号输入）
IN13：FCSIG（变频器转速信号输入）
IN14：SLIP（滑差量选择输入）
IN15：SS（主轴转速到达信号输入）
IN16：SSNO（主轴零转速信号输入）
IN17：DIS1（显示1号主轴实时转速）
IN18：DIS2（显示2号主轴实时转速）
IN19：DIS3（显示3号主轴实时转速）
IN20：DIS4（显示4号主轴实时转速）
IN21：DIS5（显示5号主轴实时转速）
IN22：DIS6（显示6号主轴实时转速）
IN23：DIS7（显示变频器实时输出频率）
如图2所示，所述主轴转速监控方法主要包括以下步骤：
步骤一，判断主轴是否开始旋转，若开始旋转，则进入步骤二；
步骤二，判断主轴速度是否到达，若主轴速度已经到达，则进入步骤三；
步骤三，判断滑差是否小于第一设定值，若小于第一设定值，则主轴运转正常，回到步骤一开始循环。
所述步骤一中，若主轴未旋转，则初始化报警状态并准备监控主轴是否旋转。
所述步骤二中，若主轴速度未到达而处于加减速阶段，则判断滑差是否小于第二设定值，若小于，则主轴运转正常，回到步骤一开始循环；若滑差大于或等于第二设定值，则输出报警信号，主轴立刻停转到零转速，并回到步骤一。
所述步骤三中，若滑差大于或等于第一设定值，则输出报警信号，主轴立刻停转到零转速，并回到步骤一。
所述第一设定值小于第二设定值，且本实施方式中，所述第一设定值为8%或12%，所述第二设定值为14%。
所述主轴转速监控装置100使用单片机软件与硬件结合，一方面，单位时间内比较各路转速输入的脉冲个数，通过对比滑差量实现主轴的监控，接受变频器转速到达和零转速信号，选择性发出报警信号给上位设备控制系统关停主轴；另一方面，智能判断主轴加减速，主轴转速到达，主轴零转速这三种状态下的滑差监控范围和报警处理的方法，进而可选择显示各路实时转速。
相较于现有技术，本发明的主轴转速监控装置100及主轴转速监控方法通过对变频器输出频率和主轴实际转速进行实时比较、持续监控，不仅可以自动实时监控，保证了主轴稳定运行，同时能够及时发现主轴异常，减少人为故障机率、从而提高了PCB铣边机的自动化程度、节省了人力资源、延长了主轴的寿命，还节省了耗材成本。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种主轴转速监控装置，其特征在于：包括单片机，所述单片机包括转速信号采集模块、内部计时器模块、信号处理模块、滑差量选择信号输入模块及滑差报警信号输出模块，所述转速信号采集模块采集转速信号，所述内部计时器模块对单位时间内采集到的信号数据进行存储，并送入信号处理模块，若滑差超出设定值则触发滑差报警信号输出模块。
2.如权利要求1所述的主轴转速监控装置，其特征在于：所述主轴转速监控装置进一步包括数码管、数码管扫描显示模块及显示选择模块，所述内部计时器模块将单位时间内采集到的信号数据送入数码管扫描显示模块，根据显示选择模块在数码管上显示监控轴的转速。
3.如权利要求1所述的主轴转速监控装置，其特征在于：所述主轴转速监控装置进一步包括主轴选择信号输入模块及变频器信号输入模块，所述信号处理模块分别对主轴选择信号输入模块、变频器信号输入模块及滑差量选择信号输入模块的信号数据进行对比分析，判断是否会触发滑差报警信号输出模块。
4.一种主轴转速监控方法，用以监控主轴的转速，其特征在于：所述主轴转速监控方法包括以下步骤：
步骤一，判断主轴是否开始旋转，若开始旋转，则进入步骤二；
步骤二，判断主轴速度是否到达，若主轴速度已经到达，则进入步骤三；
步骤三，判断滑差是否小于第一设定值，若小于第一设定值，则主轴运转正常，回到步骤一开始循环。
5.如权利要求4所述的主轴转速监控方法，其特征在于：所述步骤一中，若主轴未旋转，则初始化报警状态并准备监控主轴是否旋转。
6.如权利要求4所述的主轴转速监控方法，其特征在于：所述步骤二中，若主轴速度未到达而处于加减速阶段，则判断滑差是否小于第二设定值，若小于，则主轴运转正常，回到步骤一开始循环。
7.如权利要求6所述的主轴转速监控方法，其特征在于：若判断滑差大于或等于第二设定值，则输出报警信号，主轴立刻停转到零转速，并回到步骤一。
8.如权利要求7所述的主轴转速监控方法，其特征在于：所述第一设定值小于第二设定值。
9.如权利要求8所述的主轴转速监控方法，其特征在于：所述第一设定值为8%或12%，所述第二设定值为14%。
10.如权利要求4所述的主轴转速监控方法，其特征在于：所述步骤三中，若滑差大于或等于第一设定值，则输出报警信号，主轴立刻停转到零转速，并回到步骤一。
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