CN109228360B - 3d打印机皮带松紧调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了3D打印机皮带松紧调节装置，PWM信号接收电路接收3D打印机皮带松紧信号处理装置输出的PWM信号，通过迟滞比较器消除了PWM信号受外界波动电压干扰的影响，保证了需调节皮带松紧的控制信号的精度，之后分别进入延时开关电路对PWM信号进行3S时延、PWM信号反转电路对PWM信号翻转为周期相同、幅值相反的PWM信号，此两路PWM信号进入同步检测电路进行上升沿、下降沿跳变信号同步检测，跳变信号同步时，三极管Q4导通、继电器K1线圈得电，PWM信号传输到主动皮带轮电机的驱动电路，自动带动主动皮带轮进行轴向移动，移动到适当的程度时自动停止移动，避免了人工经验调整发生欠移动或过移动的现象，提高了皮带的松紧调整的精度。

Description

3D打印机皮带松紧调节装置

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，特别是涉及3D打印机皮带松紧调节装置。

背景技术

由于皮带转动具有转动比大、成本低、噪音低质量小等优点被3D打印机广泛采用，其装配结构为电机主轴上装配一个皮带轮（以下简称主动皮带轮），电机被动轴上装配一个皮带轮（以下简称从动皮带轮），两个皮带轮通过皮带转动工作，3D打印机对转动要求精度高，皮带太松，会使转动力变小严重会打滑，皮带太紧，影响寿命，噪音增大、转动力变大，造成3D打印机打印出现误差。

目前皮带松紧的调节主要依靠人工经验，把相关的调整螺母或螺栓拧松，用手使主动皮带轮在电机主轴上移动来调整皮带的松紧，当达到适当的程度时，再拧紧螺母或螺栓，这种依靠人工经验来调节的方式不易掌握难度大、容易发生欠移动或过移动的现象，皮带的松紧调整精度不精确，误差仍然很大。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供3D打印机皮带松紧调节装置，具有构思巧妙、人性化设计的特性，有效的解决了依靠人工经验来调整皮带的松紧，不易掌握难度大、容易发生欠移动或过移动的现象，造成皮带的松紧调整不够精确、误差大的问题。

其解决的技术方案是，包括PWM信号接收电路、延时开关电路、PWM信号反转电路、同步检测电路，其特征在于，所述PWM信号接收电路接收3D打印机皮带松紧信号处理装置输出的PWM信号，通过运算放大器AR1为核心的迟滞比较器消除PWM信号上升沿、下降沿附近波动信号，输出稳定的、边沿陡峭的PWM信号，之后分两路分别进入延时开关电路、PWM信号反转电路，所述PWM信号反转电路通过三极管Q2、三极管Q3为核心的双稳态触发器将接收的PWM信号翻转为周期相同、幅值相反的PWM信号，所述延时开关电路通过电容C1、稳压管Z1、电位器RP2组成的延时器时间延迟，3S时间到达时晶闸管VTL1触发导通，输出3S时延的PWM信号，所述同步检测电路接收PWM信号反转电路输出的周期相同、幅值相反的PWM信号和延时开关电路输出3S时延的PWM信号，应用电阻、电容组成的复位电路检测两路PWM信号的上升沿、下降沿跳变信号，进入运算放大器AR2为核心的加法器，跳变信号同步时，加法器输出0V，三极管Q4导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点同时闭合，两路PWM信号到主动皮带轮电机的驱动电路，带动主动皮带轮进行轴向移动，调整主动皮带轮和从动皮带轮之间的间距，进而调节3D打印机皮带的松紧；

所述同步检测电路包括电容C4、电容C6，电容C4的一端连接晶闸管VTL1的阴极，电容C4的另一端分别连接接地电阻R11的一端、电阻R12的一端，电容C6的一端连接电阻R10的一端，电容C6的另一端分别连接接地电阻R14的一端、电阻R13的一端，电阻R12的另一端分别连接电阻R13的另一端、电阻R15的一端、运算放大器AR2的反相输入端，电阻R15的另一端分别连接运算放大器AR2的输出端、稳压管Z2的负极、三极管Q4的基极，稳压管Z2的正极连接地，三极管Q4的发射极连接电源+12V，三极管Q4的集电极连接继电器K1线圈的一端，继电器K1线圈的另一端连接地。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1，接收的3D打印机皮带松紧信号处理装置传输过来的PWM信号经运算放大器AR1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2、电位器RP1组成的迟滞比较器消除PWM信号上升沿或下降沿幅值（+5V、0V）附近微小的波动电压（正负0.2V）引起的边沿不陡峭的现象，即输出稳定的、边沿陡峭的PWM信号，消除了PWM信号受外界波动电压干扰的影响，保证了PWM信号接收的精度，即需调节皮带松紧的控制信号的精度；

2，应用电阻、电容组成的复位电路检测两路PWM信号的上升沿、下降沿跳变信号，进入运算放大器AR2为核心的加法器，跳变信号同步时，加法器输出0V，三极管Q4导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点同时闭合，允许两路PWM信号传输到主动皮带轮电机的驱动电路，保证了主动皮带轮电机运行的可靠性、稳定性，自动带动主动皮带轮进行轴向移动，移动到适当的程度时自动停止移动，避免了人工经验调整发生欠移动或过移动的现象，提高了皮带的松紧调整的精度。

附图说明

图1为本发明的电路模块图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明的H桥电机驱动电路原理图。

图4为本发明的正向PWM信号和负向PWM信号的示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，3D打印机皮带松紧调节装置，所述PWM信号接收电路接收3D打印机皮带松紧信号处理装置传输过来的PWM信号，通过运算放大器AR1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2、电位器RP1组成的迟滞比较器消除PWM信号上升沿或下降沿幅值（+5V、0V）附近微小的波动电压（正负0.2V）引起的边沿不陡峭的现象，使PWM信号翻转后的状态稳定，即输出稳定的、边沿陡峭的PWM信号，之后分两路分别进入延时开关电路、PWM信号反转电路，所述PWM信号反转电路通过三极管Q2、三极管Q3为核心的双稳态触发器将接收的PWM信号翻转为周期相同、幅值相反的PWM信号即负向PWM信号，具体的PWM信号接收电路输出的PWM信号为上升沿时，稳压管Z3击穿，三极管Q3导通、三极管Q3集电极电位为0V，之后0V与+0.5V耦合加到三极管Q2基极，三极管Q2截止、三极管Q2集电极电位为-5V，电路进入稳定状态，下个PWM信号的下降沿到来时，光电耦合器U1导通，-5V加到三极管Q2基极，三极管Q2导通、三极管Q3截止，三极管Q2集电极电位为0V，电路进入稳定状态，所述延时开关电路用于将PWM信号接收电路输出的正向PWM信号进行3S时延后再输出，以实现与PWM信号反转电路输出的负向PWM信号同步，具体的当电容C0、电位器RP2组成的复位电路检测到PWM信号时，电容C1、稳压管Z1、电位器RP2组成的延时器时间延迟，此处设置为3S，3S时间到达时晶闸管VTL1触发导通，输出3S时延的PWM信号，所述同步检测电路接收PWM信号反转电路输出的周期相同、幅值相反的PWM信号和延时开关电路输出3S时延的PWM信号，应用电阻、电容组成的复位电路检测两路PWM信号的上升沿、下降沿跳变信号，进入运算放大器AR2为核心的加法器，跳变信号同步时，加法器输出0V，三极管Q4导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点同时闭合，两路PWM信号到主动皮带轮电机的驱动电路，保证了主动皮带轮电机运行的可靠性、稳定性，自动带动主动皮带轮进行轴向移动，移动到适当的程度时自动停止移动，进而调节3D打印机皮带的松紧，避免了人工经验调整发生欠移动或过移动的现象，提高了皮带的松紧调整的精度；

所述同步检测电路接收PWM信号反转电路输出的周期相同、幅值相反的PWM信号和延时开关电路输出3S时延的正向PWM信号，应用电阻R11、电容C4组成的复位电路和电阻R14、电容C6组成的复位电路分别检测两路PWM信号的上升沿、下降沿跳变信号，具体的当正向PWM信号上升沿或下降沿跳变信号瞬间，电容C4两端电压不能突变，+5V信号经电阻R12加到运算放大器AR2的反相输入端，对应的负向PWM信号下升沿或上降沿跳变信号瞬间，电容C6两端电压不能突变，-5V信号经电阻R13加到运算放大器AR2的反相输入端，运算放大器AR2实质为加法器，此时运算放大器AR2输出为零（表明两路PWM信号同步，否则两路PWM信号下升沿或上降沿不同步时，随着电容的充电，会使运算放大器AR2输出不为零），稳压管Z2（为稳压值0.7V的稳压管）为三极管Q4提供偏置电压，三极管Q4导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点同时闭合， 正向PWM信号和负向PWM信号传输到主动皮带轮电机的驱动电路（驱动电路可为附图3所示H桥电机驱动电路，其具体工作原理为现有技术，在此不再详述），带动主动皮带轮进行轴向移动，调整主动皮带轮和从动皮带轮之间的间距，进而调节3D打印机皮带的松紧，包括电容C4、电容C6，电容C4的一端连接晶闸管VTL1的阴极，电容C4的另一端分别连接接地电阻R11的一端、电阻R12的一端，电容C6的一端连接电阻R10的一端，电容C6的另一端分别连接接地电阻R14的一端、电阻R13的一端，电阻R12的另一端分别连接电阻R13的另一端、电阻R15的一端、运算放大器AR2的反相输入端，电阻R15的另一端分别连接运算放大器AR2的输出端、稳压管Z2的负极、三极管Q4的基极，稳压管Z2的正极连接地，三极管Q4的发射极连接电源+12V，三极管Q4的集电极连接继电器K1线圈的一端，继电器K1线圈的另一端连接地。

实施例二，在实施例一的基础上，所述PWM信号反转电路接收PWM信号接收电路输出的PWM信号，通过三极管Q2、三极管Q3为核心的双稳态触发器将接收的PWM信号翻转为周期相同、幅值相反的PWM信号即负向PWM信号，具体的PWM信号接收电路输出的PWM信号为上升沿时，稳压管Z3击穿，三极管Q3导通、三极管Q3集电极电位为0V，之后0V与+0.5V耦合加到三极管Q2基极，三极管Q2截止、三极管Q2集电极电位为-5V，电路进入稳定状态，下个PWM信号的下降沿到来时，光电耦合器U1导通，-5V加到三极管Q2基极，三极管Q2导通、三极管Q3截止，三极管Q2集电极电位为0V，电路进入稳定状态，最后经电阻R10、电容C5消抖后输出，包括电阻R3，电阻R3的一端连接运算放大器AR1的输出端，电阻R3的另一端分别连接稳压管Z3的负极、光电耦合器U1的引脚2，稳压管Z3的正极分别连接三极管Q3的基极、电阻R7的一端、电容C3的一端、电阻R4的一端，光电耦合器U1的引脚1连接电源+5V，光电耦合器U1的引脚4连接电源-5V，光电耦合器U1的引脚3分别连接三极管Q2的基极、电阻R6的一端、电容C2的一端、电阻R5的一端，电阻R5的另一端和电阻R4的另一端连接地，三极管Q3的发射极和三极管Q2的发射极均连接地，三极管Q3的集电极分别连接电阻R6的另一端、电容C2的另一端、电阻R8的一端，三极管Q2的集电极分别连接电阻R7的另一端、电容C3的另一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端，电阻R8的另一端连接电源+5V，电阻R9的另一端连接电源-5V，电阻R10的另一端连接接地电容C5的一端、连接继电器K1常开触点K1-2的一端，继电器K1常开触点K1-2的另一端输出负向PWM信号到主动皮带轮电机的驱动电路；

所述延时开关电路用于将PWM信号接收电路输出的正向PWM信号进行3S时延后再输出，以实现与PWM信号反转电路输出的负向PWM信号同步，具体的当电容C0、电位器RP2组成的复位电路检测到PWM信号时，电容C1、稳压管Z1、电位器RP2组成的延时器时间延迟，此处设置为3S（调节电位器RP2的值可调节延时的时间长短），3S时间到达时晶闸管VTL1触发导通，输出3S时延的PWM信号，包括电容C0、晶闸管VTL1，电容C0的一端和晶闸管VTL1的阳极连接运算放大器AR1的输出端，电容C0的另一端分别连接晶闸管VTL1的控制极、稳压管Z1的正极、电位器RP2的左端，稳压管Z1的负极连接电容C1的一端，电容C1的另一端和电位器RP2的右端及可调端均连接地，晶闸管VTL1的阴极连接继电器K1常开触点K1-1的一端，接继电器K1常开触点K1-1的另一端输出正向PWM信号到主动皮带轮电机的驱动电路。

实施例三，在实施例二的基础上，所述PWM信号接收电路接收3D打印机皮带松紧信号处理装置传输过来的PWM信号，通过运算放大器AR1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2、电位器RP1组成的迟滞比较器消除PWM信号上升沿或下降沿幅值（+5V、0V）附近微小的波动电压（正负0.2V）引起的边沿不陡峭的现象，使PWM信号翻转后的状态稳定，其中运算放大器AR1为比较器，将反相输入端的PWM信号与同相输入端参考电压即电阻R1串联电位器RP1组成分压电路的（0.2V）进行比较，上升沿或下降沿附近微小的波动电压不超过（正负0.2V），运算放大器AR1输出稳定的、边沿陡峭的（+5V、0V）PWM信号，保证了PWM信号接收的精度，即需调节皮带松紧的控制信号的精度；三极管Q1为反馈三极管，电阻R2为三极管Q1的偏置电阻，包括运算放大器AR1，运算放大器AR1的反相输入端接收3D打印机皮带松紧信号处理装置输出的PWM信号，运算放大器AR1的同相输入端分别连接电阻R1的一端、电位器RP1的上端和可调端、三极管Q1的发射极，电阻R1的另一端、三极管Q1的集电极、运算放大器AR1的VCC端、电阻R2的另一端均连接电源+5V，三极管Q1的基极分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R2的一端，运算放大器AR1的GND端和电位器RP1的下端连接地。

本发明具体使用时，PWM信号接收电路接收3D打印机皮带松紧信号处理装置传输过来的PWM信号，通过运算放大器AR1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2、电位器RP1组成的迟滞比较器消除PWM信号上升沿或下降沿幅值（+5V、0V）附近微小的波动电压（正负0.2V）引起的边沿不陡峭的现象，使PWM信号翻转后的状态稳定，即输出稳定的、边沿陡峭的PWM信号，消除了PWM信号受外界波动电压干扰的影响，保证了PWM信号接收的精度，即需调节皮带松紧的控制信号的精度，之后分两路分别进入延时开关电路、PWM信号反转电路，所述PWM信号反转电路通过三极管Q2、三极管Q3为核心的双稳态触发器将接收的PWM信号翻转为周期相同、幅值相反的PWM信号即负向PWM信号，具体的PWM信号接收电路输出的PWM信号为上升沿时，稳压管Z3击穿，三极管Q3导通、三极管Q3集电极电位为0V，之后0V与+0.5V耦合加到三极管Q2基极，三极管Q2截止、三极管Q2集电极电位为-5V，电路进入稳定状态，下个PWM信号的下降沿到来时，光电耦合器U1导通，-5V加到三极管Q2基极，三极管Q2导通、三极管Q3截止，三极管Q2集电极电位为0V，电路进入稳定状态，所述延时开关电路用于将PWM信号接收电路输出的正向PWM信号进行3S时延后再输出，以实现与PWM信号反转电路输出的负向PWM信号同步，具体的当电容C0、电位器RP2组成的复位电路检测到PWM信号时，电容C1、稳压管Z1、电位器RP2组成的延时器时间延迟，此处设置为3S，3S时间到达时晶闸管VTL1触发导通，输出3S时延的PWM信号，同步检测电路接收PWM信号反转电路输出的周期相同、幅值相反的PWM信号和延时开关电路输出3S时延的正向PWM信号，应用电阻R11、电容C4组成的复位电路和电阻R14、电容C6组成的复位电路分别检测两路PWM信号的上升沿、下降沿跳变信号，具体的当正向PWM信号上升沿或下降沿跳变信号瞬间，电容C4两端电压不能突变，+5V信号经电阻R12加到运算放大器AR2的反相输入端，对应的负向PWM信号下升沿或上降沿跳变信号瞬间，电容C6两端电压不能突变，-5V信号经电阻R13加到运算放大器AR2的反相输入端，运算放大器AR2实质为加法器，此时运算放大器AR2输出为零（表明两路PWM信号同步，否则两路PWM信号下升沿或上降沿不同步时，随着电容的充电，会使运算放大器AR2输出不为零），稳压管Z2（为稳压值0.7V的稳压管）为三极管Q4提供偏置电压，三极管Q4导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点同时闭合， 正向PWM信号和负向PWM信号传输到主动皮带轮电机的驱动电路，保证了主动皮带轮电机运行的可靠性、稳定性，自动带动主动皮带轮进行轴向移动，移动到适当的程度时自动停止移动，进而调节3D打印机皮带的松紧，避免了人工经验调整发生欠移动或过移动的现象，提高了皮带的松紧调整的精度。

Claims (1)

1.3D打印机皮带松紧调节装置，包括PWM信号接收电路、延时开关电路、PWM信号反转电路、同步检测电路，其特征在于，所述PWM信号接收电路接收3D打印机皮带松紧信号处理装置输出的PWM信号，通过运算放大器AR1为核心的迟滞比较器消除PWM信号上升沿、下降沿附近波动信号，输出稳定的、边沿陡峭的PWM信号，之后分两路分别进入延时开关电路、PWM信号反转电路，所述PWM信号反转电路通过三极管Q2、三极管Q3为核心的双稳态触发器将接收的PWM信号翻转为周期相同、幅值相反的PWM信号，所述延时开关电路通过电容C1、稳压管Z1、电位器RP2组成的延时器时间延迟，3S时间到达时晶闸管VTL1触发导通，输出3S时延的PWM信号，所述同步检测电路接收PWM信号反转电路输出的周期相同、幅值相反的PWM信号和延时开关电路输出3S时延的PWM信号，应用电阻、电容组成的复位电路检测两路PWM信号的上升沿、下降沿跳变信号，进入运算放大器AR2为核心的加法器，跳变信号同步时，加法器输出0V，三极管Q4导通、继电器K1线圈得电，两组常开触点同时闭合，两路PWM信号传输到主动皮带轮电机的驱动电路，自动带动主动皮带轮进行轴向移动，调整主动皮带轮和从动皮带轮之间的间距，进而调节3D打印机皮带的松紧；

所述同步检测电路包括电容C4、电容C6，电容C4的一端连接晶闸管VTL1的阴极，电容C4的另一端分别连接接地电阻R11的一端、电阻R12的一端，电容C6的一端连接电阻R10的一端，电容C6的另一端分别连接接地电阻R14的一端、电阻R13的一端，电阻R12的另一端分别连接电阻R13的另一端、电阻R15的一端、运算放大器AR2的反相输入端，电阻R15的另一端分别连接运算放大器AR2的输出端、稳压管Z2的负极、三极管Q4的基极，稳压管Z2的正极连接地，三极管Q4的发射极连接电源+12V，三极管Q4的集电极连接继电器K1线圈的一端，继电器K1线圈的另一端连接地；

所述PWM信号反转电路包括电阻R3，电阻R3的一端连接运算放大器AR1的输出端，电阻R3的另一端分别连接稳压管Z3的负极、光电耦合器U1的引脚2，稳压管Z3的正极分别连接三极管Q3的基极、电阻R7的一端、电容C3的一端、电阻R4的一端，光电耦合器U1的引脚1连接电源+5V，光电耦合器U1的引脚4连接电源-5V，光电耦合器U1的引脚3分别连接三极管Q2的基极、电阻R6的一端、电容C2的一端、电阻R5的一端，电阻R5的另一端和电阻R4的另一端连接地，三极管Q3的发射极和三极管Q2的发射极均连接地，三极管Q3的集电极分别连接电阻R6的另一端、电容C2的另一端、电阻R8的一端，三极管Q2的集电极分别连接电阻R7的另一端、电容C3的另一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端，电阻R8的另一端连接电源+5V，电阻R9的另一端连接电源-5V，电阻R10的另一端连接接地电容C5的一端、连接继电器K1常开触点K1-2的一端，继电器K1常开触点K1-2的另一端输出负向PWM信号到主动皮带轮电机的驱动电路；

所述延时开关电路包括电容C0、晶闸管VTL1，电容C0的一端和晶闸管VTL1的阳极连接运算放大器AR1的输出端，电容C0的另一端分别连接晶闸管VTL1的控制极、稳压管Z1的正极、电位器RP2的左端，稳压管Z1的负极连接电容C1的一端，电容C1的另一端和电位器RP2的右端及可调端均连接地，晶闸管VTL1的阴极连接继电器K1常开触点K1-1的一端，接继电器K1常开触点K1-1的另一端输出正向PWM信号到主动皮带轮电机的驱动电路；

所述PWM信号接收电路包括运算放大器AR1，运算放大器AR1的反相输入端接收3D打印机皮带松紧信号处理装置输出的PWM信号，运算放大器AR1的同相输入端分别连接电阻R1的一端、电位器RP1的上端和可调端、三极管Q1的发射极，电阻R1的另一端、三极管Q1的集电极、运算放大器AR1的VCC端、电阻R2的另一端均连接电源+12V，三极管Q1的基极分别连接运算放大器AR1的输出端、电阻R2的一端，运算放大器AR1的GND端和电位器RP1的下端连接地；

所述主动皮带轮电机的驱动电路为H桥电机驱动电路。

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