CN210666398U - 一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置 - Google Patents

Abstract

一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，包括电源模块、运动控制器单元、网络传输人机交互单元、弯曲度信号检测单元、脉冲控制单元和速度自适应控制单元，所述速度自适应控制单元、网络传输人机交互单元、弯曲度信号检测单元和脉冲控制单元均与所述运动控制器单元连接，所述运动控制器单元、速度自适应控制单元和脉冲控制单元均与所述电源模块连接。本实用新型采用单元化的设计思维，单元之间组装便捷，掉电后能够直接插拔各个接口，可扩展性好，集成度高，且速度可自适应控制，提高了校直精度和速度。

Description

一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置

技术领域

本实用新型涉及工业自动化领域中的校直行业，适用于各种圆形轴承零件和圆钢、圆铜的校直机机器的控制装置。

背景技术

随着社会的发展，机械化时代的进步，各种机器设备的使用越来越多，那么各种机械轴承，圆钢等零件的需求也越来越多，且弯曲度的要求也越来越小，零件的校直精度也越来越小。随着机械设备对圆轴类零件产品质量的要求越来越高，市场需求量的增加以及圆轴校直机对环境影响的要求越来越严格，圆轴校直机行业对生产设备的自动化水平、生产效率以及产品精度提出了越来越高的要求，传统的人工校直机已越来越不适用现在的社会需求。

发明内容

为了克服传统校直机控制系统装置集成度低、生产效率低、产品精度不高以及对环境污染严重等不足，本实用新型提供了一种以主轴加速度反馈的速度自适应的集成度高、可控性强、精度高、以及能迅速校直的集成式圆轴校直机控制装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，包括用于供电的电源模块、用于控制圆轴校直机工作模式和工作状态的运动控制器单元、用于控制圆轴校直机与PC机软件连接和显示圆轴校直机工作状态及下发相关操作指令的网络传输人机交互单元、用于检测轴类零件弯曲度的弯曲度信号检测单元、用于驱动圆轴校直机伺服电机工作的脉冲控制单元和用于反馈主轴加速度控制主轴速度的速度自适应控制单元，所述速度自适应控制单元、网络传输人机交互单元、弯曲度信号检测单元和脉冲控制单元均与所述运动控制器单元连接，所述运动控制器单元、速度自适应控制单元和脉冲控制单元均与所述电源模块连接。

进一步，所述运动控制器单元包括核心控制板、网络传输模块、 USB更新模块、脉冲控制模块、原点报警等信号检测模块、输出控制驱动模块、加速度检测反馈模块、弯曲度信号放大跟随模块、数据存储模块和电源模块，所述电源模块选用24V和5V开关电源。

再进一步，所述核心控制板主控芯片为STM32H742IIT6微控制器，所述数据存储模块是以存储工作参数的24LC16存储单元，所述脉冲控制模块包含型号为74HC245D的驱动芯片，具有较好的兼容性和可扩展性，可用来直接控制步进或者伺服电机。

更进一步，所述网络传输人机交互单元包含所述网络传输模块，与所述运动控制器模块相连接，通过TCP/IP协议进行数据的传输实现人机交互。

再进一步，所述弯曲度信号检测单元包含所述弯曲度信号放大跟随模块，所述弯曲度信号检测单元采用millay品牌的PM11位移传感器，且通过所述弯曲度信号放大跟随模块型号为LM124DR芯片设计的放大跟随电路与所述运动控制器模块相连接传递信号。

更进一步，所述速度自适应控制单元包含加速度检测反馈模块，且所述加速度检测反馈模块包含型号为MPU-6050芯片与所述运动控制器模块相连接，通过I2C协议进行数据的传送实现速度实时反馈来自适应改变速度。

所述运动控制器单元与所述网口模块、USB更新模块和数据存储模块连接，同时所述运动控制控制器模块与所述输出驱动和原点报警等信号检测模块连接。所述运动控制器模块从所述网络传输模块读取所要校直的圆轴类零件形状参数，并将得到零件形状数据临时存入所述核心控制板主控芯片为STM32H742IIT6微控制器自身内部存储区中；所述运动控制控制器模块能够通过所述USB更新模块实现对运动控制器模块的控制程序版本进行升级操作。

本实用新型的技术构思为：所述运动控制器单元从所述网络传输人机交互模块接收PC机软件发送的需要校直圆轴类零件的形状数据并将数据保存在所述核心控制板主控芯片为STM32H742IIT6微控制器自身内部存储区中元。所述运动控制器单元接收到PC机软件通过所述的网络传输模块发送的开始校直命令后，所述脉冲控制模块向步进电机或者伺服电机的伺服器发送控制命令，让圆轴校直机的旋转轴自动旋转一周；与此同时，所述的弯曲度信号检测单元实时检测记录旋转轴旋转一周时圆轴各个检测点及对应的每个角度对应的弯曲度信号，并通过所述弯曲度信号放大跟随模块将采集的弯曲度信号传递给所述STM32H742IIT6核心控制板，且将数据通过所述网络传输模块传给PC及软件；之后，通过对弯曲度信号的分析，找到不符合精度要求的信号最大检测点及此时其对应的旋转轴的角度，并通过所述脉冲控制模块向发送控制命令，让旋转轴旋转到不符合精度的信号最大检测点对应的角度，通过自学习和模糊PID等算法计算得到此检测点的校直点位置；接着，所述核心控制板控制所述输出驱动模块，控制找到的检测点两端的支撑点抬起来支撑圆轴；最后，所述脉冲控制模块向发送控制命令，让圆轴校直机的带有负载校直轴运动到校直点位置对检测点进行校直。且圆轴校直的校直轴整个运动过程中，采用了速度自适应控制单元，包含所述加速度反馈检测模块，对校直轴运动的加速和速度进行实时检测，并利用校直轴减速阶段的速度控制算法自适应控制校直轴减速阶段的速度，防止抖动、减少冲击力，保证校直的精确度。如此进行循环下去，直至整个圆轴全部校直到符合要求的精度位置。在校直过程中，所述运动控制器单元与PC机软件通过网络传输模块进行通信，可改变机器的工作状态；在校直前或校直后，通过网络传输模块实现对圆轴校直机相关工作参数设定和修改、工作状态信息的显示、所述弯曲度信号检测单元检测的弯曲度信号和旋转轴旋转角度实时显示以及操作命令的下发。所述核心控制板通过所述原点报警等信号检测模块避免圆轴校直机工作时发生碰撞；当圆轴校直机工作遇到障碍物时，所述控制器模块会给所述脉冲控制模块发送暂停校直的指令，并在所述PC机软件上显示报警信息；排除障碍物以后，可通过所述上位机软件发送取消报警指令以及继续校直的指令，继续完成校直操作。所述运动控制器单元能够通过所述USB更新模块实现控制程序的远程安装和版本更新升级等功能。

本实用新型的有益效果表现在：整个系统采用模块化设计，脉冲控制模块，弯曲度信号放大跟随模块、加速度反馈检测模块、输出控制模块、USB更新模块、网络传输模块与运动控制器单元之间组装便捷，掉电后能够直接插拔各个接口；能够实现圆轴任意检测点弯曲度信号的采集、放大跟随；能够实现圆轴校直机校直轴减速阶段速度自适应规划，消除抖动，减少冲击力，提高了校直机的精度；能够实现各轴运动快速提速，提高了圆轴校直机的工作效率；能够实现控制程序的远程管理和版本更新升级等功能；具采用基于C#的PC机软件，界面简单直观，操作方便，能够满足不同场合下的控制需求。

附图说明

图1是一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置的架构框图。

图2是圆轴校直机运动控制器单元的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1和图2，一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，集运动控制和网络传输人机交互单元控制于一体，包括运动控制器单元、网络传输人机交互单元、速度自适应控制单元、脉冲控制单元、弯曲度信号检测单元和电源模块，所述速度自适应控制单元、脉冲控制单元、网络传输人机交互单元和弯曲度信号检测单元均与所述运动控制器单元连接，所述运动控制器单元、速度自适应控制单元和脉冲控制单元均与所述电源模块连接。

如图2所示，所述运动控制器单元包括核心控制板、数据存储模块、加速度检测反馈模块、输出控制驱动模块、原点报警等信号检测模块、弯曲度信号放大跟随模块、USB更新模块、网络传输模块、脉冲控制模块和电源模块，所述电源模块选用24V/5V开关电源。

进一步，所述核心控制板主控芯片为STM32H742IIT6微控制器。

再进一步，所述数据存储模块包括用以存储圆轴校直机相关工作参数的24LC16数据存储单元。

再进一步，所述脉冲控制模块基于74HC245D芯片的驱动伺服电机驱动器或者步进电机驱动器，主要用于控制圆轴校直机校直轴(P 轴)和旋转轴(R轴)运动的机头运动控制驱动器和控制校直机中待校直零件的左右移动横轴(T轴)运动控制驱动器。

再进一步，所述网络传输模块包括一个用于PC机软件与圆轴校直机运动控制器连接而进行人机交互数据传输的网口芯片，用来实现设置圆轴校直机运行参数、发送待校直零件的形状参数、下发操作命令以及显示圆轴校直机待校直零件各检测点弯曲度、旋转轴旋转角度、工作状态和报警等信息功能。

再进一步，所述USB更新模块支持USB2.0通信协议，所述核心控制板可以通过USB更新模块读取程序升级bin文件，实现对控制程序的远程安装和版本更新升级等功能。

再进一步，所述弯曲度信号放大跟随模块包含LM124运算放大芯片，将传感器检测到的信号经过运放后传给所述核心控制板，实现对待校直圆轴类零件的弯曲度检测。

再进一步，所述原点报警等信号检测模块用于对圆轴校直机校直轴(P轴)、旋转轴(R轴)和移动横轴(T轴)复位点以及报警、限位等信号检测。

再进一步，所述输出控制驱动模块用于对校直点的支撑点、气泵和相关继电器等的控制。

再进一步，所述加速度检测反馈模块利用陀螺仪MPU-6050芯片，检测校直轴的加速度和速度，自适应控制校直轴的速度，及自适控制减速阶段的时间，减少校直轴负载过大产生的冲击力。

再进一步，为保证圆轴校直机控制装置各模块的正常稳定工作，所述电源模块采用24V/5V开关电源。所述核心控制板、加速度检测反馈单元和脉冲控制模块可根据需要将电源模块供给的24V/5V电源转换为各自所需要的工作电压。

本实施例中，整个系统采用模块化设计，脉冲控制模块，弯曲度信号放大跟随模块、加速度反馈检测模块、输出控制模块、USB更新模块、网络传输模块与运动控制器单元之间组装便捷，掉电后能够直接插拔各个接口；能够实现圆轴任意检测点弯曲度信号的采集、放大跟随；能够实现圆轴校直机校直轴减速阶段速度自适应规划，消除抖动，减少冲击力，提高了校直机的精度；能够实现各轴运动快速提速，提高了圆轴校直机的工作效率；能够实现控制程序的远程管理和版本更新升级等功能；具采用基于C#的PC机软件，界面简单直观，操作方便，能够满足不同场合下的控制需求。

Claims (6)

1.一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，其特征在于，所述控制装置包括用以发送待校直零件的形状参数、下发操作命令以及显示圆轴校直机待校直零件的弯曲度、旋转轴旋转角度、工作状态和报警等信息的网络传输人机交互单元，用以控制圆轴校直机工作模式及工作状态的运动控制器单元，用于检测待校直圆轴零件的弯曲度的弯曲度信号检测单元，用以驱动圆轴校直机伺服/步进电机工作的脉冲控制模块，用于在校直过程中实时控制校直轴运动速度的速度自适应控制单元和用以供电的电源单元，所述网络传输人机交互单元、弯曲度信号检测单元、速度自适应控制单元和脉冲控制单元分别与所述运动控制器单元连接，所述运动控制器单元、速度自适应控制单元和脉冲控制单元均与所述电源单元连接。

2.如权利要求1所述的一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，其特征在于：所述运动控制器单元包括核心控制板、网络传输模块、USB更新模块、脉冲控制模块、原点报警等信号检测模块、输出控制驱动模块、加速度检测反馈模块、弯曲度信号放大跟随模块、数据存储模块和电源模块，所述电源模块选用24V/5V开关电源。

3.如权利要求2所述的一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，其特征在于：所述核心控制板主控芯片为STM32H742IIT6微控制器，所述数据存储模块包括用以存储工作参数的24LC64存储单元，所述脉冲控制模块包括74HC245D驱动芯片，所述74HC245D驱动芯片与所述核心控制板连接。

4.如权利要求2所述的一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，其特征在于：所述加速度检测反馈模块包含陀螺仪MPU-6050，来实时检测校直轴加速度，自适应控制速度，与所述核心控制板连接。

5.如权利要求2所述的一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，其特征在于：所述弯曲度信号放大跟随模块包括PM11位移传感器和LM124运放电路，所述PM11位置传感器与所述LM124运放电路连接，所述运放电路与所述核心控制板连接。

6.如权利要求2～5之一所述的一种集成式自适应速度圆轴校直机控制装置，其特征在于：所述网络传输人机交互单元包含所述网络传输模块，与所述运动控制器单元相连接。

Images