专利名称：一种电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，具体说是电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器的一种改进技术。
背景技术：
目前，人们经常使用如图1、图2与图4所示的现有电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，实际上它不是真正意义上的检测器，事实上它是一个TTL级电平输出的检测探头，它的使用需要上层控制系统配套复杂的位置计数锁存装置来配合，并且对于探测头长度需要Z轴位置计数锁存装置，而检测直径又需要X轴位置计数锁存装置。现在本行业的机床主轴头数多达8个，检测器使用时共需要16个位置计数锁存装置来配合，从而使上层控制系统的复杂性大大提高；现有技术的每一个检测器共有5条外引线，机床有8个主轴时的检测器接线时共有12条线，连线多，使可靠性下降；现有技术的检测器在使用时必须外加一个基准电压才能工作，温度漂移也影响此值；现有技术的检测器只能在+5V电源下工作，而机床的通用接口电源一般为+24V，故其使用时需额外配套一个+5V电源；现有技术的检测器其输出是TTL电平(0V或5V)，在工业环境下，无法适应较远距离传输，只能在5m以下可靠传输，而现在大型机床的信号传输长度一般都超过5m，故其使用时需外加传输驱动电路，这样又增加了系统的复杂性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、可靠性高、传输距离远、受外界影响小的一种电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器。
本实用新型通过以下技术方案来实现本发明目的。
一种电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，包括可关断电源、激光发射管(2)、光栏、光敏接收管(3)与检测器，其特征在于所述检测器包括一单片机，单片机与一直流电压放大器相连；单片机内设有A/D数字转换�？�、一总线读写�？�、命令功能�？�、启动检测�？橐约凹剖蹦？椋凰龅テü蛔芟哂肷喜憧刂破飨嗔凰龅テ馕Э刂频缏钒ǖテ�(U1)、晶振(X1)、电容(C9)、电容(C10)、二极管(D3)、电阻(R8)、电容(C13)、二极管(D4)、电阻(R10)、电阻(R9)、二极管(D5)、二极管(D6)、二极管(D8)器件，其中晶振(X1)、电容(C9)、电容(C10)为单片机(U1)提供振荡源；二极管(D3)、电阻(R8)、电容(C13)为单片机(U1)提供上电复位；二极管(D4)、电阻(R10)、电阻(R9)为单片机(U1)提供启动控制；二极管(D5)、二极管(D6)、二极管(D8)为单片机(U1)提供状态显示，检测电压在单片机(U1)内部进行A/D转换，变成数字量。
所述可关断电源包括晶体三极管(Q2)、电阻(R34)、电阻(R35)、电阻(R1)、电阻(R33)、电阻(R32)器件，它提供三组可关断电源供三个激光管使用。
所述直流电压放大器包括放大器(U34)、电阻(R3)、电容(C4)、电阻(R4)、电阻(R5)、电阻(R6)、电阻(R7)与电容(C5)器件，其中电容(C4)、电容(C5)是防尖峰干扰，使用放大器(U34)的目的是提高检测电压的驱动能力。
所述一总线接口模块包括三极管(Q1)、电阻(R16)、电阻(R17)、电阻(R18)、电容(C11)器件，它们实现一总线读写信号的电平转换。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点。
本实用新型中的检测器是一个高度智能化的检测系统，测长度和直径的信息是检测器本身自动记载的，不需要在上层控制器上加装复杂的位置计数锁存装置，上层控制器对这些信息可通过一个通用的一总线来直接查询，从而使上层控制器简单化，提高了系统的可靠性。另外，本检测器采用四条外引线，在使用时，不管几个同时使用，其连接始终只有四条引线，大大减少了连线数量，进一步提高了产品的可靠性；本检测器使用时不需要外加基准电压，其基准是检测器自动获取的，其值与温度漂移无关；本检测器的工作电压范围宽，可达+7V+35V，故可直接接在机床上的通用接口电源上(+24V电源)；本检测器信号传输采用较高电压(≥+15V)，在工业环境下可传输50m，完全满足大型机床的传输需求。
图1为现有技术的检测器使用连接图；图2为现有技术的钻头长度、直径检测器的电路方框图；图3为本实用新型的钻头长度、直径检测器的电路方框图；图4为钻头长度、直径检测示意图；图5为本实用新型检测器使用连接图；图6为本实用新型DC/DC变换电路原理图；图7为本实用新型可关断电源电路原理图；图8为本实用新型直流电压放大器电路原理图；图9为本实用新型单片机系统外围电路原理图；图10为本实用新型一总线接口�？榈缏吩硗�。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
现有技术如图2与图4所示，当使能控制有效时，可关断电源工作，激光发射管2得电而射出平行光柱，光敏接收管3受光，通过比较器比照基准电压，输出一电平经过整形后输出TTL级信号，供控制系统采集使用。当钻头1遮光或不遮光时，光敏接收管3的受光量是不同的，比较器据此而输出高低电平。实际使用过程如下(a).上层控制器发出使能信号，加上检测基准电压(一般2.5V)，移动机床X、Y轴直至钻头1轴线和激光发射管2的光轴线所处在同一ZY平面为止；(b).Z轴带动标准钻头下降直至钻头尖进入光柱区，而导致光敏接收管3的受光量发生变化；(c).此时检测器输出发生变化，上层控制系统中的Z轴位置锁存装置记下此时的Z轴位置；(d).控制器根据记下的Z轴位置，以此作为今后检测其它钻头长度的比对基准。
①钻头长度的测量方法a.被检测的钻头夹在Z轴上的主轴中，重复(a)、(b)、(c)步骤，得知被检钻头所处的Z轴位置；b.测得值与基准值比对，通过计算最后显示被检钻头的实际长度值。
②钻头直径的测量方法a.上层控制器发出使能信号，加上检测基准电压(一般2.5V)，钻头旋转，X、Y轴移动让被检钻头的母线处於激光光柱的边缘近处；b.Z轴带动钻头下降至钻头尖在检测光柱的下边的合适位置；c.X轴移动，当钻头母线刚遮住检测光线时，检测器的输出发生变化，上层控制系统中的X轴位置锁存装置起作用，记下此时的X轴坐标，X轴继续移动，当钻头母线刚离开检测光线时(不遮光)，上层控制系统中的X轴位置锁存装置起作用，再次记下此时X轴坐标；d.控制系统根据上面记下的两次X轴坐标值和光柱的大小计算出钻头直径。
本实用新型的智能检测器工作原理如下如图3与图5所示，上层控制系统通过一总线发出打开使能命令，可关断电源开始工作，激光发射管得电而射出平行光柱，光敏接收管受光量变化而导致电压变化，此电压通过放大器送到单片机进行A/D转换变成数字量，当启动控制有效时，单片机开始计时，一旦A/D转换的数字量变化达到预设值时，单片机自动记下此时的时间，此时间包含有钻头长度(直径)的信息，单片机可把此时间值上传至上层控制器。实际使用过程如下①建立所需钻头长度标准值L的时间基准。具体实现如图3所示，检测器装在机床的纵向平台上，并使光线与Y轴平行。其步骤是(a).上层控制器通过一总线发出打开光源指令，移动X、Y轴直至标准钻头轴线和激光光轴所处在同一ZY平面上，之后发出启动信号；(b).Z轴带动标准钻头下降直至钻头尖进入光柱区，而导致光敏接收管的光通量发生变化，检测器自动记下Z轴起止距离(规定)所需的时间值；(c).上层控制器通过一总线来读取此时间值，以此作为今后检测其它钻头长度的比对基准。
②钻头长度测量方法a.将被检测的钻头夹在Z轴上的主轴中，重复(a)、(b)步骤，得知被检钻头进入光区的时间值。
b.测得时间值与基准值比对，通过计算最后显示出被检钻头的实际长度。
③钻头直径测量方法a.上层控制器通过一总线发出打开光源指令，钻头旋转，X、Y轴移动让被检钻头的母线处於激光检测光柱的边缘近处，发出启动信号；b.Z轴带动钻头下降至钻头尖在检测光柱下面的合适位置；c.X轴移动，当钻头母线刚遮住检测光线时，检测器自动记下此时的时间，X轴继续移动，当钻头母线刚不遮住光时，检测器又自动记下此时的时间；d.上层控制系统通过一总线来读取这两次的时间值，通过计算求出钻头直径。
下面分别说明各电路的组成部分。
图6所述的DC/DC变换电路由D1、C12、C1、U2、T1、D2、C2、C3等器件组成，它将外界引入的接口+24V电源变换成+5V，供内部电路使用。其中D1为保护二极管，因为有了它的存在，外接电源接反了也不会烧坏器件，U2为开关稳压器，是DC/DC的核心器件。图7所述的可关断电源电路由Q2、R34、R35、R1、R33、R32组成，它提供3组可关断电源供3个激光管使用。图8所述的直流电压放大器电路由U34、R2、R3、C4、R4、R5、R6、R7、C5组成，其中C4、C5是防尖峰干扰，使用U34放大器的目的是提高检测电压的驱动能力。图9所述的单片机系统外围电路由U1、X1、Z1、C7、C8、C9、C10、D3、R8、C13、D4、R10、R9、D5、D6、D7、D8、R11、R12、R13、R14等器件组成。其中X1、C9、C10为单片机U1提供振荡源；D3、R8、C13为单片机U1提供上电复位；D4、R10、R9等为单片机U1提供启动控制；D5、D6、D8为单片机U1提供状态显示，检测电压在单片机U1内部进行A/D转换，变成数字量。单片机U1内部软件包含A/D转换�？椤⒁蛔芟叨列茨？�、命令功能�？�、启动检测�？橐约凹剖蹦？榈取Ｈ缤�10中，Q1、R16、R17、R18、C11等组成一总线接口�？椋鞘迪忠蛔芟叨列葱藕诺牡缙阶�。长度检测器可以外接三组激光检测头，当电源打开时，激光管开始工作，光敏接收管受光，而导致电压变化(光敏接收管与R2组成分压电路)。
权利要求1.一种电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，包括可关断电源、激光发射管(2)、光栏、光敏接收管(3)与检测器，其特征在于所述检测器包括一单片机，单片机与一直流电压放大器相连；单片机内设有A/D数字转换�？�、一总线读写模块、命令功能�？�、启动检测�？橐约凹剖蹦？椋凰龅テü蛔芟哂肷喜憧刂破飨嗔凰龅テ馕Э刂频缏钒ǖテ�(U1)、晶振(X1)、电容(C9)、电容(C10)、二极管(D3)、电阻(R8)、电容(C13)、二极管(D4)、电阻(R10)、电阻(R9)、二极管(D5)、二极管(D6)、二极管(D8)器件，其中晶振(X1)、电容(C9)、电容(C10)为单片机(U1)提供振荡源；二极管(D3)、电阻(R8)、电容(C13)为单片机(U1)提供上电复位；二极管(D4)、电阻(R10)、电阻(R9)为单片机(U1)提供启动控制；二极管(D5)、二极管(D6)、二极管(D8)为单片机(U1)提供状态显示，检测电压在单片机(U1)内部进行A/D转换，变成数字量。
2.根据权利要求1所述的电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，其特征在于所述可关断电源包括晶体三极管(Q2)、电阻(R34)、电阻(R35)、电阻(R1)、电阻(R33)、电阻(R32)器件，它提供三组可关断电源供三个激光管使用。
3.根据权利要求1所述的电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，其特征在于所述直流电压放大器包括放大器(U34)、电阻(R3)、电容(C4)、电阻(R4)、电阻(R5)、电阻(R6)、电阻(R7)与电容(C5)器件，其中电容(C4)、电容(C5)是防尖峰干扰，使用放大器(U34)的目的是提高检测电压的驱动能力。
4.根据权利要求1所述的电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，其特征在于所述一总线接口�？榘ㄈ�(Q1)、电阻(R16)、电阻(R17)、电阻(R18)、电容(C11)器件，它们实现一总线读写信号的电平转换。
专利摘要本实用新型公开了一种电路板钻铣机床钻头长度与直径检测器，包括可关断电源、激光发射管、光栏、光敏接收管与检测器，所述检测器包括一单片机，单片机与一直流电压放大器相连；单片机内设有A/D数字转换模块、一总线读写�？�、命令功能模块、启动检测�？橐约凹剖蹦？椋凰龅テü蛔芟哂肷喜憧刂破飨嗔凰龅テ馕Э刂频缏钒ǖテ鶸1、晶振X1、电容C9、电容C10、二极管D3、电阻R8、电容C13、二极管D4、电阻R10、电阻R9、二极管D5、二极管D6、二极管D8器件，本实用新型具有结构简单、可靠性高、传输距离远、受外界影响小的优点。
文档编号G01B21/10GK2653441SQ0324732
公开日2004年11月3日 申请日期2003年6月12日 优先权日2003年6月12日
发明者蔡向林, 周启发 申请人:惠州市大亚湾天马电子机械有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
