CN218696672U - 一种高速机床工作状态实时监测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速机床工作状态实时监测电路，包括主控电路、PTC线性电流驱动电路、电压/频率转换电路、电压隔离电路、通道选择电路、放大整形电路、接收/滤波电路、驱动/长度触发电路、开关电源电路和线性稳压电路；所述电压隔离电路包括第一电压隔离电路和第二电压隔离电路；所述通道选择电路包括第一通道选择电路和第二通道选择电路；所述接收/滤波电路包括第一接收/滤波电路和第二接收/滤波电路。本实用新型的高速机床工作状态实时监测电路，具有能够同时对机床的主轴刀的直径、主轴的温升和转速等状态进行实时监控等优点。

Description

一种高速机床工作状态实时监测电路

技术领域

本实用新型涉及一种机床监测装置，尤其是一种用于测量机床主轴刀的直径、主轴的温升和转速的高速机床工作状态实时监测电路。

背景技术

机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用，包括车床、铣床、钻床、镗床、铣床和刨插床等。PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)，又称印刷线路板，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。近年来，在专门化的印制板生产厂家中，机械化、自动化生产已经完全取代了手工操作。高速机床是印制板生产过程中最常用的设备之一。PCB板的生产过程中，常常需要对机床的工作状态进行监控，以确保能够保持高精度加工。机床上的刀具往往安装在主轴上，因此需要对主轴的刀具直径、主轴的转速和主轴的温度变化情况等进行监控，以免因为主轴的情况异常而影响加工精度。

现有技术的主轴转动测量形式是：降速发电脉冲检测(检测主轴电机刹车时的拐点脉冲)；这种测量形式简单，不用安装传感器之类的辅助器件，但只能简单检测主轴电机是否停止转动。

申请号为201220089940.9的中国实用新型公开了一种机床主轴转速检测电路，包括包括依次相连的转速传感单元、信号整理电路、控制单元，转速传感单元安装在机床主轴的齿轮旁，当齿轮的齿接近/远离该取样单元时输出低电平/高电平；所述信号整理电路中包括光电耦合器和施密特触发器，用于隔离传输信号及电平转换，向控制单元发出信号；控制单元用于判断主轴的启动、运行转速测量和刹车器检测控制。该实用新型中，传动箱内主轴齿轮上安装一个传感器，可以实时的检测主轴转动情况，并且在显示板上显示主轴的实时转速，可以精确的判断出什么时间主轴停转并停止刹车。为软启动、节电运行、电子刹车等一系列实用功能提供精确的逻辑运行和判定依据。但是，该机床主轴转速检测电路，只能检测主轴的转速，对于主轴的直径等其他参数无法检测。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种高速机床工作状态实时监测电路，以对机床主轴的速度、刀具直径和主轴温升进行实时监测。

本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。

一种高速机床工作状态实时监测电路，其特点是，包括主控电路、PTC线性电流驱动电路、电压/频率转换电路、电压隔离电路、通道选择电路、放大整形电路、接收/滤波电路、驱动/长度触发电路、开关电源电路和线性稳压电路；

所述电压隔离电路包括第一电压隔离电路和第二电压隔离电路；所述通道选择电路包括第一通道选择电路和第二通道选择电路；所述接收/滤波电路包括第一接收/滤波电路和第二接收/滤波电路；

所述PTC线性电流驱动依次通过电压/频率转换电路、第一电压隔离电路、第一通道选择电路与所述主控电路相连接；

所述放大整形电路依次通过第二电压隔离电路、第二通道选择电路与所述主控电路相连接；

所述第一接收/滤波电路与所述主控电路和第二电压隔离电路相连接，第一接收/滤波电路还通过驱动/长度触发电路连接输出接口；

所述第二接收/滤波电路与所述主控电路和第一接收/滤波电路相连接；

所述开关电源电路与所述第二接收/滤波电路和线性稳压电路相连接；所述线性稳压电路与所述主控电路相连接。

本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的结构特点也在于：

优选地，所述的一种高速机床工作状态实时监测电路还包括与主控电路相连接的上位机通信电路，用于使得主控电路能够与上位机进行数据通信。

优选地，所述主控电路的主控芯片U3为DSPIC33FJ128MC710A。

优选地，所述PTC线性电流驱动电路包括三端稳压芯片U29；所述电压/频率转换电路包括锁相环芯片U30。

优选地，所述第一电压隔离电路包括隔离芯片U34。

优选地，所述通道选择电路包括多路复用开关IC芯片。

优选地，所述放大整形电路包括比较器U32和稳压管D15。

优选地，所述接收/滤波电路包括反相器U40-A、反相器U40-B和接收器U35-A。

优选地，所述开关电源电路包括稳压器芯片U1；所述线性稳压电路包括稳压器芯片U2。

优选地，所述上位机通信电路包括收发器芯片U4。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型公开了一种高速机床工作状态实时监测电路，包括主控电路、PTC线性电流驱动电路、电压/频率转换电路、电压隔离电路、通道选择电路、放大整形电路、接收/滤波电路、驱动/长度触发电路、开关电源电路和线性稳压电路；所述电压隔离电路包括第一电压隔离电路和第二电压隔离电路；所述通道选择电路包括第一通道选择电路和第二通道选择电路；所述接收/滤波电路包括第一接收/滤波电路和第二接收/滤波电路。

本实用新型的高速机床工作状态实时监测电路，具有能够同时对机床的主轴刀的直径、主轴的温升和转速等状态进行实时监控等优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的框图。

图2为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的主控电路的电路图。

图3为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的PTC线性电流驱动电路和电压/频率转换电路的电路图。

图4为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的第一电压隔离电路的电路图。

图5为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的第一通道选择电路的电路图。

图6为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的第二通道选择电路的电路图。

图7为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的放大整形电路的电路图。

图8为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的第一接收/滤波电路的电路图。

图9为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的第二电压隔离电路的电路图。

图10为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的开关电源电路和线性稳压电路的电路图。

图11为本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路的上位机通信电路的电路图。

图12和图13为第二接收/滤波电路的电路图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1-图13，本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路，包括主控电路、PTC线性电流驱动电路、电压/频率转换电路、电压隔离电路、通道选择电路、放大整形电路、接收/滤波电路、驱动/长度触发电路、开关电源电路和线性稳压电路；

所述电压隔离电路包括第一电压隔离电路和第二电压隔离电路；所述通道选择电路包括第一通道选择电路和第二通道选择电路；所述接收/滤波电路包括第一接收/滤波电路和第二接收/滤波电路；

所述PTC线性电流驱动依次通过电压/频率转换电路、第一电压隔离电路、第一通道选择电路与所述主控电路相连接；

所述放大整形电路依次通过第二电压隔离电路、第二通道选择电路与所述主控电路相连接；

所述第一接收/滤波电路与所述主控电路和第二电压隔离电路相连接，第一接收/滤波电路还通过驱动/长度触发电路连接输出接口；

所述第二接收/滤波电路与所述主控电路和第一接收/滤波电路相连接；

所述开关电源电路与所述第二接收/滤波电路和线性稳压电路相连接；所述线性稳压电路与所述主控电路相连接。

本实用新型的一种高速机床工作状态实时监测电路，PTC热敏电阻的信号依次通过PTC线性电流驱动、电压/频率转换电路、第一电压隔离电路、第一通道选择电路与所述主控电路，用于测量主轴温升。主轴转速信号依次通过放大整形电路、第二电压隔离电路和第二通道选择电路输入至主控电路，用于测量主轴转速。直径信号通过第一接收/滤波电路输入主控电路，用于测量主轴直径。编码器信号通过第二接收/滤波电路输入所述主控电路。

具体实施时，所述高速机床工作状态实时监测电路还包括与主控电路相连接的上位机通信电路，用于使得主控电路能够与上位机进行数据通信。

具体实施时，所述主控电路的主控芯片U3为DSPIC33FJ128MC710A。

如图2为本实用新型高速机床工作状态实时监测电路的主控电路的电路原理图，主控芯片U3的型号为DSPIC33FJ128MC710A。图2中仅仅给出了主控芯片U3的引脚图，其外围电路比如，比如晶振、复位电路等见本领域的常规设计。

具体实施时，所述PTC线性电流驱动电路包括三端稳压芯片U29；所述电压/频率转换电路包括锁相环芯片U30。

如图3为所述PTC线性电流驱动电路和电压/频率转换电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图3所示。所述三端稳压芯片U29为LM317LCPK。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2V～37V时，能够提供超过1.5A的电流，此稳压器非常易于使用。

锁相环芯片U30的型号为CD4046。CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽(为3V～18V)，输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。

具体实施时，所述第一电压隔离电路包括隔离芯片U34。

如图4为所述第一电压隔离电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图4所示。隔离芯片U34的型号为ADuM1200B，是双通道数字隔离器，结合高速CMOS和单片变压器技术，这些隔离元件提供了优于光耦器件等替代器件的优异性能。以各种信道配置和数据速率提供两个独立的隔离信道。两个部件都在2.7V到5.5V的电源电压下工作，提供与低压系统的兼容性，并使通过隔离栅的电压转换功能。此外，ADuM1200B提供低脉冲宽度失真(CR级<3ns)和紧密的信道到信道匹配(CR级<3ns)。与其他光耦替代品不同，ADuM12XX隔离器具有专利的刷新功能确保在没有输入逻辑转换和通电/断电条件下的直流正确性。

具体实施时，所述通道选择电路包括多路复用开关IC芯片。

如图5和图6分别为第一通道选择电路包括和第二通道选择电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图5和图6所示。第一通道选择电路包括选择芯片U9和第二通道选择电路包括选择芯片U8。选择芯片U8和选择芯片U9为MC14051B，都是MC14051是美国摩托罗拉公司生产的生产的8选1多路复用开关IC芯片。

如图3-5中，三端稳压芯片U29产生2毫安恒流源驱动线性PTC。PTC在不同温度下产生不同电压，输到锁相环芯片U30进行V/F转换，变成频率脉冲，再经隔离芯片U34和第一通道选择电路的选择芯片U9送到DSP芯片处理。

具体实施时，所述放大整形电路包括比较器U32和稳压管D15。

如图7为放大整形电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图7所示。图6-7中，转速信号经U32-A信号放大后经比较器U32-B转成脉冲经隔离芯片U34和第二通道选择电路的选择芯片U8送到DSP芯片处理。

具体实施时，所述接收/滤波电路包括反相器U40-A、反相器U40-B和接收器U35-A。

如图8为第一接收/滤波电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图8所示。所述反相器U40-A、反相器U40-B均为74HC14。74HC14是一款兼容TTL器件引脚的高速CMOS器件，逻辑功能为6路斯密特触发反相器，其耗电量低，速度快。74HC14实现了6路施密特触发反相器，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号。

接收器U35-A为AM26LS32。AM26LS32Ax器件是四路差分线路接收器，用于平衡和非平衡数字数据传输。启用功能对所有四个接收器都是通用的，并提供高电平有效或低电平有效输入的选择。三态输出允许直接连接到总线组织系统。故障安全设计确保，如果输入打开，输出始终为高。

如图9为第二电压隔离电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图9所示。第二电压隔离电路包括包括光耦U5和缓冲器U7-A。光耦U5为4通道光电耦合器TLP290-4。缓冲器U7的型号为74HC244。74HC244引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。74HC244是八路正相缓冲器/线路驱动器，是一款高速CMOS器件，具有三态输出。该三态输出由输出使能端1OE和2OE控制。任意nOE上的高电平将使输出端呈现高阻态。74HC244与74HC240逻辑功能相似，只不过74HC244带有正相输出。

直径信号经接收器U35-A差动接收后，经反相器U40-A和U40-B滤波整形处理后送DSP主控芯片处理。同时，直径信号经接收器U35-A差动接收后，还经缓冲器U7-A输出驱动光耦U5输出，用于长度触发。

具体实施时，所述开关电源电路包括稳压器芯片U1；所述线性稳压电路包括稳压器芯片U2。

如图10为开关电源电路和线性稳压电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图10所示。所述稳压器芯片U1为LM2596S。稳压器芯片U2为TC2117。

LM2596S-ADJ是一款降压稳压器，采用TO-263封装方式。LM2596是降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。TC2117为低压降电压稳压器，输出电压3.3V。

如图10，开关电源电路包括芯片U1，二极管D1、D2，电感T1，电容C1、C2、C3、C4、C6、C7等器件。二极管D1的正极与外部电源联接，D1的负极与芯片U1的1脚，并与电容C1、C4的正极相连接；芯片U1的3脚、5脚接地；芯片U1的2脚与快恢复二极管D2、电感T1相连接；芯片U1的4脚与电感T1、电容C2、C6联接，作为+5V输出端。芯片U2的3脚接+5V，U2的1脚接地，U2的2脚接C3和C7并输出+3.3V。

具体实施时，所述上位机通信电路包括收发器芯片U4。

如图11为上位机通信电路的电路原理图，其中各电路元器件的连接关系如图11所示。收发器芯片U4为LT1785。LT1785是面向RS485和RS422应用的半双工和全双工差分总线收发器，这些器件具有针对数据传输线路上过压故障的片内保护电路。

图12和图13为第二接收/滤波电路的电路图，其中各电路元器件的连接关系如图12-13所示。如图12，第二接收/滤波电路包括芯片U38-A、U38-B、U38-C、U36-A、U36-B、U37-AU37-B和U37-C。位置编码器信号经U38-A、U38-B、U38-C差动接收后，再经U36-A、U36-B输出到DSP芯片处理，同时还经U37-A、U37-B和U37-C输出到控制卡。

U38-A、U38-B、U38-C的型号为AM26LS32。U37-A、U37-B和U37-C的型号为AM26LS31。U36-A、U36-B的型号为74HC244。

AM26LS31是TI出品的一款四通道差分驱动芯片，单5V供电，兼容TTL电平,并可用作RS422通讯接口。

本实用新型中，检测主轴刀的直径信号、主轴的温度信号和转速信号，经过不同的电路模块输入至主控芯片DSPIC33FJ128MC710A中，经主控芯片处理后上传至上位机进行显示和存储，使得工作人员能够实时观测到机床的工作状态。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，包括主控电路、PTC线性电流驱动电路、电压/频率转换电路、电压隔离电路、通道选择电路、放大整形电路、接收/滤波电路、驱动/长度触发电路、开关电源电路和线性稳压电路；

所述电压隔离电路包括第一电压隔离电路和第二电压隔离电路；所述通道选择电路包括第一通道选择电路和第二通道选择电路；所述接收/滤波电路包括第一接收/滤波电路和第二接收/滤波电路；

所述PTC线性电流驱动依次通过电压/频率转换电路、第一电压隔离电路、第一通道选择电路与所述主控电路相连接；

所述放大整形电路依次通过第二电压隔离电路、第二通道选择电路与所述主控电路相连接；

所述第一接收/滤波电路与所述主控电路和第二电压隔离电路相连接，第一接收/滤波电路还通过驱动/长度触发电路连接输出接口；

所述第二接收/滤波电路与所述主控电路和第一接收/滤波电路相连接；

所述开关电源电路与所述第二接收/滤波电路和线性稳压电路相连接；所述线性稳压电路与所述主控电路相连接。

2.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，还包括与主控电路相连接的上位机通信电路，用于使得主控电路能够与上位机进行数据通信。

3.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述主控电路的主控芯片U3为DSPIC33FJ128MC710A。

4.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述PTC线性电流驱动电路包括三端稳压芯片U29；所述电压/频率转换电路包括锁相环芯片U30。

5.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述第一电压隔离电路包括隔离芯片U34。

6.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述通道选择电路包括多路复用开关IC芯片。

7.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述放大整形电路包括比较器U32和稳压管D15。

8.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述接收/滤波电路包括反相器U40-A、反相器U40-B和接收器U35-A。

9.根据权利要求1所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述开关电源电路包括稳压器芯片U1；所述线性稳压电路包括稳压器芯片U2。

10.根据权利要求2所述的一种高速机床工作状态实时监测电路，其特征是，所述上位机通信电路包括收发器芯片U4。

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