CN105290974A - 多参数高稳定性抛光液循环控制系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于抛光设备领域，公开了一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，包括支架底座，以及安装在支架底座上的蠕动泵、综合容器罐、离心泵、加水泵、流量计、粘度计、热敏电阻、超声波液位计、液体罐、磁场发生器、工控机、开盖机构、输出管路和回收管路；所述流量计、粘度计、热敏感电阻，依次设置在离心泵的输出端口；所述超声波液位计安装在罐盖上；所述流量计、粘度计、热敏电阻、超声波液位计的检测信号输出至工控机，所述工控机输出控制信号对蠕动泵、离心泵、加水泵和磁场发生器进行控制。本发明还公开了一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统的工作方法。本发明能对多种工艺参数同时进行稳定控制；综合容器罐易拆卸，便于系统清洗。

Description

多参数高稳定性抛光液循环控制系统及工作方法

技术领域

本发明属于抛光设备领域，尤其涉及到一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统及工作方法。

背景技术

材料去除效率的稳定是实现光学加工确定性修形的基础，作为抛光工具的抛光液性能是否稳定，直接影响去除效率的稳定。为此，需要建立一套抛光液循环控制系统来为加工机床提供性能稳定的抛光液。液体的流量、粘度、温度、成分会对材料去除过程产生显著影响，因此上述物理量都需要在抛光液循环控制系统中得到控制。

申请号为2011205703382的发明公开了一种在公自转抛光中实现回转供液与回收的装置，该装置利用多条抽液通道及凹槽实现液体的回收，适用于公自转抛光方式，但其仅关注于实现液体的循环更新，而没有对流量、粘度、温度等参数进行精细控制。

从上述公开的文献可知，现有的抛光液循环装置无法对各影响因素进行全面的控制。为解决上述问题，需要设计一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，它可以有效控制抛光过程中抛光液各工艺参数的稳定性。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，包括支架底座16，以及安装在支架底座上的蠕动泵1、综合容器罐2、离心泵3、加水泵4、流量计6、粘度计7、热敏电阻8、超声波液位计9、液体罐10、磁场发生器11、工控机12、开盖机构13、输出管路和回收管路；

所述蠕动泵1分别与综合容器罐2、回收管路的回收端连接，用于回收抛光液；所述离心泵3与综合容器罐2连接，用于泵出综合容器罐内液体；所述加水泵4分别与综合容器罐2和液体罐10连接；所述磁场发生器11，在使用磁流变抛光液时在加工区域产生磁场，控制液体的流变；所述流量计、粘度计、热敏感电阻，依次设置在离心泵的输出端口；所述超声波液位计安装在罐盖上，一端伸入综合容器罐内；所述流量计、粘度计、热敏电阻、超声波液位计的检测信号输出至工控机，所述工控机输出控制信号对蠕动泵、离心泵、加水泵和磁场发生器进行控制；所述开盖机构13由罐盖17、驱动气缸27和罐盖连接件18组成，罐盖与综合容器罐对应设置，所述驱动气缸与罐盖相连，用于控制罐盖的打开与闭合。

进一步地，所述综合容器罐2分为外罐体23、内罐体24；在内罐体与外罐体之间缠绕有冷却管路。

进一步地，还包括一个拉线器14，所述拉线器连接输出管路与回收管路，用于复位管道线路。

进一步地，还包括一个插接板15，安装在支架底座上。

进一步地，还包括一个水冷机5，所述水冷机通过冷却管路连接综合容器罐，构成一个循环冷却回路。

进一步地，所述内罐体为圆锥形。

本发明还提供了一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，打开驱动气缸使罐盖抬升，向综合容器罐内倒入抛光液，关闭驱动气缸使罐盖闭合；

步骤二：启动蠕动泵，离心泵，水冷机，系统开始循环；

步骤三：操作工控机选择控制方式；

步骤四：人工判断是否开启磁场、抛光轮；若开始加工，则开启抛光轮，若使用磁流变液，则开启磁场；

步骤五：加工过程中，将控制系统置于加工模式，打开流量闭环、粘度闭环，系统通过对抛光液流量、粘度、温度、磁场强度进行稳定控制，满足加工的稳定性要求；

步骤六：加工结束后，若不进行清洗，则使循环系统中抛光液保持循环；若清洗，则停止循环系统运转，拆下管路，打开驱动气缸使罐盖抬升，拧松滚花螺钉卸下综合容器罐，对管路、综合容器罐进行清洗。

进一步地，所述步骤三中控制方式包括流量控制、粘度控制、温度控制、磁场控制、液位监测和报警处理。

为了充分理解本发明内容，先将涉及到的原理和循环过程作进一步说明。

蠕动泵用于抛光液的回收，综合容器罐是抛光液的中转站，综合容器罐内外壁之间缠绕有冷却管路，所述冷却管路中通有冷却水；所述离心泵将综合容器罐内液体泵出。所述加水泵用于往抛光液中添加定量的基载液以控制粘度。所述水冷机向所述冷却管路循环供给冷却水。

在本发明的循环控制系统中，存在以下几个监测电路：流量控制回路、粘度控制回路、温度控制回路、磁场控制电路、液位监测电路。流量控制回路，流量计探测管路中抛光液流量，所述流量计输出表征流量的电流信号至A/D卡，所述A/D卡将电流信号转换为数字信号传给上位机，所述上位机输出控制离心泵转速的数字信号给D/A卡，所述D/A卡将转换得到的模拟信号输出给电机驱动器，所述电机驱动器控制离心泵转速。粘度控制回路，粘度计探测管路中抛光液粘度，所述粘度计输出表征粘度的电流信号经A/D转换传给上位机，所述上位机判断是否开启加水泵并输出控制信号至PLC卡，所述PLC卡根据控制信号开启或关闭加水泵开关。温度控制回路，上位机判断是否处于加工状态，若是则控制PLC卡开启水冷机，反之则关闭；在机床的抛光工具上安装有热敏电阻，所述热敏电阻产生的温度信号经A/D卡传给上位机以供显示。磁场控制电路，操作员判断是否开启磁场，上位机通过PLC卡控制磁场发生器的启停。所述液位监测电路，所述罐盖上安装有超声波液位计，所述液位计产生的液位信号经A/D卡传给上位机以供显示。

所述人机界面控制模块包括工控机、流量控制模块、粘度控制模块、磁场控制模块、液位检测模块和报警处理模块，对工控机的触摸屏进行操作，可实现流量控制、粘度控制、温度控制、磁场控制、液位监测和报警处理。所述流量控制模块，在人机界面中输入标定流量值作为流量控制的目标值，瞬时流量值为通过所述流量计检测得到的当前流量大小，取三次瞬时流量值平均值为平均流量值，人机界面控制程序以标定流量值和平均流量值为依据，计算出所述离心泵的期望转速以控制流量大小。所述粘度控制模块，在人机界面中输入标定粘度值作为粘度控制的目标值，瞬时粘度值为通过所述粘度计检测得到的当前粘度大小，取三次瞬时粘度值平均值为平均粘度值，液体粘度会随水分的蒸发逐渐上升，当平均粘度值高于标定粘度值时，人机界面控制程序命令所述加水泵打开，注入基载液使平均粘度值下降至等于标定粘度值。所述温度控制模块，由所述水冷机向所述冷却管路循环供水以保证恒温，人机界面控制程序接收所述热敏电阻的温度信号并显示温度值。所述磁场控制，在人机界面上根据需要控制磁场启停。所述液位监测，人机界面控制程序接收所述超声波液位计的液位信号并显示液位值。所述报警处理模块，人机界面控制程序接收来自执行层，如电机驱动器，的报警信号，并根据报警类型进行相应处理，避免发生重大人员、财产损失。

本发明具有的优点在于：本发明能够对多种工艺参数，流量、粘度、温度、磁场强度，同时进行稳定控制，为机床性能提供保障；本发明具有报警处理机制，能够有效避免重大人员、财产损失。本发明操作人性化，利用气缸开关罐盖，无需人力操作；流量、粘度、温度、液位信息在人机界面上显示，方便操作员了解系统运行情况；综合容器罐易于拆卸，为系统清洗带来便利。

附图说明

图1本发明系统结构整体图；

图2是开盖机构图,图2中(a)图表示结合状态,(b)图表示打开状态；

图3是罐盖连接件图，图3中(a)图表示分开状态,(b)图表示结合状态；

图4是综合容器罐剖面图；

图5是本发明系统整体运行示意图；

图6是人机界面控制图；

图7是监测曲线图；

图8是本发明系统工作方法流程图；

图中各标号表示：

1、蠕动泵2、综合容器罐

3、离心泵4、加水泵

5、水冷机6、流量计

7、粘度计8、热敏电阻

9、超声波液位计10、液体罐

11、磁场发生器12、工控机

13、开盖机构14、拉线器

15、插接板16、支架底座

17、罐盖18、罐盖连接件

19、回收管接头20、加水管接头

21、通气管接头22、滚花螺钉

23、外罐体24、内罐体

25、冷却水入口管接头26、冷却水出口管接头

27、驱动气缸28、冷却管路

29、气缸连接件30、气缸提手

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明系统结构整体图；一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，包括支架底座16，在实施例中支架底座采用铝合金材料制作成方形状，以及安装在支架底座上的蠕动泵1、综合容器罐2、离心泵3、加水泵4、流量计6、粘度计7、热敏电阻8、超声波液位计9、液体罐10、磁场发生器11、工控机12、开盖机构13、输出管路和回收管路；

所述蠕动泵1分别与综合容器罐2、回收管路的回收端连接，用于回收抛光液；所述离心泵3与综合容器罐2连接，用于泵出综合容器罐内液体；所述加水泵4分别与综合容器罐2和液体罐10连接；所述磁场发生器，在使用磁流变抛光液时在加工区域产生磁场，控制液体的流变；所述流量计、粘度计、热敏感电阻，依次设置在离心泵的输出端口；所述超声波液位计安装在罐盖上，一端伸入综合容器罐内；所述流量计、粘度计、热敏电阻、超声波液位计的检测信号输出至工控机，所述工控机输出控制信号对蠕动泵、离心泵、加水泵和磁场发生器进行控制；

如图2所示，为开盖机构结构图；所述开盖机构13由罐盖17、驱动气缸27和罐盖连接件18组成，罐盖与综合容器罐对应设置，所述驱动气缸与罐盖相连，用于控制罐盖的打开与闭合。回收管接头19是抛光液经进入综合容器罐2的通道，加水接头20是基载液进入综合容器罐2的通道，通气管接头21的作用是平衡综合容器罐2内气压；驱动气缸27通过罐盖连接件18带动罐盖17运动；滚花螺钉22用以夹紧综合容器罐2。图2中(a)图表示结合状态,(b)图表示打开状态。

如图3所示为罐盖连接件图，罐盖连接件18分为气缸连接件29和气缸提手30，气缸连接件呈凸形状，气缸提手具有凹槽，两者相互吻合配套；由于卡槽的限位，气缸连接件29和气缸提手30之间只存在一个方向的自由度，该自由度用来调节两者间相对位置，确保罐盖7位于综合容器罐2的正上方位置。图3中(a)图表示分开状态,(b)图表示结合状态；

如图4所示，综合容器罐2分为外罐体23和内罐体24。在内罐体24上缠绕冷却管路28，冷却管路入口为冷却水入口管接头25，出口为冷却水出口管接头26；内罐体24呈圆锥形，确保抛光液从下方出口流出而不会残留于内罐体24内，同时圆锥形有利于形成漩涡，使抛光液得到充分搅拌。

如图5所示，本发明系统整体运行示意图。蠕动泵1用于抛光液的回收；综合容器罐2是抛光液的中转站，综合容器罐2内外壁之间缠绕有冷却管路，水冷机5向冷却管路循环供水；离心泵3将综合容器罐2内液体泵出；加水泵4启动时将液体罐10中所乘基载液泵入综合容器罐2；循环系统输出与回收管路均经过拉线器14；驱动气缸27从综合容器罐2后部开关罐盖17。插接板15为电路连线提供插接孔位；在传感器信号上，流量计6检测离心泵3出口流量，粘度计7检测离心泵3出口粘度；热敏电阻8安装于循环系统出口端以检测加工区域附近温度，超声波液位计9检测综合容器罐2内液位，流量计6、粘度计7、热敏电阻8和超声波液位计9的信号经A/D转换最终输入到工控机12。在控制信号上，工控机12上搭载的人机界面控制程序计算出控制策略，离心泵速度控制信号经D/A转换传输给离心泵3，开关信号通过PLC卡实现蠕动泵的速度切换与加水泵4、磁场发生器11的启停控制。

在人机界面控制程序在界面上显示流量、粘度、温度、液位和转速值，可通过触屏按键对各终端进行控制，选择打开或者关闭；点击“监测曲线”弹出图6所示窗口，观察流量与粘度值的曲线图。“流量闭环”按下时，“离心泵调速”将被屏蔽，程序以“标定流量值”为对离心泵转速进行自动控制。“粘度闭环”按下时，“加水泵启停”将被屏蔽，程序以“标定流量值”为目标对加水泵进行自动控制。报警对话框将接收到的报警信息进行显示，“报警接收”按下时，程序若接收到报警信号则会进行相应处理，反之不进行处理。“循环模式”对应两种工况，不同情况下采用不同的蠕动泵(即界面中标注为回收泵)转速。

本发明中，抛光液经蠕动泵1回收，综合容器罐2中转，离心泵3泵出构成循环。流量计6检测出口流量，粘度计7检测出口粘度；热敏电阻8检测加工区域附近温度，超声波液位计9检测综合容器罐2内液位，上述检测信号经A/D转换最终输入到工控机12。经人机界面控制程序的调度，工控机12对离心泵3进行速度控制，对蠕动泵进行速度切换，对加水泵4、磁场发生器11进行启停控制。在实际运行中，温度稳定在了20℃，流量和粘度的控制曲线如图7所示。循环系统在运行过程中流量、粘度、温度、磁场强度均得到很好的稳定控制，满足了高精度抛光对加工条件要求。

本发明还提供一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统的工作方法，在具体步骤之前，按照系统的结构进行组装，将清洗好的综合容器罐2安放到铝合金方形管支架16上的相应位置，拧紧滚花螺钉22使综合容器罐2夹紧，连接好管路。系统工作方法流程如图8所示。在具体实施中，本发明应通过以下几个步骤完成加工过程。

步骤一，打开驱动气缸使罐盖抬升，向综合容器罐内倒入抛光液，关闭驱动气缸使罐盖闭合；

步骤二：启动蠕动泵，离心泵，水冷机，系统开始循环；

步骤三：操作工控机选择控制方式；

步骤四：人工判断是否开启磁场、抛光轮；若开始加工，则开启抛光轮，若使用磁流变液，则开启磁场；

步骤五：加工过程中，将控制系统置于加工模式，打开流量闭环、粘度闭环，系统通过对抛光液流量、粘度、温度、磁场强度进行稳定控制，满足加工的稳定性要求；

步骤六：系统循环结束后，若不进行清洗，则使循环系统中抛光液保持循环；若清洗，则停止循环系统运转，拆下管路，打开驱动气缸使罐盖抬升，拧松滚花螺钉卸下综合容器罐，对管路、综合容器罐进行清洗。

以上仅是实施例仅用于说明本发明的效果，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，其特征在于：包括支架底座(16)，以及安装在支架底座上的蠕动泵(1)、综合容器罐(2)、离心泵(3)、加水泵(4)、流量计(6)、粘度计(7)、热敏电阻(8)、超声波液位计(9)、液体罐(10)、磁场发生器(11)、工控机(12)、开盖机构(13)、输出管路和回收管路；

所述蠕动泵(1)分别与综合容器罐(2)、回收管路的回收端连接，用于回收抛光液；所述离心泵(3)与综合容器罐(2)连接，用于泵出综合容器罐内液体；所述加水泵(4)分别与综合容器罐(2)和液体罐(10)连接；所述磁场发生器，在使用磁流变抛光液时在加工区域产生磁场，控制液体的流变；所述流量计、粘度计、热敏感电阻，依次设置在离心泵的输出端口；所述超声波液位计安装在罐盖上，一端伸入综合容器罐内；所述流量计、粘度计、热敏电阻、超声波液位计的检测信号输出至工控机，所述工控机输出控制信号对蠕动泵、离心泵、加水泵和磁场发生器进行控制；所述开盖机构(13)由罐盖(17)、驱动气缸(27)和罐盖连接件(18)组成，罐盖与综合容器罐对应设置，所述驱动气缸与罐盖相连，用于控制罐盖的打开与闭合。

2.如权利要求1所述的一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，其特征在于：所述综合容器罐(2)分为外罐体(23)、内罐体(24)；在内罐体与外罐体之间缠绕有冷却管路。

3.如权利要求1所述的一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，其特征在于：还包括一个拉线器(14)，所述拉线器连接输出管路与回收管路，用于复位管道线路。

4.如权利要求1所述的一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，其特征在于：还包括一个插接板(15)，安装在支架底座上。

5.如权利要求2所述的一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，其特征在于：还包括一个水冷机(5)，所述水冷机通过冷却管路连接综合容器罐，构成一个循环冷却回路。

6.如权利要求2所述的一种多参数高稳定性抛光液循环控制系统，其特征在于：所述内罐体为圆锥形。

7.一种如权利要求1所述的多参数高稳定性抛光液循环控制系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，打开驱动气缸使罐盖抬升，向综合容器罐内倒入抛光液，关闭驱动气缸使罐盖闭合；

步骤二：启动蠕动泵，离心泵，水冷机，系统开始循环；

步骤三：操作工控机选择控制方式；

步骤四：人工判断是否开启磁场、抛光轮；若开始加工，则开启抛光轮，若使用磁流变液，则开启磁场；

步骤五：加工过程中，控制系统处于加工模式，打开流量闭环、粘度闭环，系统通过对抛光液流量、粘度、温度、磁场强度进行稳定控制，满足加工的稳定性要求；

步骤六：加工结束后，若不进行清洗，则使循环系统中抛光液保持循环；若清洗，则停止循环系统运转，拆下管路，打开驱动气缸使罐盖抬升，拧松滚花螺钉卸下综合容器罐，对管路、综合容器罐进行清洗。

8.如权利要求7所述的多参数高稳定性抛光液循环控制系统的工作方法，其特征在于，所述步骤三中控制方式包括流量控制、粘度控制、温度控制、磁场控制、液位监测和报警处理。