CN108188931A - 双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，包括主轴、磨盘、至少一个声发射传感器、信号放大器和控制器；磨盘设在主轴；声发射传感器设在磨盘上且与工件相对应；声发射传感器与信号放大器电信号连接，信号放大器与控制器电信号连接；控制器与主轴电信号连接；通过声发射传感器实时采集工件加工过程中工件破碎的音频信号并传输至信号放大器，通过信号放大器将工件破碎的音频信号放大处理并传输至控制器，通过控制器接收工件破碎的音频信号并报警及控制主轴停机，从而实现了对晶片等硬脆性工件破碎的在线检测、报警与停机控制，有效避免了工件破碎导致的爆盘现象，大大提高了加工效率和产品良率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于硬脆性材料加工领域，具体涉及一种双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，对加工过程中工件破碎进行在线检测、报警和停机控制。
背景技术
光学玻璃、人工晶体、陶瓷等硬脆性材料因其具有优良的机械性能、介电性能和化学稳定性而被广泛应用于航空航天、国防军工、汽车、信息、机械加工等领域。但这些材料硬度高、脆性大，加工十分困难，要实现对其高效精密加工非常具有挑战性。双面磨削/研磨作为硬脆性材料的一种常用精密加工方法，常常被用于对硬脆性材料薄片零件的精密加工，如半导体衬底、光学窗口零件及其他薄片零件的双面磨削/研磨加工。在双面磨削/研磨过程中，为了提高加工效率，往往采用大尺寸磨盘加工，一次可以加工几十个工件，而在加工过程中硬脆性薄片零件经常会出现破碎现象，一旦有一个零件破碎，碎片将对其他零件进行划擦而造成整盘几十个零件全部破碎，这在行业中被称为“爆盘”。“爆盘”不仅使得几十个工件全部报废，还会产生很多碎片影响后续加工，还需要花很多时间对机台进行清理，甚至需要更换研磨/磨削液，严重影响生产效率，增加了生产成本。因此，如能实现在线检测工件的破碎，并能及时停止机床运转，将不会出现“爆盘”现象。
声发射技术是一种音频信号检测技术，其检测频率可覆盖20Hz～20kHz的音频(人耳的听域范围)，甚至数MHz的超声频。声发射传感器的应用主要是通过检测声音频率信号，并通过对音频信号的处理获得所需的特定音频信号，并用于对其设备的控制。例如利用声发射技术实现数控机床消空程、防碰撞和对刀信号检测等。但目前还没一种利用声发射技术对双面研磨/磨削过程中零件破碎进行在线检测、报警和停机控制的装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，将声发射技术运用到双面行星研磨的加工过程中，实现对晶片等硬脆性工件大批量加工中工件破碎的在线检测、报警与停机控制，有效避免了工件破碎导致的爆盘现象，大大提高了加工效率和产品良率，降低了生产成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，包括主轴、磨盘、至少一个声发射传感器、信号放大器和控制器；所述磨盘设在主轴；所述声发射传感器设在磨盘上且与工件相对应；所述声发射传感器与信号放大器电信号连接，所述信号放大器与控制器电信号连接；所述控制器与主轴电信号连接；通过声发射传感器实时采集工件加工过程中工件破碎的音频信号并传输至信号放大器，通过信号放大器将工件破碎的音频信号放大处理并传输至控制器，通过控制器接收工件破碎的音频信号并报警及控制主轴停机。
一实施例中：所述声发射传感器为若干个，该若干个声发射传感器在磨盘上均匀分布。
一实施例中：所述声发射传感器为若干个，该若干个声发射传感器分为至少两组，该至少两组沿磨盘径向内外间隔布置，每组的声发射传感器沿磨盘周向间隔布置。
一实施例中：相邻两组的声发射传感器交错布置。
一实施例中：所述声发射传感器为十二个，该十二个声发射传感器分为两组，每组六个声发射传感器；该两组沿磨盘径向内外间隔布置，每组的声发射传感器沿磨盘周向间隔布置，两组的声发射传感器交错布置。
一实施例中：所述声发射传感器嵌入设置在磨盘且不凸出于磨盘的工作面。
一实施例中：所述控制器设在主轴电机。
一实施例中：所述信号放大器内设有信号放大电路与模数转化电路。
一实施例中：还包括报警器，该报警器与所述控制器电信号连接。
需要说明的是，本发明所涉及的各个装置单一的处理过程为公知常识，本领域的技术人员根据上述的描述都可以利用上述装置完成这些处理过程。本发明的发明点在将各个装置组合使用，故而这些装置的具体操作步骤不做详细描述。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.本发明利用声发射传感器对零件破碎时发出的特定频率的破碎声进行采集和处理，并及时报警和控制机床停机，解决了硬脆性材料薄片零件在双面研磨/磨削加工过程中的“爆盘”问题。
2.本发明的控制系统中，多个声发射传感器均匀分布在磨盘上，能够对大尺寸磨盘加工中同时加工的多个工件进行同时在线检测，更为准确，一旦有工件破碎情况产生，能即时的停机，防止造成进一步破坏。
3.本发明的控制系统不仅限于运用在双面研磨加工过程中，也可以运用在单面研磨、磨削、抛光等加工过程中，应用范围广。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的在线控制系统示意图。
图2为本发明的声发射传感器在磨盘上的排布方式示意图。
图3为本发明的声发射传感器结构示意图。
图4为本发明的信号放大器结构示意图。
图5为本发明的控制器结构示意图。
图6为本发明的在线控制系统工作原理示意图。
附图标记：磨盘1；声发射传感器2；信号放大器3；控制器4。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横”、“竖”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图中的立体图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请查阅图1至图6，一种双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，包括主轴、磨盘1、十二个声发射传感器2、信号放大器3和控制器4；
所述磨盘1设在主轴且可通过主轴带动旋转，并对工件进行磨削或研磨加工处理；
所述十二个声发射传感器2分为两组，每组六个声发射传感器2；该两组沿磨盘1径向内外间隔布置，每组的声发射传感器2沿磨盘1周向均匀间隔布置，两组的声发射传感器2交错布置，即同组内相邻的声发射传感器2与磨盘1圆心成60°夹角，两组的相邻的声发射传感器2与磨盘1圆心呈30°夹角，这种结构可以使得声发射传感器2均匀分布在磨盘1上，从而对工件进行全方位的监测，并能够及时探测到工件的破碎声音信号；每个声发射传感器2嵌入设置在磨盘1且不凸出于磨盘1的工作面并与工件相对应，这样，既不影响磨盘1的磨削/研磨工作，又能检测到音频信号；
所述信号放大器3内设有信号放大电路与模数转化电路，所述十二个声发射传感器2均与信号放大器3电信号连接；
所述控制器4设在主轴的电机且与主轴的电机电信号连接；所述信号放大器3与控制器4电信号连接。
进一步的，还可包括报警器，该报警器与所述控制器4电信号连接。
本发明实际使用方式如下：
将待加工工件与磨盘1相连，启动主轴，主轴带动磨盘1对工件进行加工。磨盘1上的声发射传感器2实时采集加工过程中的音频信号，并传输至信号放大器3，信号放大器3对音频信号进行放大并最终转化成可采集、识别和记录的数字化信号，传输至控制器4。当工件发生破碎时，发出破碎的特征音频信号(特征音频信号可根据工件材料不同预先设置好)，声发射传感器2采集到工件破碎的音频信号后，传输至信号放大器3，信号放大器3对工件破碎的音频信号进行放大处理后传输至控制器4；控制器4接收到工件破碎的音频信号后，控制报警器发出报警信号并立即控制主轴停机，从而实现双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线检测、报警和停机控制。
本实施例之中，所用的声发射传感器2为AE503D局部放电检测声发射传感器，但并不以此为限。根据需要，声发射传感器的种类和结构可根据实际情况进行调整，工件破碎时特征音频信号的设置可根据所加工工件的材料不同而不同。
本实施例之中，声发射传感器2的数量为十二个，并且分为两组内外设置，但并不以此为限。根据需要，声发射传感器的数量和排布方式可以进行调整，例如，声发射传感器可以排列成沿磨盘径向内外设置的一组或若干组；或者若干个声发射传感器可以以磨盘圆心为中心呈放射状排列。只要能够使声发射传感器在磨盘上均匀分布即可。
本实施例之中，所用的信号放大器3为VGA/RGB信号放大器，但并不以此为限。根据需要，信号放大器的种类和结构可根据实际情况进行调整。
本实施例之中，所用的控制器4为直流电磁继电器，但并不以此为限。根据需要，控制器的种类和结构可根据实际情况进行调整。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (9)
1.一种双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：包括主轴、磨盘、至少一个声发射传感器、信号放大器和控制器；所述磨盘设在主轴；所述声发射传感器设在磨盘上且与工件相对应；所述声发射传感器与信号放大器电信号连接，所述信号放大器与控制器电信号连接；所述控制器与主轴电信号连接；通过声发射传感器实时采集工件加工过程中工件破碎的音频信号并传输至信号放大器，通过信号放大器将工件破碎的音频信号放大处理并传输至控制器，通过控制器接收工件破碎的音频信号并报警及控制主轴停机。
2.根据权利要求1所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：所述声发射传感器为若干个，该若干个声发射传感器在磨盘上均匀分布。
3.根据权利要求1所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：所述声发射传感器为若干个，该若干个声发射传感器分为至少两组，该至少两组沿磨盘径向内外间隔布置，每组的声发射传感器沿磨盘周向间隔布置。
4.根据权利要求3所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：相邻两组的声发射传感器交错布置。
5.根据权利要求1所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：所述声发射传感器为十二个，该十二个声发射传感器分为两组，每组六个声发射传感器；该两组沿磨盘径向内外间隔布置，每组的声发射传感器沿磨盘周向间隔布置，两组的声发射传感器交错布置。
6.根据权利要求1所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：所述声发射传感器嵌入设置在磨盘且不凸出于磨盘的工作面。
7.根据权利要求1所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：所述控制器设在主轴电机。
8.根据权利要求1所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：所述信号放大器内设有信号放大电路与模数转化电路。
9.根据权利要求1所述的双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统，其特征在于：还包括报警器，该报警器与所述控制器电信号连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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