CN201322665Y - 金属压力加工的冲击力动态监测记录装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属压力加工的冲击力动态实时监测装置，特别是锻造及冲压设备中的模具预备挤压原料之间的工作压力负荷及质量实时监测装置。它由内部控制电路和单片机外围扩展电路组成。内部控制部分包括开关电源、压电式传感器、电荷放大器并依次经过RC限幅检波电路和A/D转换器与单片机连接，单片机作为核心控制LCD驱动模块使液晶显示屏显示相关图像及机床重要工作参数。单片机外围扩展电路包括键盘响应电路、打印机、RS－232/485通讯电路和超限报警电路组成。本实用新型具有使用方便，成本低，不占空间的特点；不仅可以保护机械设备和模具，还可以提高产品的质量，节约维修时间，降低生产成本。

Description

金属压力加工的冲击力动态监测记录装置

技术领域

本实用新型涉及锻造及冲压行业的一种压力成形过程冲击力波形动态实时监测装置，能够通过监测机床工作过程参数实现产品质量控制，通过历史数据记录追踪分析改进提升产品质量，属机械自动化检测技术领域。

技术背景

目前，在金属加工领域，尤其是在锻造以及冲压工业，普遍使用超声斜射横波及直射纵波检测，扫描电镜观察，磁粉检测，图像边缘检测等技术。产品的检测在生产过程完成后，不能及时发现生产过程中的问题，容易生产出大量的次品，甚至造成模具的永久损坏。在锻造及冲压行业中，目前尚无可行的在线监测产品质量的装置。在某些场合下，模具损坏现象相当严重，产品的次品率相对较高，难以及时发现机床故障并报警，以及时采取相应措施。

设计出能应用于实际生产过程中，以实现对产品质量追踪，及时发现机械故障的在线监测系统是金属压力加工行业的重要课题。

发明内容

为了对锻件及冲压件进行产品质量追踪并发现机械故障，本实用新型公开了一种在线监测系统，其所要解决的技术问题是，提供一种成本较低的产品质量在线监测装置，使其能够简单方便的安装在锻压机床上，使后台监测系统可以动态获得监测模具与被挤压原料之间的工作压力负荷，根据冲击力与产品质量的对应关系，实时监测并记录产品质量状况，并通过液晶显示屏将信息在线直观显示出来，方便机床操作人员观察。本实用新型可及时发现问题机床，防止模具损坏，对次品报警，减少批量产品的次品率，不仅可以保护机械设备和模具，还可以提高产品的质量，节约维修时间，降低生产成本。

为实现以上目的，本实用新型的监测原理是通过监测机床的冲击力能量来在线监测产品质量。

它包括内部控制部分：压电式传感器(1)、电荷放大器(2)、限幅检波电路(3)、A/D转换电路(4)、单片机(5)、LCD驱动模块(6)及液晶显示屏(7)、开关电源(8)；

单片机外围扩展电路部分：键盘电路(12)、打印机接口(9)、RS-232/485通讯电路(10)和超限报警电路(11)

其特征是所述的内部控制电路部分主要包括三大部分：

A、工作负荷实时测控部件：压电式传感器(1)电荷-电压转换部件：电荷放大器(2)限幅检波电路(3)

B、单片机信号处理部分：数据运算、A/D转换、LCD驱动、键盘响应C、输出部分：工作参数记录、显示、通讯

电荷放大器(2)与压电传感器(1)连接，传感器(1)的输出信号经电荷放大器(2)变为电压信号；电荷放大器(2)的输出端与限幅检波电路(3)连接，将实现高频信号的调幅包络。

压电式传感器安装于与冲击力一致的轴向，实时采集不规则的冲击力形态。单片机外围扩展电路支持冲击力历史记录及打印输出，可通过键盘设定装置初始参数，通过RS-232/485等通讯接口在线对监测装置进行软件升级

本实用新型由安装于机床床身的高灵敏度压电式传感器、电荷放大电路、限幅检波电路、A/D转换电路、LCD驱动显示电路、RS-232/485接口电路、键盘电路及超限报警电路组成。首先根据各种机械设备的基本原理和机械结构，正确的选择监测位置(无须在原设备上进行大大改动，锻造及冲压机械尽量位于模具对撞的轴向)，将高灵敏度压电式传感器安装在相应的监测位置上。根据不同的冷加工机械，设置特定使用的监测限度，这样传感器就会实时采集模具与被挤压原料之间的工作压力负荷，将不规则的冲击力形态侦测出来。

机床冲击力信号为高频高次谐波，形态不规则，不易监测其能量。将电容器和负载电阻并联，与电荷放大器相连形成RC包络检波电路，得到波形包络线，进入A/D转换器进行采样和数据处理。键盘电路作用是根据具体设备的参数和用户的不同要求调出相关的产品记录和传输、调整装置灵敏度、设置基本参数等。为方便用户在线观察产品质量情况，本实用新型设有压力成形过程冲击力动态波形LCD显示驱动电路。根据机械设备运行的情况，记录下的相应统计结果，在液晶显示屏显示相应的负荷波形，并设有工作时间、产品数量统计、设备生产速度等参数记录、显示。机械设备在生产过程中以此为标准进行生产，如果此负荷波形发生异常，装置会自动报警或者自动关闭机械设备电源，此时说明生产过程中有问题被及时发现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为安装示意图

图2为总体电路原理框图

图3为单片机外围扩展原理框图

具体实施方式

本实用新型的冲击力实时监测显示系统以压电效应为基础，包括内部控制电路和单片机外围扩展电路组成。

如图1所示，冲击力实时监测系统在机械结构安装方面，关键在于压电式传感器的安装位置。对于一般的金属压力加工设备应尽量安装于与两模具的同轴的中心线方向。其显示屏可根据不同机床的机构和工人的操作习惯进行灵活的安装，显示屏不占用机床空间。

如图2所示，为本实用新型的内部系统原理框图。本实用新型的电源由工业交流电和开关稳压电源组成的电源组件提供。采用压电式传感器(1)将模具冲击力信号转化为电荷量，对形态不规则的冲击力信号进行采集。冲击力大小直接决定产品质量，由于机床过程伴随着周期性振动等不平稳因素，每次模具的对撞力大小不同。采用压电式传感器完成了对冲击力信号的实时在线采集。

压电式传感器(1)的输出信号直接与电荷放大器(2)相连。本实用新型采用仪表放大器AD623，其输入阻抗为2GO而输出阻抗极小，将高阻抗的电荷量转化为低阻抗的电压量，对信号进行了优化。同时，进行了单电源供电优化设计，+3.0～+12V供电就能达到最佳性能，且功耗仅650mW。采用可调电位器调节运算放大器增益，可根据不同机床的冲击力大小调节信号增益。

限幅检波电路(3)与电荷放大器(2)输出端相连。通过电容与电阻并联再与二极管(MBR20100)串联形成的限幅检波电路，对高频形状不规则的信号进行包络检波，得到信号的包络线。限幅检波电路(3)的输出端与单片机(5)内的A/D转换器4相连，将电压信号转换为离散的数字信号，进入单片机(5)处理。单片机(5)通过软件控制LCD驱动模块(6)在液晶显示屏(7)上动态显示出冲击力的幅值及包络波形、机床生产速度、次品数量等重要信息。

如图3所示，本实用新型以单片机为核心的外围扩展电路，包括键盘电路(12)、打印机接口(9)、RS-232/485通讯电路(10)和超限报警电路(11)。主要完成信号正常幅值设定、产品质量记录打印、超限报警等工作。首先用户必须根据不同的锻压机械的模具对撞力大小及标准，利用单片机扩展键盘显示接口，人机交互的设定正常冲击力幅度及包络能量范围。打印机可及时打印出单片机记录下的一批产品的冲击力数据，以便用户分析和改进机床机构，提高生产质量和效率。RS-232/485通信接口能够在线对监测装置进行软件升级，方便进一步处理并优化测量数据。

Claims (2)

1.一种金属压力加工的冲击力动态监测记录装置，它包括内部控制部分：压电式传感器(1)、电荷放大器(2)、限幅检波电路(3)、A/D转换电路(4)、单片机(5)、LCD驱动模块(6)及液晶显示屏(7)、开关电源(8)；

单片机外围扩展电路部分：键盘电路(12)、打印机接口(9)、RS-232/485通讯电路(10)和超限报警电路(11)

其特征是所述的内部控制电路部分主要包括三大部分：

A、工作负荷实时测控部件：压电式传感器(1)电荷-电压转换部件：电荷放大器(2)限幅检波电路(3)

B、单片机信号处理部分：数据运算、A/D转换、LCD驱动、键盘响应

C、输出部分：工作参数记录、显示、通讯

电荷放大器(2)与压电传感器(1)连接，传感器(1)的输出信号经电荷放大器(2)变为电压信号；电荷放大器(2)的输出端与限幅检波电路(3)连接，将实现高频信号的调幅包络。

2.根据权利要求1所述的金属压力加工的冲击力动态监测记录装置，其特征是：压电式传感器安装于与冲击力一致的轴向，实时采集不规则的冲击力形态。

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