CN2836964Y

CN2836964Y - 印刷电路板钻床用刀具位置测量装置

Info

Publication number: CN2836964Y
Application number: CN 200520065065
Authority: CN
Inventors: 蔡向林; 周启发; 戴松协; 郭养伟; 林俊钦
Original assignee: Huizhou Timax Da Ya Bay Electronics & Machinery Co Ltd
Current assignee: Huizhou Timax Da Ya Bay Electronics & Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2015-09-23

Abstract

印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，其电路包括Z轴信号触发锁存电路及依序联接的主轴电容、振荡电路、波形整形及电平变换电路、单片机控制电路、输出电路、DC/DC变换电源电路，各电路均为通用或经典电路。因高速印刷电路板钻床主轴为气浮轴承主轴，气浮轴承的转子与定子互不接触且其间是空气介质，具有电容特性，而刀具与转子在电气上是相通的，故利用Z轴的电容特性来检测刀具位置。本实用新型在利用位置判断实现快钻功能的同时，还利用刀具在两个孔位间换位的间隙即可判断刀具是否发生断刀现象，还可利用位置判断实现钻头进行钻孔深度控制的钻盲孔功能。

Description

印刷电路板钻床用刀具位置测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，特别是指一种用于印刷电路板钻床的在线电容式刀具位置测量装置。

背景技术

现行印刷电路板钻床所上应用的刀具位置测量装置中电路的工作原理(见图1)是，把接近开关安装在印刷电路板PCB钻床的压脚上，当压脚接触工件时受力回压，从而接近开关有输出，此输出信号被送到主轴位置触发装置，由此得知压脚接触工件时的位置，而主轴刀具的下端一般缩进压脚下端面内1毫米左右，以此间接地得知主轴刀具的当前位置并自动判断、确定每次钻孔时主轴的起钻位置，实现快钻功能。但利用此刀具位置测量装置的前提是刀具必须是完整的即不能出现断刀现象，一旦发生断刀现象则无法测知刀具的具体位置。

实用新型内容

本实用新型需解决的问题是提供一种可直接测量出刀具与工件接触位置的印刷电路板钻床用刀具位置测量装置。

根据上述问题设计了一种印刷电路板钻床刀具位置测量装置，该测量装置的电路包括Z轴位置信号触发锁存电路，还包括依序联接的主轴电容、振荡电路、波形整形及电平变换电路、单片机控制电路、输出电路，以及为整个电路提供电源的电源电路，所述各电路均为通用或经典电路。

其中，电源电路为一DC/DC变换电路，该电路包括二极管D5、D6、电感L1、电容C8、C9、电解电容C7、芯片U3，二极管D5的正极与外部电源联接，D5的负极与电解电容C7的正极、芯片U3的1脚相联，芯片U3的2脚与快恢复二极管D6的负极、电感L1的一端相联，电感L1的另一端与电解电容C8的正极、电容C9一端、芯片U3的4脚、电源输出端相联。

振荡电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、电容C1、电压比较器U1-A、稳压二极管Z2和外接插口J1-1，主轴电容插接其上的外接插口J1-1与电容C1的一端、稳压二极管Z2的负极、电压比较器U1-A的2脚联接，稳压二极管Z2的正极、电容C1的另一端接地，电阻R1、R3串联并为电压比较器U1-A的2脚提供偏置电压，电阻R4、R5串联并为电压比较器U1-A的3脚提供偏置电压，电压比较器U1-A的1脚输出并与起负反馈作用的电阻R2的一端、波形整形及电平变换电路联接，电阻R2的另一端与电压比较器U1-A的3脚联接。

波形整形及电平变换电路包括电压比较器U1-B、电阻R6、R7、R8，电压比较器U1-B的5脚与U1-A的脚1联接，电阻R6、R7串联并为电压比较放大器U1-B的6脚提供偏置电压，电压比较器U1-B的7脚与电阻R8、单片机U2的2脚联接。

单片机控制电路包括单片机U2、晶振Y1、电容C5、C6、电解电容C4、电阻R13、R14、二极管D2，单片机U2的4脚与由二极管D2、电阻R13、R14、电解电容C4组成的单片机复位电路联接，单片机U2的1脚与Z轴位置信号触发检测电路联接，单片机U2的13脚与输出电路联接。所述的输出电路包括电阻R16、光耦器件D3和外接插口J2-4，电阻R16的一端和单片机U2的13脚联接，另一端与光耦器件D3的1脚联接，光耦器件D3的3脚通过外接插口J2-4与Z轴信号触发锁存电路联接。

Z轴位置信号触发检测电路包括光耦器件D1、电容C2、C3电阻R9、R10、R11、R12和稳压二极管Z1，电阻R10分别与电源电路和光耦器件D1的脚4联接，电容C2位于光耦器件脚3、脚4之间，单片机U2脚1通过电阻R9与光耦器件的脚4联接，光耦器件的脚1通过电阻R11与稳压二极管Z1的正极联接，Z1的负极与外接插口J2-3、电阻R12、电容C3联接。可见，该电路具有向单片机控制电路进行信号反馈的性质。

本实用新型充分利用高速印刷电路板钻床Z轴(即主轴)均为气浮轴承Z轴的特性来进行刀具位置测量，原理是气浮轴承的转子与定子是不接触的且其间是空气介质，从而具有电容特性，同时刀具与转子在电气上是相通的，故利用Z轴的电容特性来检测刀具位置。由此，本实用新型在实现了现行利用位置判断完成快钻功能的同时，还利用刀具在两个孔位间换位的间隙即可判断刀具是否发生断刀现象，以及利用位置判断实现测量钻头进钻深度的钻盲孔功能。

附图说明

附图1是现有技术的刀具位置测量装置电路原理方框示意图；附图2是本实用新型的刀具位置测量装置电路原理方框示意图；附图3是附图2中DC/DC电路的电路原理示意图；附图4是附图2中振荡电路和波形整形及电平变换电路的电路原理示意图；附图5是附图2中单片机控制电路及输出电路的电路原理示意图；附图6是附图2中Z轴位置信号触发检测电路的电路原理示意图。

具体实施方式

由于现有技术实际上测出的是压脚刚接触工件时的位置，而不是直接测出刀具的位置，即是间接计算出刀具位置，所以不能准确实时反映出刀具接触工件的位置和状态，仅能提供快钻功能。本实用新型的思路就是提供一种实现在线直接式测量刀具位置的设计方案，所借助的就是钻床Z轴气浮式轴承的电容特性。本实用新型的工作过程是，刀具一与工件表面接触(当然工件表面是导电的)，就相当于把主轴电容加在了振荡电路上并造成了振荡频率的变化，这一变化被对电路频率进行侦测的单片机电路监测到，则单片机电路输出一个脉冲信号去触发主轴位置触发锁存电路，从而得知刀具所接触的工件表面的坐标位置。

从图2可见，本实用新型从主轴电容获得电容变化的信号后，先后通过振荡电路、波形整形及电平变换电路并由单片机控制电路在获得Z轴信号触发检测和输出电路的反馈后向Z轴信号触发锁存电路发出指令，当然还有为整个电路提供电源的电源电路。在此，各电路均为通用或经典电路，现仅列举一种电路原理图示例并加以说明。

图3给出了一采用DC/DC变换电路的电源电路，由外接的24伏电源VCC变换成5伏电源VEE。该电路包括图示的二极管D5、D6、电感L1、电容C8、C9、电解电容C7、芯片U3，二极管D5的正极与外部电源联接，D5的负极与电解电容C7的正极、芯片U3的1脚相联，芯片U3的2脚与二极管D6的负极、电感L1的一端相联，电感L1的另一端与电解电容C8的正极、电容C9一端、芯片U3的4脚、电源输出端相联。由此在保证了对输入直流降压的同时，也保证了输出直流电压的稳定。

图4给出了振荡电路和波形整形及电平变换电路的示例。其中，振荡电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、电容C1、电压比较器U1-A、稳压二极管Z2和外接插口J1-1，引入主轴电容的外接插口J1-1与电容C1的一端、稳压二极管Z2的负极、电压比较器U1-A的2脚联接，稳压二极管Z2的正极、电容C1的另一端接地，电阻R1、R3串联并为电压比较器U1-A的2脚提供偏置电压，电阻R4、R5串联并为电压比较器U1-A的3脚提供偏置电压，电压比较器U1-A的1脚输出经比较后的电压信号并与起负反馈作用的电阻R2的一端、波形整形及电平变换电路联接，电阻R2的另一端与电压比较器U1-A的3脚联接。波形整形及电平变换电路包括电压比较器U1-B、电阻R6、R7、R8，电压比较器U1-B的5脚与U1-A的脚1联接，电阻R6、R7串联并为电压比较器U1-B的6脚提供偏置电压，电压比较器U1-B的7脚与电阻R8、单片机U2的2脚联接。

图5是单片机控制电路及输出电路示例。该控制电路包括单片机U2、晶振Y1、电容C5、C6、电解电容C4、电阻R13、R14、二极管D2，单片机U2的4脚与由二极管D2、电阻R13、R14、电解电容组成的偏置电路联接，单片机U2的1脚与Z轴位置信号触发检测电路联接，单片机U2的13脚与输出电路联接。输出电路包括电阻R16、光耦器件D3和外接插口J2-4，电阻R16的一端和单片机U2的13脚联接，另一端与光耦器件D3的1脚联接，光耦器件D3的3脚通过外接插口J2-4与主轴信号触发锁存电路联接。

图6中是向单片机提供反馈信号的Z轴位置信号触发检测电路。该电路包括光耦器件D1、电容C2、C3电阻R9、R10、R11、R12和稳压二极管Z1，电阻R10分别与电源电路和光耦器件D1的脚4联接，电容C2位于光耦器件脚3、脚4之间，单片机U2脚1通过电阻R9与光耦器件的脚4联接，光耦器件的脚1通过电阻R11与稳压二极管Z1的正极联接，Z1的负极与外接插口J2-3、电阻R12、电容C3联接。

在实际加工的操作过程中，当Z轴带着钻头下降进行加工或完成加工后上升、移位时，都伴随着主轴电容的变化，该电容量值的变化立即被振荡电路所采集并导致振荡频率发生变化，再经波形整形及变换电路处理后输入到单片机控制电路中的单片机中进行分析比对，单片机在综合Z轴位置信号触发检测电路发来的检测信号后，通过输出电路向Z轴位置信号触发锁存电路发出信号最终确认钻头的所在位置。至此，不论钻头(或主轴)处于何处，在利用位置判断实现快钻功能的同时，还利用刀具在两个孔位间换位的间隙即可判断刀具是否发生断刀现象，还可利用位置判断实现钻头进行钻孔深度控制的钻盲孔功能。

Claims

1、一种印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，该测量装置的电路包括Z轴位置信号触发锁存电路，其特征是该装置的电路还包括

依序联接的主轴电容、振荡电路、波形整形及电平变换电路、单片机控制电路、输出电路，以及为整个电路提供电源的电源电路，所述各电路均为通用或经典电路。

2、根据权利要求1所述的印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，其特征是所述的电源电路为一DC/DC变换电路，该电路包括二极管D5、D6、电感L1、电容C8、C9、电解电容C7、芯片U3，二极管D5的正极与外部电源联接，D5的负极与电解电容C7的正极、芯片U3的1脚相联，芯片U3的2脚与快恢复二极管D6的负极、电感L1的一端相联，电感L1的另一端与电解电容C8的正极、电容C9一端、芯片U3的4脚、电源输出端相联。

3、根据权利要求2所述的印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，其特征是所述的振荡电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、电容C1、电压比较器U1-A、稳压二极管Z2和外接插口J1-1，主轴电容插接其上的外接插口J1-1还与电容C1的一端、稳压二极管Z2的负极、电压比较器U1-A的2脚联接，稳压二极管Z2的正极、电容C1的另一端接地，电阻R1、R3串联并为电压比较器U1-A的2脚提供偏置电压，电阻R4、R5串联并为电压比较器U1-A的3脚提供偏置电压，电压比较器U1-A的1脚输出并与起负反馈作用的电阻R2的一端、波形整形及电平变换电路联接，电阻R2的另一端与电压比较器U1-A的3脚联接。

4、根据权利要求3所述的印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，其特征是所述的波形整形及电平变换电路包括电压比较器U1-B、电阻R6、R7、R8，电压比较器U1-B的5脚与U1-A的脚1联接，电阻R6、R7串联并为电压比较器U1-B的6脚提供偏置电压，电压比较器U1-B的7脚与电阻R8、单片机U2的2脚联接。

5、根据权利要求4所述的印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，其特征是所述的单片机控制电路包括单片机U2、晶振Y1、电容C5、C6、电解电容C4、电阻R13、R14、二极管D2，单片机U2的4脚与由二极管D2、电阻R13、R14、电解电容C4组成的单片机复位电路联接，单片机U2的1脚与主轴位置信号触发检测电路联接，单片机U2的13脚与输出电路联接。

6、根据权利要求5所述的印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，其特征是所述的输出电路包括电阻R16、光耦器件D3和外接插口J2-4，电阻R16的一端和单片机U2的13脚联接，另一端与光耦器件D3的1脚联接，光耦器件D3的3脚通过外接插口J2-4与Z轴信号触发锁存电路联接。

7、根据权利要求5或6所述的印刷电路板钻床用刀具位置测量装置，其特征是Z轴位置信号触发检测电路包括光耦器件D1、电容C2、C3电阻R9、R10、R11、R12和稳压二极管Z1，电阻R10分别与电源电路和光耦器件D1的脚4联接，电容C2位于光耦器件脚3、脚4之间，单片机U2脚1通过电阻R9与光耦器件的脚4联接，光耦器件的脚1通过电阻R11与稳压二极管Z1的正极联接，Z1的负极与外接插口J2-3、电阻R12、电容C3联接。