專利名稱：印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，特別是指一種用于印刷電路板鉆床的在線電容式刀具位置測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行印刷電路板鉆床所上應(yīng)用的刀具位置測(cè)量裝置中電路的工作原理(見圖1)是，把接近開關(guān)安裝在印刷電路板PCB鉆床的壓腳上，當(dāng)壓腳接觸工件時(shí)受力回壓，從而接近開關(guān)有輸出，此輸出信號(hào)被送到主軸位置觸發(fā)裝置，由此得知壓腳接觸工件時(shí)的位置，而主軸刀具的下端一般縮進(jìn)壓腳下端面內(nèi)1毫米左右，以此間接地得知主軸刀具的當(dāng)前位置并自動(dòng)判斷、確定每次鉆孔時(shí)主軸的起鉆位置，實(shí)現(xiàn)快鉆功能。但利用此刀具位置測(cè)量裝置的前提是刀具必須是完整的即不能出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，一旦發(fā)生斷刀現(xiàn)象則無(wú)法測(cè)知刀具的具體位置。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需解決的問題是提供一種可直接測(cè)量出刀具與工件接觸位置的印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置。
根據(jù)上述問題設(shè)計(jì)了一種印刷電路板鉆床刀具位置測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置的電路包括Z軸位置信號(hào)觸發(fā)鎖存電路，還包括依序聯(lián)接的主軸電容、振蕩電路、波形整形及電平變換電路、單片機(jī)控制電路、輸出電路，以及為整個(gè)電路提供電源的電源電路，所述各電路均為通用或經(jīng)典電路。
其中，電源電路為一DC/DC變換電路，該電路包括二極管D5、D6、電感L1、電容C8、C9、電解電容C7、芯片U3，二極管D5的正極與外部電源聯(lián)接，D5的負(fù)極與電解電容C7的正極、芯片U3的1腳相聯(lián)，芯片U3的2腳與快恢復(fù)二極管D6的負(fù)極、電感L1的一端相聯(lián)，電感L1的另一端與電解電容C8的正極、電容C9一端、芯片U3的4腳、電源輸出端相聯(lián)。
振蕩電路包括電阻R1、R2、R3、R4、R5、電容C1、電壓比較器U1-A、穩(wěn)壓二極管Z2和外接插口J1-1，主軸電容插接其上的外接插口J1-1與電容C1的一端、穩(wěn)壓二極管Z2的負(fù)極、電壓比較器U1-A的2腳聯(lián)接，穩(wěn)壓二極管Z2的正極、電容C1的另一端接地，電阻R1、R3串聯(lián)并為電壓比較器U1-A的2腳提供偏置電壓，電阻R4、R5串聯(lián)并為電壓比較器U1-A的3腳提供偏置電壓，電壓比較器U1-A的1腳輸出并與起負(fù)反饋?zhàn)饔玫碾娮鑂2的一端、波形整形及電平變換電路聯(lián)接，電阻R2的另一端與電壓比較器U1-A的3腳聯(lián)接。
波形整形及電平變換電路包括電壓比較器U1-B、電阻R6、R7、R8，電壓比較器U1-B的5腳與U1-A的腳1聯(lián)接，電阻R6、R7串聯(lián)并為電壓比較放大器U1-B的6腳提供偏置電壓，電壓比較器U1-B的7腳與電阻R8、單片機(jī)U2的2腳聯(lián)接。
單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)U2、晶振Y1、電容C5、C6、電解電容C4、電阻R13、R14、二極管D2，單片機(jī)U2的4腳與由二極管D2、電阻R13、R14、電解電容C4組成的單片機(jī)復(fù)位電路聯(lián)接，單片機(jī)U2的1腳與Z軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路聯(lián)接，單片機(jī)U2的13腳與輸出電路聯(lián)接。所述的輸出電路包括電阻R16、光耦器件D3和外接插口J2-4，電阻R16的一端和單片機(jī)U2的13腳聯(lián)接，另一端與光耦器件D3的1腳聯(lián)接，光耦器件D3的3腳通過外接插口J2-4與Z軸信號(hào)觸發(fā)鎖存電路聯(lián)接。
Z軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路包括光耦器件D1、電容C2、C3電阻R9、R10、R11、R12和穩(wěn)壓二極管Z1，電阻R10分別與電源電路和光耦器件D1的腳4聯(lián)接，電容C2位于光耦器件腳3、腳4之間，單片機(jī)U2腳1通過電阻R9與光耦器件的腳4聯(lián)接，光耦器件的腳1通過電阻R11與穩(wěn)壓二極管Z1的正極聯(lián)接，Z1的負(fù)極與外接插口J2-3、電阻R12、電容C3聯(lián)接?？梢姡撾娐肪哂邢騿纹瑱C(jī)控制電路進(jìn)行信號(hào)反饋的性質(zhì)。
本實(shí)用新型充分利用高速印刷電路板鉆床Z軸(即主軸)均為氣浮軸承Z軸的特性來進(jìn)行刀具位置測(cè)量，原理是氣浮軸承的轉(zhuǎn)子與定子是不接觸的且其間是空氣介質(zhì)，從而具有電容特性，同時(shí)刀具與轉(zhuǎn)子在電氣上是相通的，故利用Z軸的電容特性來檢測(cè)刀具位置。由此，本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)行利用位置判斷完成快鉆功能的同時(shí)，還利用刀具在兩個(gè)孔位間換位的間隙即可判斷刀具是否發(fā)生斷刀現(xiàn)象，以及利用位置判斷實(shí)現(xiàn)測(cè)量鉆頭進(jìn)鉆深度的鉆盲孔功能。


附圖1是現(xiàn)有技術(shù)的刀具位置測(cè)量裝置電路原理方框示意圖；附圖2是本實(shí)用新型的刀具位置測(cè)量裝置電路原理方框示意圖；附圖3是附圖2中DC/DC電路的電路原理示意圖；附圖4是附圖2中振蕩電路和波形整形及電平變換電路的電路原理示意圖；附圖5是附圖2中單片機(jī)控制電路及輸出電路的電路原理示意圖；附圖6是附圖2中Z軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路的電路原理示意圖。
具體實(shí)施方式
由于現(xiàn)有技術(shù)實(shí)際上測(cè)出的是壓腳剛接觸工件時(shí)的位置，而不是直接測(cè)出刀具的位置，即是間接計(jì)算出刀具位置，所以不能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)反映出刀具接觸工件的位置和狀態(tài)，僅能提供快鉆功能。本實(shí)用新型的思路就是提供一種實(shí)現(xiàn)在線直接式測(cè)量刀具位置的設(shè)計(jì)方案，所借助的就是鉆床Z軸氣浮式軸承的電容特性。本實(shí)用新型的工作過程是，刀具一與工件表面接觸(當(dāng)然工件表面是導(dǎo)電的)，就相當(dāng)于把主軸電容加在了振蕩電路上并造成了振蕩頻率的變化，這一變化被對(duì)電路頻率進(jìn)行偵測(cè)的單片機(jī)電路監(jiān)測(cè)到，則單片機(jī)電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)去觸發(fā)主軸位置觸發(fā)鎖存電路，從而得知刀具所接觸的工件表面的坐標(biāo)位置。
從圖2可見，本實(shí)用新型從主軸電容獲得電容變化的信號(hào)后，先后通過振蕩電路、波形整形及電平變換電路并由單片機(jī)控制電路在獲得Z軸信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)和輸出電路的反饋后向Z軸信號(hào)觸發(fā)鎖存電路發(fā)出指令，當(dāng)然還有為整個(gè)電路提供電源的電源電路。在此，各電路均為通用或經(jīng)典電路，現(xiàn)僅列舉一種電路原理圖示例并加以說明。
圖3給出了一采用DC/DC變換電路的電源電路，由外接的24伏電源VCC變換成5伏電源VEE。該電路包括圖示的二極管D5、D6、電感L1、電容C8、C9、電解電容C7、芯片U3，二極管D5的正極與外部電源聯(lián)接，D5的負(fù)極與電解電容C7的正極、芯片U3的1腳相聯(lián)，芯片U3的2腳與二極管D6的負(fù)極、電感L1的一端相聯(lián)，電感L1的另一端與電解電容C8的正極、電容C9一端、芯片U3的4腳、電源輸出端相聯(lián)。由此在保證了對(duì)輸入直流降壓的同時(shí)，也保證了輸出直流電壓的穩(wěn)定。
圖4給出了振蕩電路和波形整形及電平變換電路的示例。其中，振蕩電路包括電阻R1、R2、R3、R4、R5、電容C1、電壓比較器U1-A、穩(wěn)壓二極管Z2和外接插口J1-1，引入主軸電容的外接插口J1-1與電容C1的一端、穩(wěn)壓二極管Z2的負(fù)極、電壓比較器U1-A的2腳聯(lián)接，穩(wěn)壓二極管Z2的正極、電容C1的另一端接地，電阻R1、R3串聯(lián)并為電壓比較器U1-A的2腳提供偏置電壓，電阻R4、R5串聯(lián)并為電壓比較器U1-A的3腳提供偏置電壓，電壓比較器U1-A的1腳輸出經(jīng)比較后的電壓信號(hào)并與起負(fù)反饋?zhàn)饔玫碾娮鑂2的一端、波形整形及電平變換電路聯(lián)接，電阻R2的另一端與電壓比較器U1-A的3腳聯(lián)接。波形整形及電平變換電路包括電壓比較器U1-B、電阻R6、R7、R8，電壓比較器U1-B的5腳與U1-A的腳1聯(lián)接，電阻R6、R7串聯(lián)并為電壓比較器U1-B的6腳提供偏置電壓，電壓比較器U1-B的7腳與電阻R8、單片機(jī)U2的2腳聯(lián)接。
圖5是單片機(jī)控制電路及輸出電路示例。該控制電路包括單片機(jī)U2、晶振Y1、電容C5、C6、電解電容C4、電阻R13、R14、二極管D2，單片機(jī)U2的4腳與由二極管D2、電阻R13、R14、電解電容組成的偏置電路聯(lián)接，單片機(jī)U2的1腳與Z軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路聯(lián)接，單片機(jī)U2的13腳與輸出電路聯(lián)接。輸出電路包括電阻R16、光耦器件D3和外接插口J2-4，電阻R16的一端和單片機(jī)U2的13腳聯(lián)接，另一端與光耦器件D3的1腳聯(lián)接，光耦器件D3的3腳通過外接插口J2-4與主軸信號(hào)觸發(fā)鎖存電路聯(lián)接。
圖6中是向單片機(jī)提供反饋信號(hào)的Z軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路。該電路包括光耦器件D1、電容C2、C3電阻R9、R10、R11、R12和穩(wěn)壓二極管Z1，電阻R10分別與電源電路和光耦器件D1的腳4聯(lián)接，電容C2位于光耦器件腳3、腳4之間，單片機(jī)U2腳1通過電阻R9與光耦器件的腳4聯(lián)接，光耦器件的腳1通過電阻R11與穩(wěn)壓二極管Z1的正極聯(lián)接，Z1的負(fù)極與外接插口J2-3、電阻R12、電容C3聯(lián)接。
在實(shí)際加工的操作過程中，當(dāng)Z軸帶著鉆頭下降進(jìn)行加工或完成加工后上升、移位時(shí)，都伴隨著主軸電容的變化，該電容量值的變化立即被振蕩電路所采集并導(dǎo)致振蕩頻率發(fā)生變化，再經(jīng)波形整形及變換電路處理后輸入到單片機(jī)控制電路中的單片機(jī)中進(jìn)行分析比對(duì)，單片機(jī)在綜合Z軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路發(fā)來的檢測(cè)信號(hào)后，通過輸出電路向Z軸位置信號(hào)觸發(fā)鎖存電路發(fā)出信號(hào)最終確認(rèn)鉆頭的所在位置。至此，不論鉆頭(或主軸)處于何處，在利用位置判斷實(shí)現(xiàn)快鉆功能的同時(shí)，還利用刀具在兩個(gè)孔位間換位的間隙即可判斷刀具是否發(fā)生斷刀現(xiàn)象，還可利用位置判斷實(shí)現(xiàn)鉆頭進(jìn)行鉆孔深度控制的鉆盲孔功能。
權(quán)利要求1.一種印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置的電路包括Z軸位置信號(hào)觸發(fā)鎖存電路，其特征是該裝置的電路還包括依序聯(lián)接的主軸電容、振蕩電路、波形整形及電平變換電路、單片機(jī)控制電路、輸出電路，以及為整個(gè)電路提供電源的電源電路，所述各電路均為通用或經(jīng)典電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，其特征是所述的電源電路為一DC/DC變換電路，該電路包括二極管D5、D6、電感L1、電容C8、C9、電解電容C7、芯片U3，二極管D5的正極與外部電源聯(lián)接，D5的負(fù)極與電解電容C7的正極、芯片U3的1腳相聯(lián)，芯片U3的2腳與快恢復(fù)二極管D6的負(fù)極、電感L1的一端相聯(lián)，電感L1的另一端與電解電容C8的正極、電容C9一端、芯片U3的4腳、電源輸出端相聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，其特征是所述的振蕩電路包括電阻R1、R2、R3、R4、R5、電容C1、電壓比較器U1-A、穩(wěn)壓二極管Z2和外接插口J1-1，主軸電容插接其上的外接插口J1-1還與電容C1的一端、穩(wěn)壓二極管Z2的負(fù)極、電壓比較器U1-A的2腳聯(lián)接，穩(wěn)壓二極管Z2的正極、電容C1的另一端接地，電阻R1、R3串聯(lián)并為電壓比較器U1-A的2腳提供偏置電壓，電阻R4、R5串聯(lián)并為電壓比較器U1-A的3腳提供偏置電壓，電壓比較器U1-A的1腳輸出并與起負(fù)反饋?zhàn)饔玫碾娮鑂2的一端、波形整形及電平變換電路聯(lián)接，電阻R2的另一端與電壓比較器U1-A的3腳聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，其特征是所述的波形整形及電平變換電路包括電壓比較器U1-B、電阻R6、R7、R8，電壓比較器U1-B的5腳與U1-A的腳1聯(lián)接，電阻R6、R7串聯(lián)并為電壓比較器U1-B的6腳提供偏置電壓，電壓比較器U1-B的7腳與電阻R8、單片機(jī)U2的2腳聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，其特征是所述的單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)U2、晶振Y1、電容C5、C6、電解電容C4、電阻R13、R14、二極管D2，單片機(jī)U2的4腳與由二極管D2、電阻R13、R14、電解電容C4組成的單片機(jī)復(fù)位電路聯(lián)接，單片機(jī)U2的1腳與主軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路聯(lián)接，單片機(jī)U2的13腳與輸出電路聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，其特征是所述的輸出電路包括電阻R16、光耦器件D3和外接插口J2-4，電阻R16的一端和單片機(jī)U2的13腳聯(lián)接，另一端與光耦器件D3的1腳聯(lián)接，光耦器件D3的3腳通過外接插口J2-4與Z軸信號(hào)觸發(fā)鎖存電路聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，其特征是Z軸位置信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)電路包括光耦器件D1、電容C2、C3電阻R9、R10、R11、R12和穩(wěn)壓二極管Z1，電阻R10分別與電源電路和光耦器件D1的腳4聯(lián)接，電容C2位于光耦器件腳3、腳4之間，單片機(jī)U2腳1通過電阻R9與光耦器件的腳4聯(lián)接，光耦器件的腳1通過電阻R11與穩(wěn)壓二極管Z1的正極聯(lián)接，Z1的負(fù)極與外接插口J2-3、電阻R12、電容C3聯(lián)接。
專利摘要印刷電路板鉆床用刀具位置測(cè)量裝置，其電路包括Z軸信號(hào)觸發(fā)鎖存電路及依序聯(lián)接的主軸電容、振蕩電路、波形整形及電平變換電路、單片機(jī)控制電路、輸出電路、DC/DC變換電源電路，各電路均為通用或經(jīng)典電路。因高速印刷電路板鉆床主軸為氣浮軸承主軸，氣浮軸承的轉(zhuǎn)子與定子互不接觸且其間是空氣介質(zhì)，具有電容特性，而刀具與轉(zhuǎn)子在電氣上是相通的，故利用Z軸的電容特性來檢測(cè)刀具位置。本實(shí)用新型在利用位置判斷實(shí)現(xiàn)快鉆功能的同時(shí)，還利用刀具在兩個(gè)孔位間換位的間隙即可判斷刀具是否發(fā)生斷刀現(xiàn)象，還可利用位置判斷實(shí)現(xiàn)鉆頭進(jìn)行鉆孔深度控制的鉆盲孔功能。
文檔編號(hào)B23Q17/22GK2836964SQ20052006506
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者蔡向林, 周啟發(fā), 戴松協(xié), 郭養(yǎng)偉, 林俊欽 申請(qǐng)人:惠州市大亞灣天馬電子機(jī)械有限公司