CN110125801A - 一种数字化调速控制的气动磨抛装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种数字化调速控制的气动磨抛装置及其工作方法，所述装置包括装置外壳、开设在所述装置外壳上的进气孔以及设置在所述装置外壳内的驱动机构，气动磨抛装置还包括设置在所述装置外壳内的控制电路、电磁比例调速机构以及测速机构，所述电磁比例调速机构与所述进气孔相连，所述测速机构安装在所述驱动机构上，所述电磁比例调速机构和测速机构均与所述控制电路通过线缆电连接，所述控制电路连接外部电源。本发明的一种数字化调速控制的气动磨抛装置及其工作方法，将控制电路、调速机构以及测速机构集成于气动磨抛装置内部，集成化程度高，给使用者带来了便利。
Description
技术领域
本发明涉及气动磨抛领域，特别涉及一种数字化调速控制的气动磨抛装置及其工作方法。
背景技术
航空航天，汽车零部件、卫浴五金等不同行业的零件加工过程中均会涉及打磨这道工序，然而，目前很多零件的打磨依旧主要依靠人工打磨。人工打磨存在效率低，打磨质量难以保证等诸多问题。
数字化打磨在逐渐成为一种发展趋势，并已越来越多的应用于工业领域中。现有的数字化磨抛装置如果要进行电控转速控制或转速测量，一般需要采用外置的控制电路、调速机构以及测速机构，集成化程度较低，增大了设备的总体积，给使用者带来了不便。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种数字化调速控制的气动磨抛装置及其工作方法，将控制电路、调速机构以及测速机构集成于气动磨抛装置内部，集成化程度高，给使用者带来了便利。
为了实现本发明目的，一方面，本发明提出了一种数字化调速控制的气动磨抛装置，其包括装置外壳、开设在所述装置外壳上的进气孔以及设置在所述装置外壳内的驱动机构，气动磨抛装置还包括设置在所述装置外壳内的控制电路、电磁比例调速机构以及测速机构，所述电磁比例调速机构与所述进气孔相连，所述测速机构安装在所述驱动机构上，所述电磁比例调速机构和测速机构均与所述控制电路通过线缆电连接，所述控制电路连接外部电源。
进一步地，所述控制电路连接有外部控制系统，所述控制电路包括运算处理模块和与所述运算处理模块电连接的通信模块，所述通信模块通过工业以太网总线实现与所述外部控制系统的通信，获取所述气动磨抛装置的转速指令；所述运算处理模块根据所述通信模块获得的转速指令计算出实现所述转速指令需要的电流大小。
进一步地，所述控制电路还包括与所述运算处理模块电连接的电流控制模块，所述电流控制模块与所述电磁比例调速机构电连接，所述电流控制模块根据所述运算处理模块计算出的电流大小对所述电磁比例调速机构进行转速调整。
进一步地，所述控制电路还包括与所述运算处理模块电连接的数据采集模块，所述数据采集模块与所述测速机构电连接，所述数据采集模块接收所述测速机构测得的实际转速，并将所述实际转速发送给所述运算处理模块进行实际转速信息处理，所述实际转速信息通过所述通信模块发送至所述外部控制系统。
进一步地，所述装置外壳包括电路板外壳，所述控制电路安装在所述电路板外壳内部。
进一步地，所述电磁比例调速机构包括线圈和磁力组件，所述磁力组件包括设置在所述线圈内部的动子铁芯和固定在所述线圈外部的定子铁心，所述动子铁芯上安装有阀门活塞，所述阀门活塞和装置外壳之间设置有弹性件，所述线圈与所述控制电路电连接，所述阀门活塞通过磁力作用进行位移滑动。
进一步地，所述驱动机构包括气动马达和设置在所述气动马达外的马达盖板，所述马达盖板与所述进气孔之间设置有进气通道，所述阀门活塞包括密封所述进气通道的密封块，所述密封块上开设有通孔，压缩空气从所述进气孔进入，经过所述进气通道和通孔进入所述马达盖板内驱动所述气动马达工作，通过调节所述进气通道与通孔之间的重合区域大小，实现对输入所述压缩空气流量的控制。
进一步地，所述装置外壳还包括气动马达外壳和与所述气动马达外壳相连的马达上板，所述驱动机构设置在所述气动马达外壳内，所述气动马达外壳内开设有调节槽，所述电磁比例调速机构安装在所述调节槽内，并与所述马达上板形成磁路闭环。
进一步地，所述驱动机构还包括转轴，所述转轴外套设有套筒，所述测速机构包括安装在所述套筒上的非接触式位置传感器和固定在所述转轴上的磁铁，所述非接触式位置传感器与所述控制电路电连接。
进一步地，所述装置外壳还包括测速机构外壳和与所述测速机构外壳相连的过渡板，所述测速机构设置在所述测速机构外壳内，所述测速机构安装在所述过渡板上。
另一方面，本发明还提出一种数字化调速控制的气动磨抛装置的工作方法，气动磨抛装置包括驱动机构、控制电路以及与所述控制电路电连接的电磁比例调速机构和测速机构，所述电磁比例调速机构连接有压缩空气，所述控制电路连接有外部控制系统，所述驱动机构包括气动马达、设置在所述气动马达外的马达盖板以及安装在所述气动马达上的转轴，所述马达盖板与所述进气孔之间设置有进气通道，所述电磁比例调速机构包括线圈、磁力组件、以及与所述磁力组件相连的阀门活塞，所述阀门活塞包括密封所述进气通道的密封块，所述密封块上开设有通孔，所述线圈与所述控制电路电连接；
所述工作方法包括以下步骤：
步骤1：气动磨抛装置通电后，所述控制电路的输出电流为0，所述线圈中电流为0，所述电磁组件未产生磁力作用，所述通孔与进气通道重合区域大小为0，无压缩空气进入所述气动马达；
步骤2：所述外部控制系统输入转速指令，经所述控制电路处理获得实现所述转速指令的需要的电流大小，并通过所述控制电路控制所述线圈中产生的电流大小；
步骤3：在所述电磁组件产生的磁力作用下，所述阀门活塞位移滑动，所述压缩空气通过所述通孔与进气通道产生的重合区域，驱动所述气动马达工作；
步骤4：所述气动马达带动所述转轴转动，所述测速机构测得所述转轴的实际转速，并所述控制电路进行实际转速信息处理，对转速指令进行更新，实现对所述气动马达实际转速的控制。
相比于现有技术，本发明优点在于：
一种数字化调速控制的气动磨抛装置及其工作方法，通过集成化设计，将控制电路、调速机构以及测速机构集成于气动磨抛装置内部，省去了外置的气路调速机构与控制系统，提升了产品的集成度，大幅减小了设备的总体积、设备与线缆数量，给使用者带来了便利；通过合理的控制电路结构设计，以基于以太网或工业总线的方式实现信号传输，以非接触式位置传感器检测到的转速信息为反馈量，通过基于比例-积分控制算法的速度反馈控制方式进行速度控制，实现了全数字化的气动马达速度控制功能。
附图说明
图1是本发明一种数字化调速控制的气动磨抛装置的外部结构示意图。
图2是本发明中驱动机构和调速机构的结构示意图。
图3是本发明中测速机构的结构示意图。
图4是本发明中进气通道结构示意图。
图5是本发明排线通道结构示意图。
图6是本发明中控制电路结构示意图。
图7是本发明中控制电路原理示意图。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
如图1所示，对应于本发明的一种较佳实施例的数字化调速控制的气动磨抛装置，其包括装置外壳1和安装于装置外壳1外的磨抛工具600，装置外壳1包括电路板外壳100、气动马达外壳300以及测速机构外壳500，电路板外壳100与气动马达外壳300之间设置有马达上板200，气动马达外壳300和测速机构外壳500之间设置有过渡板400。气动马达外壳300上开设有进气孔800，进气孔800用于连接外部压缩气体以驱动气动马达321工作；电路板外壳100上可设有航插700，航插700用于控制电路110的电源连接和与外部控制系统116的连接。
如图2至图5所示，气动磨抛装置还包括设置在装置外壳1内的驱动机构320、控制电路110、电磁比例调速机构310以及测速机构510。进一步地，控制电路110设置在电路板外壳100内部，电磁比例调速机构310和驱动机构320设置在气动马达外壳300内；测速机构510设置在测速机构外壳500内。气动马达外壳300内开设有调节槽301，电磁比例调速机构310安装在调节槽301内，并与马达上板200形成磁路闭环，电磁比例调速机构310与进气孔800相连，即电磁比例调速机构310设置在进气通路上，测速机构510安装在驱动机构320上。装置外壳1上设置有排线通道11，电磁比例调速机构310和测速机构510均与控制电路110通过线缆电连接，线缆均排布在排线通道11内。
如图7所示，控制电路110包括电源模块114、运算处理模块112以及与运算处理模块112电连接的通信模块113、电流控制模块115和数据采集模块111。
电源模块114连接外部电源，用于将外部输入的24V电转换为控制电路110所需要的5V工作电压，电源模块114与运算处理模块112、通信模块113、电流控制模块115以及数据采集模块111电连接，可通过URB2405YMB电源模块芯片实现。
通信模块113通过工业以太网总线实现与外部控制系统116的通信，获取气动磨抛装置的转速指令，可通过支持TCP/IP协议的以太网芯片W5300实现。
数据采集模块111与测速机构510电连接，数据采集模块111接收测速机构510测得的实际转速，并将实际转速发送给运算处理模块112进行实际转速信息处理，实际转速信息通过通信模块113发送至外部控制系统116。数据采集模块111主要利用ADC芯片实现对测速机构510中非接触式位置传感器512输出的电压信号的采集，并将电压信号转换为数字信号传递给运算处理模块112。
运算处理模块112是整个气动磨抛装置的控制单元，根据通信模块113获得的转速指令计算出实现转速指令需要的电流大小，以及处理数据采集模块111发送的实际转速信息，对转速指令进行更新。可通过DSP6748芯片进行运算处理，转速指令计算方法可采用比例-积分控制算法，以非接触式位置传感器512采集到的转速信息为反馈量，进行控制指令的计算。
电流控制模块115与电磁比例调速机构310电连接，电流控制模块115根据运算处理模块112计算出的电流大小对电磁比例调速机构310进行转速调整。电流控制模块115可通过DRV8412芯片实现电流的功率输出。
电磁比例调速机构310包括线圈313和磁力组件，磁力组件包括设置在线圈313内部的动子铁芯311和固定在线圈313外部一侧的定子铁心314，定子铁芯314为软磁材料，用于导磁并形成磁路闭环，线圈313外部另一侧安装有缓冲挡块312，动子铁芯311上安装有阀门活塞315，阀门活塞315包括密封进气通道330的密封块315a以及连接在密封块315a与动子铁芯311之间的推杆315b，阀门活塞315和装置外壳1之间设置有弹性件316，具体地弹性件316设置在密封块315a与气动马达外壳300之间，阀门活塞315材质为铜，线圈313与控制电路110中的电流控制模块115连接，阀门活塞315通过磁力作用进行位移滑动。
驱动机构320包括气动马达321和设置在气动马达321外的马达盖板322，气动马达321安装在所述过渡板400上，马达盖板322与进气孔800之间设置有进气通道330，阀门活塞315的密封块315a上开设有通孔12，当密封块315a的实心部分处于进气通道330上时，压缩空气因密封块315a的阻挡不能进入马达盖板322内驱动气动马达321工作；阀门活塞315滑动使通孔12与进气通道330产生重合区域后，压缩空气从进气孔800进入，依次经过进气通道330、通孔12、进气通道330进入马达盖板322内驱动气动马达321工作，通过调节进气通道330与通孔12之间的重合区域大小，实现对输入压缩空气流量的控制。
初始状态下，弹性件316有一弹性压力，阻止阀门活塞315滑动，使进气通道330与通孔12之间的重合区域大小为0，阻止压缩空气进入马达盖板322内驱动气动马达321工作。
工作时，电流控制模块115为线圈313提供驱动电流，动子铁芯311在磁力作用下吸向定子铁芯314，带动推杆315b推动密封块315a滑动，阀门活塞315位移，使进气通道330与通孔12之间开始产生重合区域，重合区域的大小由线圈313中的电流大小控制。压缩空气从进气孔800进入，通过进气通道330和通孔12产生的重合区域进入马达盖板322内驱动气动马达321工作。
驱动机构320还包括与气动马达321配合工作的转轴323，转轴323与磨抛工具600相连，转轴外套设有套筒511，套筒511安装在过渡板400上。测速机构510包括安装在套筒511上的非接触式位置传感器512和固定在转轴323上的磁铁513，非接触式位置传感器512与控制电路110中的数据采集模块111电连接。其中非接触式位置传感器512优选霍尔传感器。
在转速测量中，非接触式位置传感器512与磁铁513配合对转轴323的转速进行实时测量，并通过数据采集模块111将测得的电压信号传输给运算处理模块112进行实际转速信息处理，并通过电流控制模块115输出电流改变线圈313中的电流大小，从而控制电磁力大小，进而改变进气通道330与通孔12之间重合区域的大小，达到控制压缩空气进入量和气动马达321转速的作用。
一种数字化调速控制的气动磨抛装置的工作方法，包括以下步骤：
步骤1：气动磨抛装置通电后，控制电路110中的电流控制模块115的输出电流为0，线圈313中电流为0，电磁组件未产生磁力作用，在弹性件316的弹性作用下通孔12与进气通道330重合区域大小为0，无压缩空气进入气动马达321；
步骤2：外部控制系统116输入转速指令，经控制电路110中的运算处理模块112计算实现转速指令的需要的电流大小，通过电流控制模块115控制线圈313中产生的电流大小；
步骤3：在电磁组件产生的磁力作用下，阀门活塞315位移滑动，压缩空气通过通孔12与进气通道330产生的重合区域，驱动气动马达321工作；
步骤4：气动马达321带动转轴323开始转动，非接触式位置传感器512与磁铁513配合进行转速测量，并通过数据采集模块111传输给运算处理模块112进行实际转速信息处理，对转速指令进行更新，实现对气动马达321实际转速的控制。
本发明的一种数字化调速控制的气动磨抛装置及其工作方法，通过集成化设计，将控制电路、调速机构以及测速机构集成于气动磨抛装置内部，省去了外置的气路调速机构与控制系统，提升了产品的集成度，大幅减小了设备的总体积、设备与线缆数量，给使用者带来了便利；通过合理的控制电路结构设计，以基于以太网或工业总线的方式实现信号传输，以非接触式位置传感器检测到的转速信息为反馈量，通过基于比例-积分控制算法的速度反馈控制方式进行速度控制，实现了全数字化的气动马达速度控制功能。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种数字化调速控制的气动磨抛装置，其包括装置外壳(1)、开设在所述装置外壳(1)上的进气孔(800)以及设置在所述装置外壳(1)内的驱动机构(320)，其特征在于：气动磨抛装置还包括设置在所述装置外壳(1)内的控制电路(110)、电磁比例调速机构(310)以及测速机构(510)，所述电磁比例调速机构(310)与所述进气孔(800)相连，所述测速机构(510)安装在所述驱动机构(320)上，所述电磁比例调速机构(310)和测速机构(510)均与所述控制电路(110)通过线缆电连接，所述控制电路(110)连接外部电源。
2.按照权利要求1所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述控制电路(110)连接有外部控制系统(116)，所述控制电路(110)包括运算处理模块(112)和与所述运算处理模块(112)电连接的通信模块(113)，所述通信模块(113)通过工业以太网总线实现与所述外部控制系统(116)的通信，获取所述气动磨抛装置的转速指令；所述运算处理模块(112)根据所述通信模块(113)获得的转速指令计算出实现所述转速指令需要的电流大小。
3.按照权利要求2所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述控制电路(110)还包括与所述运算处理模块(112)电连接的电流控制模块(115)，所述电流控制模块(115)与所述电磁比例调速机构(310)电连接，所述电流控制模块(115)根据所述运算处理模块(112)计算出的电流大小对所述电磁比例调速机构(310)进行转速调整。
4.按照权利要求2所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述控制电路(110)还包括与所述运算处理模块(112)电连接的数据采集模块(111)，所述数据采集模块(111)与所述测速机构(510)电连接，所述数据采集模块(111)接收所述测速机构(510)测得的实际转速，并将所述实际转速发送给所述运算处理模块(112)进行实际转速信息处理，所述实际转速信息通过所述通信模块(113)发送至所述外部控制系统(116)。
5.按照权利要求1所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述装置外壳(1)包括电路板外壳(100)，所述控制电路(110)安装在所述电路板外壳(100)内部。
6.按照权利要求1所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述电磁比例调速机构(310)包括线圈(313)和磁力组件，所述磁力组件包括设置在所述线圈(313)内部的动子铁芯(311)和固定在所述线圈(313)外部的定子铁芯(314)，所述动子铁芯(311)上安装有阀门活塞(315)，所述阀门活塞(315)和装置外壳(1)之间设置有弹性件(316)，所述线圈(313)与所述控制电路(110)电连接，所述阀门活塞(315)通过磁力作用进行位移滑动。
7.按照权利要求6所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述驱动机构(320)包括气动马达(321)和设置在所述气动马达(321)外的马达盖板(322)，所述马达盖板(322)与所述进气孔(800)之间设置有进气通道(330)，所述阀门活塞(315)包括密封所述进气通道(330)的密封块(315a)，所述密封块(315a)上开设有通孔(12)，压缩空气从所述进气孔(800)进入，经过所述进气通道(330)和通孔(12)进入所述马达盖板(322)内驱动所述气动马达(321)工作，通过调节所述进气通道(330)与通孔(12)之间的重合区域大小，实现对输入所述压缩空气流量的控制。
8.按照权利要求6所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述装置外壳(1)还包括气动马达外壳(300)和与所述气动马达外壳(300)相连的马达上板(200)，所述驱动机构(320)设置在所述气动马达外壳(300)内，所述气动马达外壳(300)内开设有调节槽(301)，所述电磁比例调速机构(310)安装在所述调节槽(301)内，并与所述马达上板(200)形成磁路闭环。
9.按照权利要求1所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述驱动机构(320)还包括转轴(323)，所述转轴外套设有套筒(511)，所述测速机构(510)包括安装在所述套筒(511)上的非接触式位置传感器(512)和固定在所述转轴(323)上的磁铁(513)，所述非接触式位置传感器(512)与所述控制电路(110)电连接。
10.按照权利要求9所述数字化调速控制的气动磨抛装置，其特征在于：所述装置外壳(1)还包括测速机构外壳(500)和与所述测速机构外壳(500)相连的过渡板(400)，所述测速机构(510)设置在所述测速机构外壳(500)内，所述测速机构(510)安装在所述过渡板(400)上。
11.一种数字化调速控制的气动磨抛装置的工作方法，其特征在于：气动磨抛装置包括驱动机构(320)、控制电路(110)以及与所述控制电路(110)电连接的电磁比例调速机构(310)和测速机构(510)，所述电磁比例调速机构(310)连接有压缩空气，所述控制电路(110)连接有外部控制系统(116)，所述驱动机构(320)包括气动马达(321)、设置在所述气动马达(321)外的马达盖板(322)以及安装在所述气动马达(321)上的转轴(323)，所述马达盖板(322)与所述进气孔(800)之间设置有进气通道(330)，所述电磁比例调速机构(310)包括线圈(313)、磁力组件、以及与所述磁力组件相连的阀门活塞(315)，所述阀门活塞(315)包括密封所述进气通道(330)的密封块(315a)，所述密封块(315a)上开设有通孔(12)，所述线圈(313)与所述控制电路(110)电连接；
所述工作方法包括以下步骤：
步骤1：气动磨抛装置通电后，所述控制电路(110)的输出电流为0，所述线圈(313)中电流为0，所述电磁组件未产生磁力作用，所述通孔(12)与进气通道(330)重合区域大小为0，无压缩空气进入所述气动马达(321)；
步骤2：所述外部控制系统(116)输入转速指令，经所述控制电路(110)处理获得实现所述转速指令的需要的电流大小，并通过所述控制电路(110)控制所述线圈(313)中产生的电流大小；
步骤3：在所述电磁组件产生的磁力作用下，所述阀门活塞(315)位移滑动，所述压缩空气通过所述通孔(12)与进气通道(330)产生的重合区域，驱动所述气动马达(321)工作；
步骤4：所述气动马达(321)带动所述转轴(323)转动，所述测速机构(510)测得所述转轴(323)的实际转速，并所述控制电路(110)进行实际转速信息处理，对转速指令进行更新，实现对所述气动马达(321)实际转速的控制。
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