專利名稱：金屬壓力加工的沖擊力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鍛造及沖壓行業(yè)的一種壓力成形過程沖擊力波形動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)裝置，能夠通過監(jiān)測(cè)機(jī)床工作過程參數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制，通過歷史數(shù)據(jù) 記錄追蹤分析改進(jìn)提升產(chǎn)品質(zhì)量，屬機(jī)械自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在金屬加工領(lǐng)域，尤其是在鍛造以及沖壓工業(yè)，普遍使用超聲斜射 橫波及直射縱波檢測(cè)，掃描電鏡觀察，磁粉檢測(cè)，圖像邊緣檢測(cè)等技術(shù)。產(chǎn)品 的檢測(cè)在生產(chǎn)過程完成后，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題，容易生產(chǎn)出大量 的次品，甚至造成模具的永久損壞。在鍛造及沖壓行業(yè)中，目前尚無可行的在 線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的裝置。在某些場(chǎng)合下，模具損壞現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，產(chǎn)品的次品 率相對(duì)較髙，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)床故障并報(bào)警，以及時(shí)采取相應(yīng)措施。
設(shè)計(jì)出能應(yīng)用土實(shí)際生產(chǎn)過程中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量追蹤，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械
故障的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是金屬壓力加工行業(yè)的重要課題。 發(fā)明內(nèi)容
為了對(duì)鍛件及沖壓件進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量追蹤并發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障，本實(shí)用新型公開 了一種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其所要解決的技術(shù)問題是，提供一種成本較低的產(chǎn)品質(zhì) 量在線監(jiān)測(cè)裝置，使其能夠簡(jiǎn)單方便的安裝在鍛壓機(jī)床上，使后臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可 以動(dòng)態(tài)獲得監(jiān)測(cè)模具與被擠壓原料之間的工作壓力負(fù)荷，根據(jù)沖擊力與產(chǎn)品質(zhì) 量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄產(chǎn)品質(zhì)量狀況，并通過液晶顯示屏將信息在線 直觀顯示出來，方便機(jī)床操作人員觀察。本實(shí)用新型可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題機(jī)床，防 止模具損壞，對(duì)次品報(bào)警，減少批量產(chǎn)品的次品率，不僅可以保護(hù)機(jī)械設(shè)備和模具，還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約維修時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)原理是通過監(jiān)測(cè)機(jī)床的沖擊力能量來
在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量。
它包括內(nèi)部控制部分壓電式傳感器(1)、電荷放大器(2)、限幅檢波電
路(3)、 A/D轉(zhuǎn)換電路(4)、單片機(jī)(5)、 LCD驅(qū)動(dòng)模塊(6)及液晶顯示屏(7)、
開關(guān)電源(8);
單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路部分鍵盤電路(12)、打印機(jī)接口 (9)、 RS-232/485 通訊電路(10)和超限報(bào)警電路(11)
其特征是所述的內(nèi)部控制電路部分主要包括三大部分
A、 工作負(fù)荷實(shí)時(shí)測(cè)控部件壓電式傳感器(1)電荷一電壓轉(zhuǎn)換部件 電荷放大器(2)限幅檢波電路(3)
B、 單片機(jī)信號(hào)處理部分?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)算、A/D轉(zhuǎn)換、LCD驅(qū)動(dòng)、鍵盤響應(yīng)
C、 輸出部分工作參數(shù)記錄、顯示、通訊
電荷放大器(2)與壓電傳感器(1)連接，傳感器(1)的輸出信號(hào)經(jīng)電荷放 大器(2)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；電荷放大器(2)的輸出端與限幅檢波電路(3)連
接，將實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的調(diào)幅包絡(luò)。
壓電式傳感器安裝于與沖擊力一致的軸向，實(shí)時(shí)采集不規(guī)則的沖擊力形態(tài)。 單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路支持沖擊力歷史記錄及打印輸出，可通過鍵盤設(shè)定裝
置初始參數(shù)，通過RS-232/485等通訊接口在線對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行軟件升級(jí)
本實(shí)用新型由安裝于機(jī)床床身的高靈敏度壓電式傳感器、電荷放大電路、 限幅檢波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、LCD驅(qū)動(dòng)顯示電路、RS-232/485接口電路、鍵 盤電路及超限報(bào)警電路組成。首先根據(jù)各種機(jī)械設(shè)備的基本原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)， 正確的選擇監(jiān)測(cè)位置(無須在原設(shè)備上進(jìn)行大大改動(dòng),鍛造及沖壓機(jī)械盡量位于模具對(duì)撞的軸向)，將高靈敏度壓電式傳感器安裝在相應(yīng)的監(jiān)測(cè)位置上。根據(jù)不 同的冷加工機(jī)械，設(shè)置特定使用的監(jiān)測(cè)限度，這樣傳感器就會(huì)實(shí)時(shí)采集模具與 被擠壓原料之間的工作壓力負(fù)荷，將不規(guī)則的沖擊力形態(tài)偵測(cè)出來。
機(jī)床沖擊力信號(hào)為高頻高次諧波，形態(tài)不規(guī)則，不易監(jiān)測(cè)其能量。將電容 器和負(fù)載電阻并聯(lián)，與電荷放大器相連形成RC包絡(luò)檢波電路，得到波形包絡(luò) 線，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)處理。鍵盤電路作用是根據(jù)具體設(shè)備的參 數(shù)和用戶的不同要求調(diào)出相關(guān)的產(chǎn)品記錄和傳輸、調(diào)整裝置靈敏度、設(shè)置基本 參數(shù)等。為方便用戶在線觀察產(chǎn)品質(zhì)量情況，本實(shí)用新型設(shè)有壓力成形過程沖 擊力動(dòng)態(tài)波形LCD顯示驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的情況，記錄下的相應(yīng)統(tǒng) 計(jì)結(jié)果，在液晶顯示屏顯示相應(yīng)的負(fù)荷波形，并設(shè)有工作時(shí)間、產(chǎn)品數(shù)量統(tǒng)計(jì)、 設(shè)備生產(chǎn)速度等參數(shù)記錄、顯示。機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過程中以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)， 如果此負(fù)荷波形發(fā)生異常，裝置會(huì)自動(dòng)報(bào)警或者自動(dòng)關(guān)閉機(jī)械設(shè)備電源，此時(shí) 說明生產(chǎn)過程中有問題被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1為安裝示意圖 圖2為總體電路原理框圖 圖3為單片機(jī)外圍擴(kuò)展原理框圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的沖擊力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示系統(tǒng)以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，包括內(nèi)部控制 電路和單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路組成。
如圖1所示，沖擊力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝方面，關(guān)鍵在于壓電式 傳感器的安裝位置。對(duì)于一般的金屬壓力加工設(shè)備應(yīng)盡量安裝于與兩模具的同 軸的中心線方向。其顯示屏可根據(jù)不同機(jī)床的機(jī)構(gòu)和工人的操作習(xí)慣進(jìn)行靈活的安裝，顯示屏不占用機(jī)床空間。如圖2所示，為本實(shí)用新型的內(nèi)部系統(tǒng)原理框圖。本實(shí)用新型的電源由工 業(yè)交流電和開關(guān)穩(wěn)壓電源組成的電源組件提供。采用壓電式傳感器(1)將模具 沖擊力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電荷量，對(duì)形態(tài)不規(guī)則的沖擊力信號(hào)進(jìn)行采集。沖擊力大小 直接決定產(chǎn)品質(zhì)量，由于機(jī)床過程伴隨著周期性振動(dòng)等不平穩(wěn)因素，每次模具 的對(duì)撞力大小不同。采用壓電式傳感器完成了對(duì)沖擊力信號(hào)的實(shí)時(shí)在線采集。壓電式傳感器(1)的輸出信號(hào)直接與電荷放大器(2)相連。本實(shí)用新型 采用儀表放大器AD623,其輸入阻抗為2GO而輸出阻抗極小，將髙阻抗的電荷 量轉(zhuǎn)化為低阻抗的電壓量，對(duì)信號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化。同時(shí)，進(jìn)行了單電源供電優(yōu)化 設(shè)計(jì)，+3.0~+12￥供電就能達(dá)到最佳性能，且功耗僅650mW。采用可調(diào)電位器 調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器增益，可根據(jù)不同機(jī)床的沖擊力大小調(diào)節(jié)信號(hào)增益。限幅檢波電路(3)與電荷放大器(2)輸出端相連。通過電容與電阻并聯(lián) 再與二極管(MBR20100)串聯(lián)形成的限幅檢波電路，對(duì)高頻形狀不規(guī)則的信號(hào) 進(jìn)行包絡(luò)檢波，得到信號(hào)的包絡(luò)線。限幅檢波電路(3)的輸出端與單片機(jī)(5) 內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器4相連，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)(5) 處理。單片機(jī)(5)通過軟件控制LCD驅(qū)動(dòng)模塊(6)在液晶顯示屏(7)上動(dòng) 態(tài)顯示出沖擊力的幅值及包絡(luò)波形、機(jī)床生產(chǎn)速度、次品數(shù)量等重要信息。如圖3所示，本實(shí)用新型以單片機(jī)為核心的外圍擴(kuò)展電路，包括鍵盤電路 (12)、打印機(jī)接口 (9)、 RS-232/485通訊電路(10)和超限報(bào)警電路(11)。 主要完成信號(hào)正常幅值設(shè)定、產(chǎn)品質(zhì)量記錄打印、超限報(bào)警等工作。首先用戶 必須根據(jù)不同的鍛壓機(jī)械的模具對(duì)撞力大小及標(biāo)準(zhǔn)，利用單片機(jī)擴(kuò)展鍵盤顯示 接口，人機(jī)交互的設(shè)定正常沖擊力幅度及包絡(luò)能量范圍。打印機(jī)可及時(shí)打印出 單片機(jī)記錄下的一批產(chǎn)品的沖擊力數(shù)據(jù)，以便用戶分析和改進(jìn)機(jī)床機(jī)構(gòu)，提高 生產(chǎn)質(zhì)量和效率。RS-232/485通信接口能夠在線對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行軟件升級(jí)，方 便進(jìn)一步處理并優(yōu)化測(cè)量數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種金屬壓力加工的沖擊力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)記錄裝置，它包括內(nèi)部控制部分壓電式傳感器(1)、電荷放大器(2)、限幅檢波電路(3)、A/D轉(zhuǎn)換電路(4)、單片機(jī)(5)、LCD驅(qū)動(dòng)模塊(6)及液晶顯示屏(7)、開關(guān)電源(8)；單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路部分鍵盤電路(12)、打印機(jī)接口(9)、RS-232/485通訊電路(10)和超限報(bào)警電路(11)其特征是所述的內(nèi)部控制電路部分主要包括三大部分A、工作負(fù)荷實(shí)時(shí)測(cè)控部件壓電式傳感器(1)電荷-電壓轉(zhuǎn)換部件電荷放大器(2)限幅檢波電路(3)B、單片機(jī)信號(hào)處理部分?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)算、A/D轉(zhuǎn)換、LCD驅(qū)動(dòng)、鍵盤響應(yīng)C、輸出部分工作參數(shù)記錄、顯示、通訊電荷放大器(2)與壓電傳感器(1)連接，傳感器(1)的輸出信號(hào)經(jīng)電荷放大器(2)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；電荷放大器(2)的輸出端與限幅檢波電路(3)連接，將實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的調(diào)幅包絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬壓力加工的沖擊力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)記錄裝置，其特征 是壓電式傳感器安裝于與沖擊力一致的軸向，實(shí)時(shí)采集不規(guī)則的沖擊力形 態(tài)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及金屬壓力加工的沖擊力動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，特別是鍛造及沖壓設(shè)備中的模具預(yù)備擠壓原料之間的工作壓力負(fù)荷及質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。它由內(nèi)部控制電路和單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路組成。內(nèi)部控制部分包括開關(guān)電源、壓電式傳感器、電荷放大器并依次經(jīng)過RC限幅檢波電路和A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接，單片機(jī)作為核心控制LCD驅(qū)動(dòng)模塊使液晶顯示屏顯示相關(guān)圖像及機(jī)床重要工作參數(shù)。單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路包括鍵盤響應(yīng)電路、打印機(jī)、RS-232/485通訊電路和超限報(bào)警電路組成。本實(shí)用新型具有使用方便，成本低，不占空間的特點(diǎn)；不僅可以保護(hù)機(jī)械設(shè)備和模具，還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約維修時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G01L5/00GK201322665SQ20082017468
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者選 孫, 李國(guó)平, 沈文眾, 艾長(zhǎng)勝 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)